CN110619678B - 一种基于点云匹配的电力杆塔巡检航迹生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于点云匹配的电力杆塔巡检航迹生成方法,包括以下步骤：S1.针对一个确定类型的电力杆塔进行三维建模，获取该电力杆塔的三维点云数据cloud_t作为点云模板数据，规划该电力杆塔的自主巡检航迹trace_t作为与点云模板数据对应的航迹模板数据；S2.对于相同类型的目标杆塔进行三维建模，获取目标杆塔的三维点云数据cloud_obj；S3.将点云模板数据与目标杆塔的三维点云数据进行配准，得到点云模板数据与目标杆塔三维点云数据之间的平移向量t和旋转矩阵R；S4.利用平移向量t和旋转矩阵R对航迹模板数据trace_t进行平移和旋转变换，得到目标电力杆塔的巡检航迹trace_obj。本发明提高了电力杆塔巡检航迹的生成效率，并且可以保证相同类型杆塔的巡检数据保持较高的一致性。

Description

一种基于点云匹配的电力杆塔巡检航迹生成方法
技术领域
本发明涉及电力杆塔的巡检，特别是涉及一种基于点云匹配的电力杆塔巡检航迹生成方法。
背景技术
目前利用无人机对电力杆塔巡检已经成为了非常高效的作业模式，但是现在大多数的地市局还只是停留在人工控制无人机对高压电塔进行巡检的模式。人工巡检具有作业效率低，采集数据一致性差等问题。为此的方式有以下几种：
第一、手动操控无人机对电力线路巡检，然后在飞行过程中利用软件把整个飞行轨迹以及拍照点相机的姿态记录下来，进而生成可以重复巡检的自主航迹。
第二、利用激光雷达或倾斜摄影相机对目标杆塔进行三维建模，然后在生成的点云数据中标注出杆塔的部分关键点获取相应的位置信息，最后再通过相应算法计算出相应的自主巡检航迹。
上述方法中，第一种巡检模式需要对每一个杆塔都至少巡检一次，分别采集相应的自主巡检航迹，进而实现对指定杆塔的自主巡检。由于所有航迹都是独立采集，因此针对相同型号杆塔最终生成的自主航迹差异性也还较大。
第二种巡检模式，通过标注杆塔的关键点获取相应坐标信息后，通过算法直接生成相应航线，不需要针对杆塔独立采集航迹。因此最终针对相同类型的杆塔最终巡检结果会有比较高的一致性。但是这种方法同样也存在一些问题：需要对杆塔进行手工标注，标注点数量较多标注的工作量较大；如果采集的点云数据不够稠密，可能无法对关键点进行标注，会导致最终生成航迹误差较大，甚至生成失败。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于点云匹配的电力杆塔巡检航迹生成方法，有效提高了电力杆塔巡检航迹的生成效率。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于点云匹配的电力杆塔巡检航迹生成方法，包括以下步骤：
S1.针对一个确定类型的电力杆塔进行三维建模，获取该电力杆塔的三维点云数据cloud_t作为点云模板数据，并规划该电力杆塔的自主巡检航迹trace_t作为与点云模板数据对应的航迹模板数据；
S2.对于相同类型的目标杆塔进行三维建模，获取目标杆塔的三维点云数据cloud_obj；
S3.利用点云配准算法把点云模板数据与目标杆塔的三维点云数据进行配准，得到点云模板数据与目标杆塔三维点云数据之间的平移向量t和旋转矩阵R；
S4.利用得到的平移向量t和旋转矩阵R对航迹模板数据trace_t进行平移和旋转变换，得到目标电力杆塔的自主巡检航迹trace_obj。
优选地，所述步骤S1中，通过激光雷达扫描或者倾斜摄影的方式对确定类型的电力杆塔进行三维建模，获取该电力杆塔的三维点云数据cloud_t；同理地，所述步骤S2中，通过三维激光雷达扫描或者倾斜摄影的方式对目标杆塔进行三维建模，获取该电力杆塔的三维点云数据cloud_obj。
优选地，所述三维点云数据cloud_t和三维点云数据cloud_obj均由一系列三维坐标点构成。
优选地，所述自主巡检航迹trace_t和目标电力杆塔的巡检航迹trace_obj，均由一系列三维坐标点和与三维坐标点对应的相机姿态角构成。
优选地，步骤S3中所述的点云匹配算法可以是ICP迭代邻近点算法，也可以是其它的点云匹配或对准算法，步骤S3中的通过点云匹配算法获得的平移向量t和旋转矩阵R满足如下条件：
设点云模板数据cloud_t经平移向量t和旋转矩阵R变换后，得到一个新的点云模板数据cloud_t_obj：
cloud_t_obj＝R*cloud_t+t；
则经过变换之后的点云模板数据cloud_t_obj需要与目标杆塔的三维点云数据cloud_obj重叠。
优选地，所述步骤S4中，目标电力杆塔的巡检航迹trace_obj为：
trace_obj＝R*trace_t+t。
本发明的有益效果是：本发明在生成巡检航迹时不需要对所有目标杆塔进行关键点标注，在不需要对每一个杆塔均进行一次手动巡检，有助于提高航迹生成的效率；即使目标杆塔点云数据比较稀疏，利用匹配算法也可以很好的实现配准，具有较高的鲁棒性，这也就降低了对采集数据的要求；同时获得的航迹具有非常高的一致性，有助于提高后期巡检照片分析处理的效率。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种基于点云匹配的电力杆塔巡检航迹生成方法，包括以下步骤：
S1.针对一个确定类型的电力杆塔进行三维建模，获取该电力杆塔的三维点云数据cloud_t作为点云模板数据，并规划该电力杆塔的自主巡检航迹trace_t作为与点云模板数据对应的航迹模板数据；
S2.对于相同类型的目标杆塔进行三维建模，获取目标杆塔的三维点云数据cloud_obj；
S3.利用点云配准算法把点云模板数据与目标杆塔的三维点云数据进行配准，得到点云模板数据与目标杆塔三维点云数据之间的平移向量t和旋转矩阵R；
S4.利用得到的平移向量t和旋转矩阵R对航迹模板数据trace_t进行平移和旋转变换，得到目标电力杆塔的自主巡检航迹trace_obj。
在本申请的实施例中，步骤S1通过激光雷达扫描或者倾斜摄影的方式对特定类型的电力杆塔进行三维建模，获取该电力杆塔的三维点云数据cloud_t；步骤S2通过激光雷达扫描或者倾斜摄影的方式对目标杆塔进行三维建模，获取该电力杆塔的三维点云数据cloud_obj；在本申请的实施例中，所述三维点云数据cloud_t和三维点云数据cloud_obj均由一系列三维坐标点构成；所述自主巡检航迹trace_t和目标电力杆塔的巡检航迹trace_obj，均由一系列三维坐标点和与三维坐标点对应的相机姿态角构成。
在本申请的实施例中，步骤S3中所述的点云匹配算法可以是ICP迭代邻近点算法，也可以是其他的点云匹配算法。
在本申请的实施例中，步骤S3通过点云匹配算法获得的平移向量t和旋转矩阵R满足如下条件：
设点云模板数据cloud_t经平移向量t和旋转矩阵R进行变换后，得到一个新的点云模板数据cloud_t_obj：
cloud_t_obj＝R*cloud_t+t。
则经过变换之后的点云模板数据cloud_t_obj需要与目标杆塔的三维点云数据cloud_obj重叠。在该实施例中，t为三维向量，R为3*3的旋转矩阵；
所述步骤S4中，目标电力杆塔的自主巡检航迹trace_obj为：
trace_obj＝R*trace_t+t。
在本申请的实施例中，所述步骤S1中，针对一个确定类型的电力杆塔，规划自主巡检航迹的方法包括两种：一种是手动操控无人及对该电力杆塔进行巡检，在飞行过程中利用软件把整个飞行轨迹记录以及拍照点相机的姿态(相机姿态角)记录下来，进而生成自主巡检航迹；另一种是利用激光雷达或倾斜摄影相机对目标杆塔进行三维建模，然后在生成的点云数据中标注出杆塔的部分关键点获取相应的位置信息，设置关键点的巡检顺序和关键点的相机姿态角进而生成自主巡检航迹。需要说明的是，本申请与现有巡检航迹生成方式的不同点在于，只需要对一个确定类型的电力杆塔进行上述航迹规划，即可实现相同类型所有目标杆塔的航迹生成。不需要对所有目标杆塔进行关键点标注，也不需要对每一个杆塔均进行一次手动巡检，有助于提高自主航迹生成的效率；即使目标杆塔点云数据比较稀疏，利用匹配算法也可以很好的实现配准，具有较高的鲁棒性，可以降低对采集数据的要求；同时获得的航迹具有非常高的一致性，有助于提高后期巡检照片分析处理的效率。
最后需要说明的是，以上所述是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于所披露的形式，不应该看作是对其他实施例的排除，而可用于其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于点云匹配的电力杆塔巡检航迹生成方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.针对一个确定类型的电力杆塔进行三维建模，获取该电力杆塔的三维点云数据cloud_t作为点云模板数据，并规划该电力杆塔的自主巡检航迹trace_t作为与点云模板数据对应的航迹模板数据；
S2.对于相同类型的目标杆塔进行三维建模，获取目标杆塔的三维点云数据cloud_obj；
S3.利用点云匹配算法把点云模板数据与目标杆塔的三维点云数据进行配准，得到点云模板数据与目标杆塔三维点云数据之间的平移向量t和旋转矩阵R；
点云匹配算法获得的平移向量t和旋转矩阵R满足如下条件：
设点云模板数据cloud_t经平移向量t和旋转矩阵R进行变换后，得到一个新的点云模板数据 cloud_t_obj：
cloud_t_obj = R * cloud_t + t；
则经过变换之后的点云模板数据cloud_t_obj 需要与目标杆塔的三维点云数据cloud_obj 重叠；
S4.利用得到的平移向量t和旋转矩阵R对航迹模板数据trace_t进行平移和旋转变换，得到目标电力杆塔的巡检航迹trace_obj：
trace_obj = R * trace_t + t。
2.根据权利要求1所述的一种基于点云匹配的电力杆塔巡检航迹生成方法，其特征在于：所述步骤S1中，通过激光雷达扫描或者倾斜摄影的方式对确定类型的电力杆塔进行三维建模，获取该电力杆塔的三维点云数据cloud_t。
3.根据权利要求1所述的一种基于点云匹配的电力杆塔巡检航迹生成方法，其特征在于：所述步骤S2中，通过激光雷达扫描或者倾斜摄影的方式对目标杆塔进行三维建模，获取该电力杆塔的三维点云数据cloud_obj。
4.根据权利要求1所述的一种基于点云匹配的电力杆塔巡检航迹生成方法，其特征在于：所述三维点云数据cloud_t和三维点云数据cloud_obj均由一系列三维坐标点构成。
5.根据权利要求1所述的一种基于点云匹配的电力杆塔巡检航迹生成方法，其特征在于：所述自主巡检航迹trace_t和目标电力杆塔的巡检航迹trace_obj，均由一系列三维坐标点和与三维坐标点对应的相机姿态角构成。
6. 根据权利要求1所述的一种基于点云匹配的电力杆塔巡检航迹生成方法，其特征在于：步骤S3中所述的点云匹配算法包括ICP 迭代邻近点算法。
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