CN110533075A - 一种多模型电力线分割方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多模型电力线分割方法,包括以下步骤:模型判断‑对模型A进行电力线分割‑对模型B进行电力线分割。本发明采用电力线点云局部统计的方式获得电力线数量,针对XOY面投影不重合模型,能获取完整的点云段,避免了电力线多处缺失;针对XOY面投影重合模型,采用了完整点云段高程排序的方式,对点云不缺失的段进行高程排序,然后对有缺失的段进行临近匹配,从而解决电力线点云多处缺失,对电力线分割带来的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种多模型电力线分割方法,属于点云缺失情况下的多模型电力线分割技术领域。
背景技术
近年来机载LiDAR(light detection and ranging)在输电线路巡检中大量应用,其效率高、精度准、实时性强的特点,受到了电力行业的广泛青睐,输电线路运维也进入到了数字化运营和智慧化管理的时代。
电力线点云分割是机载激光雷达(LiDAR)电力巡线的重要任务之一,当前针对电力线分割算法的研究中仍然存在一些问题,可以归纳总结为:1.主要研究电力线相对完整的点云,对电力线缺失点云分割研究不够;2.总结电力线模型不完整,研究主要集中在电力线在XOY平面投影不重合的模型,对电力线在XOY平面投影重合模型研究不够;3.基于Hough变换或RANSAC检测的方法往往不能实现复杂环境下的电力线分割,例如无法进行垂直排列的多根电力线检测。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了一种多模型电力线分割方法。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种多模型电力线分割方法,包括以下步骤:
①模型判断:沿电力线走向和经验步长,将电力线分割为若干段,把每一段分别在XOY平面和XYZ空间进行聚类,根据每一段中,两种聚类的统计结果,确定电力线模型A和模型B;
②对模型A进行电力线分割:将电力线在XOY平面投影分段,进行聚类,统计聚类结果后,确定电力线数量,再根据电力线数量在XOY平面呈直线模型,完成电力线分割;
③对模型B进行电力线分割:首先,将电力线在XYZ空间分段,进行聚类,统计聚类结果后,确定电力线数量;其次,根据在XOY平面分段的聚类统计结果,确定电力线重合部分的数量,将每个重合部分,在XOY面投影,获取直线模型,通过直线模型将电力线分割为若干个在XOY平面投影重合的部分,将重合的每个部分,根据每一段聚类结果的高程的高低关系,确定每一根电力线;最后,根据取点邻近匹配原则,完成电力线分割。
所述步骤①中,将电力线在XOY平面投影不重合的模型,定义为模型A,将电力线在XOY平面投影重合的模型,定义为模型B。
所述模型A的电力线实际数量等于电力线在XOY平面投影后的投影数量,模型B的电力线实际数量大于电力线在XOY平面投影后的投影数量。
所述步骤②中,采用基于局部聚类确定直线模型方程的方法,进行电力线分割。
所述步骤①分为以下步骤:
(1.1)按照经验步长,将一档电力线点云,并沿该档电力线走向,将电力线分割成n段;
(1.2)对n段数据分别用k-means进行XYZ空间聚类,同时记录每段聚类簇数量,统计出现次数最多的聚类簇数量,获取电力线总数量,记为lineNum;
(1.3)对n段数据分别用k-means进行XOY平面聚类,同时记录每段聚类簇数量,统计出现次数最多的簇数量,获取XOY平面聚类数量,记为clusterNumXOY;
(1.4)当lineNum等于clusterNumXOY时,电力线为模型A,否则为模型B。
所述步骤②分为以下步骤:
(2.1)沿电力线走向,并按照经验步长,将电力线分割成n段;
(2.2)对分割后的n段电力线分别用k-means进行聚类,并统计每段的聚类簇数;
(2.3)从聚类后的电力线两端,向中间遍历,获取两段段内聚类数等于lineNum的段,分别记为clusterPart1和clusterPart2;
(2.4)在clusterPart1和clusterPart2的每一簇中,各取一个点,一共取出2×lineNum个点;
(2.5)对clusterPart1和clusterPart2取出的点,按照y坐标升序排列,分别记为sortPoint1和sortPoint2,此时两组对应的点在一条电力线上;
(2.6)根据sortPoint1[i]和sortPoint2[i]点,确定电力线在XOY平面投影直线有lineNum条,其中,sortPoint1[i]表示一个点坐标为(sortPoint1[i].x,sortPoint1[i].y,sortPoint1[i].z),sortPoint2[i]表示一个点坐标为(sortPoint2[i].x,sortPoint2[i].y,sortPoint2[i].z),0≤i<lineNum,i为常数;
(2.7)分别根据公式y=kx+b求得lineNum个电力线投影表达式:
(2.8)根据步骤(2.7)中的表达式,用XOY平面点到直线距离公式y=kx+b,分别遍历点云,当点到电力线投影表达式距离小于经验距离时,则该点属于此条电力线,完成电力线分割。
所述步骤③分为以下步骤:
(3.1)沿电力线走向,并按照经验步长,将电力线分割成n段;
(3.2)对分割后的n段电力线,分别用k-means进行XOY平面聚类,获取每段段内聚类簇数量,统计出现最多的簇数量,获取XOY平面分割数量,确定电力线重合数量,记为clusterNumXOY;
(3.3)聚类后,对簇数量进从两端向中间遍历,获取两个段内簇数量等于clusterNumXOY的段,分别记为clusterPart1和clusterPart2;
(3.4)从clusterPart1和clusterPart2中,各取出一个点,分别按照y坐标升序排列,分别记为sortPoint1和sortPoint2,此时两组对应的点就在一条电力线上;
(3.5)根据sortPoint1[i]和sortPoint2[i]点确定电力线在XOY平面投影直线有lineNum1条,分别根据公式y=kx+b求得lineNum1个电力线投影表达式:
(3.6)根据步骤(3.5)中的表达式,确定电力线在XOY平面划分为若干个重合的部分,确定电力线重合数量,用XOY平面点到直线距离公式分别遍历点云,当点到电力线投影表达式距离小于经验距离时,则该点属于该部分;
(3.7)沿电力线走向,并按照经验步长,将重合部分分割成m个局部段;
(3.8)对分割后的m个局部段电力线,分别用k-means进行XYZ空间聚类,统计出现最多的簇数量,获取XOY投影重合部分在垂直方向上的电力线数量,记为verticalPartLineNum;
(3.9)提取局部段内聚类簇数等于verticalPartLineNum的局部段,将局部段内各簇,按照z值高低排序编号,提取各局部段内编号相同的簇,组成verticalPartLineNum根电力线;然后提取局部段内聚类簇数小于verticalPartLineNum的局部段,将其局部段内各簇和临近局部段内各簇进行x、y、z临近匹配,划分到相对应的、重合部分的各个电力线中;
(3.10)重复(3.7)~(3.9),直至完成各个重合部分的电力线分割。
所述经验步长为2.5米。
所述经验距离为1m。
本发明的有益效果在于:
1.采用电力线点云局部统计的方式获得电力线数量,针对XOY面投影不重合模型,能获取完整的点云段,避免了电力线多处缺失;
2.针对XOY面投影重合模型,采用了完整点云段高程排序的方式,对点云不缺失的段进行高程排序,然后对有缺失的段进行临近匹配,从而解决电力线点云多处缺失,对电力线分割带来的影响。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案,但要求保护的范围并不局限于所述。
本发明提供的一种多模型电力线分割方法,主要研究模型A、模型B两种电力线模型,两种模型在XOY平面和XYZ空间有较明显的区分特征,因此,根据区分特征可以进行电力线模型识别,一种多模型电力线分割方法,包括以下步骤:
①模型判断:沿电力线走向和经验步长,将电力线分割为若干段,把每一段分别在XOY平面和XYZ空间进行聚类,根据每一段中,两种聚类的统计结果,确定电力线模型A和模型B;
②对模型A进行电力线分割:将电力线在XOY平面投影分段,进行聚类,统计聚类结果后,确定电力线数量,再根据电力线数量在XOY平面呈直线模型,完成电力线分割;
③对模型B进行电力线分割:首先,将电力线在XYZ空间分段,进行聚类,统计聚类结果后,确定电力线数量;其次,根据在XOY平面分段的聚类统计结果,确定电力线重合部分的数量,将每个重合部分,在XOY面投影,获取直线模型,通过直线模型将电力线分割为若干个在XOY平面投影重合的部分,将重合的每个部分,根据每一段聚类结果的高程的高低关系,确定每一根电力线;最后,根据取点邻近匹配原则,完成电力线分割,即:
所述步骤①中,将电力线在XOY平面投影不重合的模型,定义为模型A,将电力线在XOY平面投影重合的模型,定义为模型B。
所述模型A的电力线实际数量等于电力线在XOY平面投影后的投影数量,模型B的电力线实际数量大于电力线在XOY平面投影后的投影数量。
所述步骤②中,采用基于局部聚类确定直线模型方程的方法,进行电力线分割。
所述步骤①分为以下步骤:
(1.1)按照经验步长,将一档电力线点云,并沿该档电力线走向,将电力线分割成n段;
(1.2)对n段数据分别用k-means进行XYZ空间聚类,同时记录每段聚类簇数量,统计出现次数最多的聚类簇数量,获取电力线总数量,记为lineNum;
(1.3)对n段数据分别用k-means进行XOY平面聚类,同时记录每段聚类簇数量,统计出现次数最多的簇数量,获取XOY平面聚类数量,记为clusterNumXOY;
(1.4)当lineNum等于clusterNumXOY时,电力线为模型A,否则为模型B。
所述步骤②分为以下步骤:
(2.1)沿电力线走向,并按照经验步长,将电力线分割成n段;
(2.2)对分割后的n段电力线分别用k-means进行聚类,并统计每段的聚类簇数;
(2.3)从聚类后的电力线两端,向中间遍历,获取两段段内聚类数等于lineNum的段,分别记为clusterPart1和clusterPart2;
(2.4)在clusterPart1和clusterPart2的每一簇中,各取一个点,一共取出2×lineNum个点;
(2.5)对clusterPart1和clusterPart2取出的点,按照y坐标升序排列,分别记为sortPoint1和sortPoint2,此时两组对应的点在一条电力线上;
(2.6)根据sortPoint1[i]和sortPoint2[i]点(0≤i<lineNum,i为常数),确定电力线在XOY平面投影直线有lineNum条,其中,sortPoint1[i]表示一个点坐标为(sortPoint1[i].x,sortPoint1[i].y,sortPoint1[i].z),sortPoint2[i]表示一个点坐标为(sortPoint2[i].x,sortPoint2[i].y,sortPoint2[i].z),0≤i<lineNum,i为常数;
(2.7)分别根据公式y=kx+b求得lineNum个电力线投影表达式:
(2.8)根据步骤(2.7)中的表达式,用XOY平面点到直线距离公式(即y=kx+b),分别遍历点云,当点到电力线投影表达式距离小于经验距离时,则该点属于此条电力线,完成电力线分割。
所述步骤③分为以下步骤:
(3.1)沿电力线走向,并按照经验步长,将电力线分割成n段;
(3.2)对分割后的n段电力线,分别用k-means进行XOY平面聚类,获取每段段内聚类簇数量,统计出现最多的簇数量,即为电力线重合部分数量(一个重合部分包含若干条在XOY平面投影重合的电力线),获取XOY平面分割数量,确定电力线重合数量,记为clusterNumXOY;
(3.3)聚类后,对簇数量进从两端向中间遍历,获取两个段内,簇数量等于clusterNumXOY的段,分别记为clusterPart1和clusterPart2;
(3.4)从clusterPart1和clusterPart2中,各取出一个点,分别按照y坐标升序排列,分别记为sortPoint1和sortPoint2,此时两组对应的点就在一条电力线上;
(3.5)根据sortPoint1[i]和sortPoint2[i](0≤i<=lineNum1,i为常数)点确定电力线在XOY平面投影直线有lineNum1条,分别根据公式y=kx+b(常规物理公式)求得lineNum1个电力线投影表达式:
(3.6)根据步骤(3.5)中的表达式,确定电力线在XOY平面划分为若干个重合的部分(一个重合部分包含若干条在XOY平面投影重合的电力线),确定电力线重合数量,用XOY平面点到直线距离公式分别遍历点云(即y=kx+b),当点到电力线投影表达式距离小于经验距离时,则该点属于该部分;
(3.7)沿电力线走向,并按照经验步长,将重合部分分割成m个局部段;
(3.8)对分割后的m个局部段电力线,分别用k-means进行XYZ空间聚类,统计出现最多的簇数量,获取XOY投影重合部分在垂直方向上的电力线数量,记为verticalPartLineNum(即为重合部分在垂直方向上电力线数量);
(3.9)提取局部段内聚类簇数等于verticalPartLineNum的局部段,将局部段内各簇,按照z值高低排序编号,提取各局部段内编号相同的簇,组成verticalPartLineNum根电力线;然后提取局部段内聚类簇数小于verticalPartLineNum的局部段,将其局部段内各簇和临近局部段内各簇进行x、y、z临近匹配,划分到相对应的、重合部分的各个电力线中;
(3.10)重复(3.7)~(3.9),直至完成各个重合部分的电力线分割。
所述经验步长为2.5米。
所述经验距离为1m。
综上所述,本发明采用电力线点云局部统计的方式,获取电力线数量,针对XOY面投影不重合的模型,通过电力线两端向中央搜索的方式,获取完整点云段,从而避免了电力线多处缺失;针对XOY面投影重合模型,采用了完整点云段高程排序的方式,对点云不缺失的段进行高程排序,然后对有缺失的段进行临近匹配,从而解决电力线点云多处缺失,对电力线分割带来的影响。
Claims (9)
1.一种多模型电力线分割方法,其特征在于:包括以下步骤:
①模型判断:沿电力线走向和经验步长,将电力线分割为若干段,把每一段分别在XOY平面和XYZ空间进行聚类,根据每一段中,两种聚类的统计结果,确定电力线模型A和模型B;
②对模型A进行电力线分割:将电力线在XOY平面投影分段,进行聚类,统计聚类结果后,确定电力线数量,再根据电力线数量在XOY平面呈直线模型,完成电力线分割;
③对模型B进行电力线分割:首先,将电力线在XYZ空间分段,进行聚类,统计聚类结果后,确定电力线数量;其次,根据在XOY平面分段的聚类统计结果,确定电力线重合部分的数量,将每个重合部分,在XOY面投影,获取直线模型,通过直线模型将电力线分割为若干个在XOY平面投影重合的部分,将重合的每个部分,根据每一段聚类结果的高程的高低关系,确定每一根电力线;最后,根据取点邻近匹配原则,完成电力线分割。
2.如权利要求1所述的多模型电力线分割方法,其特征在于:所述步骤①中,将电力线在XOY平面投影不重合的模型,定义为模型A,将电力线在XOY平面投影重合的模型,定义为模型B。
3.如权利要求1所述的多模型电力线分割方法,其特征在于:所述模型A的电力线实际数量等于电力线在XOY平面投影后的投影数量,模型B的电力线实际数量大于电力线在XOY平面投影后的投影数量。
4.如权利要求1所述的多模型电力线分割方法,其特征在于:所述步骤②中,采用基于局部聚类确定直线模型方程的方法,进行电力线分割。
5.如权利要求1所述的多模型电力线分割方法,其特征在于:所述步骤①分为以下步骤:
(1.1)按照经验步长,将一档电力线点云,并沿该档电力线走向,将电力线分割成n段;
(1.2)对n段数据分别用k-means进行XYZ空间聚类,同时记录每段聚类簇数量,统计出现次数最多的聚类簇数量,获取电力线总数量,记为lineNum;
(1.3)对n段数据分别用k-means进行XOY平面聚类,同时记录每段聚类簇数量,统计出现次数最多的簇数量,获取XOY平面聚类数量,记为clusterNumXOY;
(1.4)当lineNum等于clusterNumXOY时,电力线为模型A,否则为模型B。
6.如权利要求1所述的多模型电力线分割方法,其特征在于:所述步骤②分为以下步骤:
(2.1)沿电力线走向,并按照经验步长,将电力线分割成n段;
(2.2)对分割后的n段电力线分别用k-means进行聚类,并统计每段的聚类簇数;
(2.3)从聚类后的电力线两端,向中间遍历,获取两段段内聚类数等于lineNum的段,分别记为clusterPart1和clusterPart2;
(2.4)在clusterPart1和clusterPart2的每一簇中,各取一个点,一共取出2×lineNum个点;
(2.5)对clusterPart1和clusterPart2取出的点,按照y坐标升序排列,分别记为sortPoint1和sortPoint2,此时两组对应的点在一条电力线上;
(2.6)根据sortPoint1[i]和sortPoint2[i]点,确定电力线在XOY平面投影直线有lineNum条,其中,sortPoint1[i]表示一个点坐标为(sortPoint1[i].x,sortPoint1[i].y,sortPoint1[i].z),sortPoint2[i]表示一个点坐标为(sortPoint2[i].x,sortPoint2[i].y,sortPoint2[i].z),0≤i<lineNum,i为常数;
(2.7)分别根据公式y=kx+b求得lineNum个电力线投影表达式:
(2.8)根据步骤(2.7)中的表达式,分别遍历点云,当点到电力线投影表达式距离小于经验距离时,则该点属于此条电力线,完成电力线分割。
7.如权利要求1所述的多模型电力线分割方法,其特征在于:所述步骤③分为以下步骤:
(3.1)沿电力线走向,并按照经验步长,将电力线分割成n段;
(3.2)对分割后的n段电力线,分别用k-means进行XOY平面聚类,获取每段段内聚类簇数量,统计出现最多的簇数量,获取XOY平面分割数量,确定电力线重合数量,记为clusterNumXOY;
(3.3)聚类后,对簇数量进从两端向中间遍历,获取两个段内簇数量等于clusterNumXOY的段,分别记为clusterPart1和clusterPart2;
(3.4)从clusterPart1和clusterPart2中,各取出一个点,分别按照y坐标升序排列,分别记为sortPoint1和sortPoint2,此时两组对应的点就在一条电力线上;
(3.5)根据sortPoint1[i]和sortPoint2[i]点确定电力线在XOY平面投影直线有lineNum1条,分别根据公式y=kx+b求得lineNum1个电力线投影表达式:
(3.6)根据步骤(3.5)中的表达式,确定电力线在XOY平面划分为若干个重合的部分,确定电力线重合数量,用XOY平面点到直线距离公式分别遍历点云,当点到电力线投影表达式距离小于经验距离时,则该点属于该部分;
(3.7)沿电力线走向,并按照经验步长,将重合部分分割成m个局部段;
(3.8)对分割后的m个局部段电力线,分别用k-means进行XYZ空间聚类,统计出现最多的簇数量,获取XOY投影重合部分在垂直方向上的电力线数量,记为verticalPartLineNum;
(3.9)提取局部段内聚类簇数等于verticalPartLineNum的局部段,将局部段内各簇,按照z值高低排序编号,提取各局部段内编号相同的簇,组成verticalPartLineNum根电力线;然后提取局部段内聚类簇数小于verticalPartLineNum的局部段,将其局部段内各簇和临近局部段内各簇进行x、y、z临近匹配,划分到相对应的、重合部分的各个电力线中;
(3.10)重复(3.7)~(3.9),直至完成各个重合部分的电力线分割。
8.如权利要求1、5、6或7中,任意一项所述的多模型电力线分割方法,其特征在于:所述经验步长为2.5米。
9.如权利要求6或7所述的多模型电力线分割方法,其特征在于:所述经验距离为1m。
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陈驰: "机载激光点云数据中电力线自动提取方法", 《武汉大学学报·信息科学版》 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN114325678A (zh) * | 2022-03-10 | 2022-04-12 | 北京云圣智能科技有限责任公司 | 障碍物检测方法、装置及服务器 |
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CN110533075B (zh) | 2023-08-08 |
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