CN110595442A - 输电线路通道树障检测方法、储存介质和计算机设备 - Google Patents

输电线路通道树障检测方法、储存介质和计算机设备 Download PDF

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王飞
李江春
刘东甲
东广正
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    • G01C11/04—Interpretation of pictures
    • G01C11/30—Interpretation of pictures by triangulation
    • G01C11/34—Aerial triangulation

Abstract

本发明实施例提供一种输电线路通道树障检测方法、计算机可读储存介质和计算机设备，包括如下步骤：获取输电线路通道的影像；所述影像中包括多个同名点；根据影像中的同名点，获取每张影像的方位元素；根据每张影像的方位元素，利用空中三角测量方法，获取输电线路通道对应的三维密集点云；选取所述三维密集点云的至少3个电力线点模拟出输电线路的下导线；以模拟输电线路的下导线上的点为中心，分别以输电线路安全距离阈值、预设的缓冲距离为半径作同心扇形，提取两同心扇形的非重叠区域的点云作为树障点。相比于现有技术，本发明实施例的树障检测方法能提高输电线路通道树障隐患判断的准确性。

Description

输电线路通道树障检测方法、储存介质和计算机设备
技术领域
本发明实施例涉及输电线路通道巡检领域，特别是涉及一种输电线路通道树障检测方法、计算机可读储存介质和计算机设备。
背景技术
架空输电输电线路通道的供电线路多处于山区，山区内面积大，树木多，巡检人员经常遇到树障问题；所谓“树障”是指威胁到供电线路安全运行的线下树冠或线路走廊内的树木，其容易造成线路跳闸，甚至使线路断裂或者杆塔倒塌，造成较大面积的停电等问题。
目前的树障的检测手段主要靠人工肉眼判断为主，巡检人员通过在地面手持激光测距判别树木与供电线路的距离，但是，由于人与树障点的测量角度和位置关系，检测结果很大可能存在较大的误差。还有一些方式是利用倾斜摄影建模进行通道安全距离测量，但是这些检测方法在检测的时候，容易将导线挂点附近的金具、绝缘子等距离下导线较近的部件也视为树障隐患，树障隐患判断不够准确。
发明内容
基于此，本发明实施例的目的在于，提供一种输电线路通道树障检测方法，其具有提高输电线路通道树障隐患判断的准确性的优点。
第一方面，本发明实施例提供一种输电线路通道树障检测方法，包括如下步骤：
获取输电线路通道的影像；所述影像中包括多个同名点；
根据影像中的同名点，获取每张影像的方位元素；
根据每张影像的方位元素，利用空中三角测量方法，获取输电线路通道对应的三维密集点云；
选取所述三维密集点云的至少3个电力线点模拟出输电线路的下导线；
以模拟输电线路的下导线上的点为中心，分别以输电线路安全距离阈值、预设的缓冲距离为半径作同心扇形，提取两同心扇形的非重叠区域的点云作为树障点。
进一步地，所述根据影像中的同名点，获取每张影像的方位元素，包括如下步骤：
根据影像中的同名点，建立航带模型；
根据航带模型，计算航带模型的绝对定向；
根据航带模型的绝对定向，并通过光束法区域网平差反复迭代运算，获取每张影像的方位元素。
进一步地，所述方位元素包括内方位元素和外方位元素；所述内方位元素是指主距和像主点在像框标坐标系中的坐标，其根据影像摄影设备直接获取；所述外方位元素指影像焦点空间位置及影像相对航带偏航角、旋转角、俯仰角度数，其根据航带模型经由光束法区域网平差反复迭代计算后获取。
进一步地，获取输电线路通道对应的三维密集点云，包括利用空中三角测量中的空间前方交会方法，将多个影像上的同名点进行逐像素匹配并将多余观测进行平差，进而获取输电线路通道对应的三维密集点云。
进一步地，所述选取所述三维密集点云的至少3个电力线点模拟出输电线路的下导线，包括：
根据影像中属于下导线的至少3个同名点，通过空间前方交会方法，选取所述三维密集点云中与同名点对应的电力线点；
获取所述三维密集点云中表征下导线的至少3个电力线点的三维坐标；
将所述三个点的三维坐标转换为对应的二维坐标，并根据设定的斜抛物线方程，解算表征电力线二维坐标的斜抛物线；
根据所述斜抛物线和悬链线方程，模拟出输电线路的下导线。
进一步地，所述至少3个电力线点包括下导线两端挂点和中间任一点。
进一步地，所述选取所述三维密集点云的至少3个电力线点模拟出输电线路的下导线的步骤与所述以模拟输电线路的下导线上的点为中心，分别以输电线路安全距离阈值、预设的缓冲距离为半径作同心扇形，提取两同心扇形的非重叠区域的点云作为树障点的步骤之间，还包括：
对三维密集点云进行分类，将三维密集点云分为电力线点云、输电线路部件点云和地物点云。
进一步地，所述预设的缓冲距离根据不同电压等级的输电线路的导线挂点附近输电线路部件与下导线之间的距离而设定；所述输电线路部件包括金具、杆塔和绝缘子。
第二方面，本发明实施例还提供一种计算机可读储存介质，其上储存有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如上所述的输电线路通道树障检测方法的步骤。
第三方面，本发明实施例还提供一种计算机设备，包括储存器、处理器以及储存在所述储存器中并可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的输电线路通道树障检测方法的步骤。
相比于现有技术，本发明实施例的树障检测方法，可有效过滤输电线路下导线挂点附近的金具、绝缘子、杆塔等部件对树障检测结果的影响，提高输电线路通道安全距离内树障判断的准确性。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明实施例。
附图说明
图1为本发明实施例中输电线路通道树障检测方法的流程图；
图2为本发明实施例中获取方位元素的流程图；
图3为本发明实施例中空间前方交会方法的原理图；
图4为本发明实施例中模拟输电线路通道上的下导线的流程图；
图5为本发明实施例中计算模拟输电线路通道上的下导线的坐标的原理图；
图6为本发明实施例中提取树障点的示意图。
具体实施方式
请参阅图1，其为本发明实施例中输电线路通道树障检测方法的流程图。该输电线路通道树障检测方法，包括如下步骤：
步骤S1：获取输电线路通道影像；所述影像中包括多个同名点。
所述同名点是地面上同一个点在不同影像上的成像点。本发明实施例的影像可通过多旋翼、小型固定翼等无人机通过普通航带往返照相获取，也可以通过运输机等大型有人机搭载高精度测绘专用仪器获取的符合摄影测量学原理的高清正射影像。为了保证后期照片同名点的解算，在影像采集过程中应按照摄影测量学的要求满足航向重叠和旁项重叠，如为了确定影像航带模型中的各个单独模型比例一致，要求相邻三张照片间存在公共点即航向重叠要求在60％以上，旁项重叠度也应达到15％～30％。同时为了保证精度最优化应同时对航带弯曲度和相片倾斜角有严格要求，以期所得结果准确可靠。
步骤S2：根据影像中的同名点，获取每张影像的方位元素。
请参阅图2，其为本发明实施例中获取方位元素的流程图。
所述计算每张影像的方位像素，具体包括如下步骤：
步骤S21：根据影像中的同名点，建立航带模型；
具体的，根据三张或以上照片间的同名点完成模型的相对定向，再根据相对定向将相邻模型间的同名点进行连接形成航带模型。如根据第一张影像和第二张影像的同名点建立初始模型，然后再加入第三张影像；根据第一张影像、第二张影像和第三张影像的相对定向，将同名点连接形成航带模型，再以该航带模型作为初始模型，加入第四张影像，以此类推，从而将获取的影像建立起航带模型，即所述航带模型为将具有同名点相对关系的连续影像进行连接后形成的模型。
步骤S23：根据航带模型，计算航带模型的绝对定向。
为获取航带模型的绝对定向，本实施例中根据航带模型，利用输电线路通道内控制点或辅助GPS测量，计算航带模型的绝对定向，其中所述绝对定向包括航带模型的立体模型比例尺和航带模型内各点相对地面的位置信息。
步骤S24：根据航带模型的绝对定向，经光束法区域网平差反复迭代运算，获取每张影像的方位元素。
方位元素包括内方位元素和外方位元素；所述内方位元素是是指主距和像主点在像框标坐标系中的坐标，通常由影像拍摄设备的厂家提供，或者根据实际需要可对厂家的提供进行修改，无需人为计算获取，本发明实施例是直接获取厂家提供的内方位元素。所述外方位元素指影像焦点空间位置及影像相对航带偏航角、旋转角、俯仰角度数，本发明实施例通过光束法区域网平差获取的是外方位元素。
本发明实施例中，根据航带模型的绝对定向，并借助已有或辅助点坐标来计算影像的外方位元素。所述光束法区域网平差是以单张像片为单元，按摄影站、像点及其相应地面点三点共线原理进行的一种区域网平差，具体的以一幅影像所组成的一束光线作为平差的基本单元，以中心投影的共线方程作为平差的基础方程，通过各个光线束在空间的旋转和平移，进行反复的迭代运算，使模型之间的公共点的光线实现最佳的交会并使整个区域最佳地纳入到已知的控制点坐标系中去，进而获取每张照片的外方位元素。
步骤S3：根据每张影像的方位元素，利用空中三角测量方法，获取输电线路通道对应的三维密集点云。
点云技术又称为空间实景复制技术，以空间密集点表达空间表面信息，其特点是数据量大、信息丰富等特点，所述点云，为在同一空间参考系下表达目标空间分布和目标表面特性的海量点集合，在逆向工程中通过测量仪器得到的产品外观表面的点数据集合。通常点数量比较少，点与点的间距也比较大，叫稀疏点云；而点数量比较大并且比较密集，叫密集点云。本发明实施例中，采用高效先进的点云管理算法能有效降低海量数据对计算机硬件的要求，具体地，将获取的点云数据存储到其他存储器中，当需要使用时，才从其他存储器中获取显示。
请参阅图3，其为本发明实施例中空间前方交会方法的原理图。
在本实施例中，利用空中三角测量中的空间前方交会方法，将多个照片上同名像点进行逐像素匹配并将多余观测进行平差得到测区的密集点云。
S、S’分别为拍摄的两张影像，其构成立体像，所述立体像对，为两张同一地区的遥感影像，从不同角度进行拍摄，获得的具有重叠区域；则地面上任意一点A分别在S、S’两张影像的成像为a、a’，a点在S影像中的像空间辅助坐标系中的坐标分别为(X，Y，Z)，a’在S’影像中的像空间辅助坐标系中的坐标(X’，Y’，Z’)，则根据两张影像的方位元素计算像点在像空间辅助坐标系中的坐标的计算公式为：
其中x、y为S影像中的点在S影像的像空间坐标系中的投影坐标，x’、y’为S’影像中的点在S’影像的像空间坐标系中的投影坐标，f为像片主距；R1，R2分别为S、S’影像的空间旋转矩阵，是由外方位元素的多个角度构成的旋转矩阵。
由于S影像的像空间坐标系和S’影像的像空间坐标系与地面摄影测量坐标系相互平行，且摄站点、像点、地物点三点共线，进而可计算A点的地面坐标，多个点坐标的集合即为三维密集点云。其中涉及的具体计算公式如下：
XA为A点在大地坐标系中的X方向的坐标；YA为A点在大地坐标系中的Y方向的坐标；ZA为A点在大地坐标系中的Z方向的坐标，这三个坐标即为A点的地面坐标。SA为S影像距离地面A点的距离；S’A为S’影像距离地面A点的距离；ΔX，ΔY，ΔZ分别为影像S在像空间辅助坐标系中方向的坐标；ΔX′,ΔY′,ΔZ′为影像S’在像空间辅助坐标系中的坐标；N1，N2为S、S’影像的投影系数，Bx，By，Bz为摄影基线在摄影坐标系中X，Y，Z方向的分量；XS，YS，ZS为S影像在大地坐标系中的坐标；XS’，YS’，ZS’为S影像在大地坐标系中的坐标。
步骤S4：选取所述三维密集点云的至少3个电力线点模拟出输电线路的下导线。
请同时参阅图4和图5，图4为本发明实施例中模拟输电线路通道上的下导线的流程图；图5为本发明实施例中计算模拟输电线路通道上的下导线的原理图。
在一个实施例中，所述选取所述三维密集点云的至少3个电力线点模拟出输电线路的下导线，包括：
步骤S41：根据影像中属于下导线的至少3个同名点，通过空间前方交会方法，选取所述三维密集点云中与同名点对应的电力线点；
根据摄影测量学原理，前方交会时需要选择两张或以上照片上的同名点进行空间相交才能解算出相应地物点的空间坐标，实际解算时有时因为电力线较细、拍照不清晰或特征点无法提取等各种现象，通过空中三角测量方法获取的输电线路通道的点云中得到的电力线常常不完整甚至完全无法呈现的情况，这就要求一些人工交互将空间导线完整模拟出来。
由于在三维密集点云中，无法直接获知某一点究竟是属于电力线点云、或者输电线路部件点云，又或者地物点云，需要从影像中进行刺点，选取属于下导线的至少3个同名点，通过空间前方交会方法，从而定位到三维密集点云中与同名点对应的电力线点。
步骤S42：获取所述三维密集点云中表征下导线的至少3个电力线点的三维坐标；
所述三维密集点云是PIX4d工程文件，所述三维密集点云包含地物的三维坐标信息。
步骤S43：将所述三个点的三维坐标转换为对应的二维坐标，并根据设定的斜抛物线方程，解算表征下导线二维坐标的斜抛物线；
将电线延其走向剖分得到下导线剖面，其在剖面的形态即为一条二维斜抛物线，该二维斜抛物线的计算公式如下：
y＝ax2+bx+c
将所述三个点的三维坐标转换为剖面坐标系中的二维坐标，并根据设定的斜抛物线方程，解算表征下导线二维坐标的斜抛物线。
步骤S44：根据所述斜抛物线和悬链线方程，模拟出输电线路的下导线。
请参阅图5，二维坐标与三维坐标之间的转换相当于自定义坐标系与水平投影坐标系的转换，具体的转换方程为：
Tx＝Dx×cosα+Dy×sinα
Ty＝-Dx×sinα+Dy×cosα
其中，水平投影坐标系的原点可选择为小号杆塔，X，Y方向与大地坐标系平行；Dx，Dy为获取的斜抛物线的任意一点在水平投影坐标系中的分量；自定义坐标系的原点与水平投影坐标系的原点重合，其X方向与导线平行，其根据导线的不同而不同。Tx，Ty为Dx，Dy在自定义坐标系中的坐标系的分量；α为自定义坐标系与水平投影坐标系的夹角。
优选地，为了使得模拟的输电线路的下导线更接近真实的下导线，所述至少3个电力线点包括下导线两端挂点和中间任一点。
步骤S5：以模拟输电线路的下导线上的点为中心，分别以输电线路安全距离阈值、预设的缓冲距离为半径作同心扇形，提取两同心扇形的非重叠区域的点云作为树障点。
其中，所述预设的缓冲距离根据不同电压等级的输电线路的导线挂点附近输电线路部件与下导线之间的距离而设定；所述输电线路部件包括金具、杆塔和绝缘子。所述输电线路安全距离阈值可以根据输电线路的电压等级直接获得。请参阅图6，其为本发明实施例中提取树障点的示意图，输电线路安全距离阈值为D，预设的缓冲距离为d，下方曲线为地物点云。
一般地，所述选取所述三维密集点云的至少3个电力线点模拟出输电线路的下导线的步骤与所述以模拟输电线路的下导线上的点为中心，分别以输电线路安全距离阈值、预设的缓冲距离为半径作同心扇形，提取两同心扇形的非重叠区域的点云作为树障点的步骤之间，还包括：
对三维密集点云进行分类，将三维密集点云分为电力线点云、输电线路部件点云和地物点云。
因此，由图6可以明显看出，输电线路安全距离阈值为D，在模拟的下导线上的点为中心，D为半径的扇形区域内，提取半径为(D-d)的环形范围内输电线路下方的点云，提取的点云即为达到安全距离隐患的点。
当提取两同心扇形的非重叠区域的点云作为树障点时，则将点云内的树障点进行标注，具体的，可根据输电线路通道规范将一定空间范围内的距离将标注的树障点进行等级标注，得到紧急缺陷、重大缺陷、一般缺陷及关注点等相关信息。根据标注的树障点等级，生成树障分析报告。
相比于现有技术，本发明实施例的树障检测方法，可有效过滤输电线路下导线挂点附近的金具、绝缘子、杆塔等部件对树障检测结果的影响，提高输电线路通道安全距离内树障判断的准确性。
第二方面，本发明实施例还提供一种计算机可读储存介质，其上储存有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如上所述的输电线路通道树障检测方法的步骤。
本发明可采用在一个或多个其中包含有程序代码的储存介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。计算机可读储存介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体，可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的储存介质的例子包括但不限于：相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。
第三方面，本发明实施例还提供一种计算机设备，包括储存器、处理器以及储存在所述储存器中并可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的输电线路通道树障检测方法的步骤。
相比于现有技术，本发明实施例的树障检测方法，可有效过滤输电线路下导线挂点附近的金具、绝缘子、杆塔等部件对树障检测结果的影响，提高输电线路通道安全距离内树障判断的准确性。
以上所述实施例仅表达了本发明实施例的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实施例构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明实施例的保护范围。

Claims (10)

1.一种输电线路通道树障检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取输电线路通道的影像；所述影像中包括多个同名点；
根据影像中的同名点，获取每张影像的方位元素；
根据每张影像的方位元素，利用空中三角测量方法，获取输电线路通道对应的三维密集点云；
选取所述三维密集点云的至少3个电力线点模拟出输电线路的下导线；
以模拟输电线路的下导线上的点为中心，分别以输电线路安全距离阈值、预设的缓冲距离为半径作同心扇形，提取两同心扇形的非重叠区域的点云作为树障点。
2.根据权利要求1所述的输电线路通道树障检测方法，其特征在于：所述根据影像中的同名点，获取每张影像的方位元素，包括如下步骤：
根据影像中的同名点，建立航带模型；
根据航带模型，计算航带模型的绝对定向；
根据航带模型的绝对定向，并通过光束法区域网平差反复迭代运算，获取每张影像的方位元素。
3.根据权利要求2所述的输电线路通道树障检测方法，其特征在于：所述方位元素包括内方位元素和外方位元素；所述内方位元素是指主距和像主点在像框标坐标系中的坐标，其根据影像摄影设备直接获取；所述外方位元素指影像焦点空间位置及影像相对航带偏航角、旋转角、俯仰角度数，其根据航带模型经由光束法区域网平差反复迭代计算后获取。
4.根据权利要求1所述的输电线路通道树障检测方法，其特征在于：获取输电线路通道对应的三维密集点云，包括利用空中三角测量中的空间前方交会方法，将多个影像上的同名点进行逐像素匹配并将多余观测进行平差，进而获取输电线路通道对应的三维密集点云。
5.根据权利要求1所述的输电线路通道树障检测方法，其特征在于：所述选取所述三维密集点云的至少3个电力线点模拟出输电线路的下导线，包括：
根据影像中属于下导线的至少3个同名点，通过空间前方交会方法，选取所述三维密集点云中与同名点对应的电力线点；
获取所述三维密集点云中表征下导线的至少3个电力线点的三维坐标；
将所述三个点的三维坐标转换为对应的二维坐标，并根据设定的斜抛物线方程，解算表征电力线二维坐标的斜抛物线；
根据所述斜抛物线和悬链线方程，模拟出输电线路的下导线。
6.根据权利要求5所述的输电线路通道树障检测方法，其特征在于：所述至少3个电力线点包括下导线两端挂点和中间任一点。
7.根据权利要求1所述的输电线路通道树障检测方法，其特征在于：所述选取所述三维密集点云的至少3个电力线点模拟出输电线路的下导线的步骤与所述以模拟输电线路的下导线上的点为中心，分别以输电线路安全距离阈值、预设的缓冲距离为半径作同心扇形，提取两同心扇形的非重叠区域的点云作为树障点的步骤之间，还包括：
对三维密集点云进行分类，将三维密集点云分为电力线点云、输电线路部件点云和地物点云。
8.根据权利要求1所述的输电线路通道树障检测方法，其特征在于：所述预设的缓冲距离根据不同电压等级的输电线路的导线挂点附近输电线路部件与下导线之间的距离而设定；所述输电线路部件包括金具、杆塔和绝缘子。
9.一种计算机可读储存介质，其上储存有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任意一项所述的输电线路通道树障检测方法的步骤。
10.一种计算机设备，包括储存器、处理器以及储存在所述储存器中并可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8任意一项所述的输电线路通道树障检测方法的步骤。
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