CN110989658B - 一种高压输电线路交叉跨越倾斜摄影点云采集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高压输电线路交叉跨越倾斜摄影点云采集方法，包括以下步骤：S1：智能终端匹配无人机型号，显示参数，无人机安装有相机；S2：选择飞行线路和杆塔区段，杆塔区段线行存在交叉跨越，设置飞行参数，规划飞行航线；S3：上传航线至无人机飞行平台，进行飞行前安全检查；S4：无人机根据航线飞行并采集数据；S5：结束飞行作业，上传数据至数据处理平台，自动处理三维建模，生成输电线三维模型。本发明具有改善采集数据质量，缩短数据采集时间、提高作业效率，减少作业数据量，提高建模速度。
Description
技术领域
本发明涉及高压输电线路杆塔三维建模技术领域，更具体地，涉及一种高压输电线路交叉跨越倾斜摄影点云采集方法。
背景技术
随着计算机、测绘、地理信息和无人机航天技术的发展，高压输电线路的设备资料管理正向着更加安全可靠的三维数字电网方向发展。现有的高压输电线路点云采集方法主要有以下两种，一、通过激光雷达进行点云采集，利用有人直升机或无人机搭载激光雷达进行激光扫描，采集点云数据构建输电线路三维模型；二、通过可见光相机倾斜摄影进行点云采集，无人机搭载可见光相机进行倾斜摄影，通过后期拼接影像数据进行三维建模。其中倾斜摄影由于其操作简便、灵活性高、技术门槛较低和成本较低等优点而广泛应用于高压输电线路三维建模中。然而现有的输电线路倾斜摄影点云采集方法仍然存在着以下三方面的问题：一、采集数据质量差，输电线路三维建模效果不理想。现有的输电线路倾斜摄影点云采集方法只是简单地利用搭载可见光相机的无人机朝着输电线路杆塔的方向拍摄影相采集数据，该采集方法对于复杂的高压输电线路并不适用，尤其是交叉跨越、大跨越等复杂区段的输电线路，往往容易存在线路杆塔点云数据缺失的情况，采集效果并不理想。二、数据采集时间过长，作业效率低下。传统的倾斜摄影需要从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集影像，若采用单云台的可见光无人机进行数据采集，需要飞行五个架次采集影像数据，耗费了大量时间。虽然现有的输电线路倾斜摄影提出了绕塔飞行的航线优化方法，可在一定程度上缩短采集时间，提高效率，但该方法没有针对不同情况的输电线路区段进行分类讨论说明，对于普通区段输电线路，即50米以下高度的线路杆塔区段，该方法仍然效率较低，容易造成作业效率低下问题，而对于复杂区段输电线路，即交叉跨越、大跨越等线路杆塔区段，容易存在杆塔点云数据缺失的情况，往往需要重复采集数据，影响了工作效率；三、采集数据量大，建模速度慢。倾斜摄影采集五个不同角度的影像数据，数据量巨大，大大地增加了数据解算的难度，影响了建模速度。虽然现有的输电线路倾斜摄影提出了只采集一个固定角度的影像数据的优化采集方法，可在一定程度上减少采集数据量，降低解算难度，但是该方法采集效果并不理想，对于复杂的高压输电线路容易存在杆塔点云数据缺失的情况，往往需要重复采集数据，反而加大了采集数据量，影响建模速度。因此亟需一种灵活高效的输电线路倾斜摄影点云采集方法，尤其对于交叉跨越等复杂区段的输电线路，以提高工作效率，节省大量的人力物力资源。
发明内容
本发明提供一种高压输电线路交叉跨越倾斜摄影点云采集方法，解决现有输电线路倾斜摄影点云数据采集方法存在的采集数据质量差、作业效率低、采集数据量大、建模速度慢等问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种高压输电线路交叉跨越倾斜摄影点云采集方法，包括以下步骤：
S1：智能终端匹配无人机型号，显示参数，无人机安装有相机；
S2：选择飞行线路和杆塔区段，杆塔区段线行存在交叉跨越，设置飞行参数，规划飞行航线；
S3：上传航线至无人机飞行平台，进行飞行前安全检查；
S4：无人机根据航线飞行并采集数据；
S5：结束飞行作业，上传数据至数据处理平台，自动处理三维建模，生成输电线三维模型。
优选地，步骤S2中规划飞行航线具体为：
采集测航数据的飞行线路和杆塔区段，系统依据杆塔坐标、杆塔高度设置飞行参数，形成飞行航线。
优选地，所述飞行参数包括飞行高度、机头高度和云台角度。
优选地，步骤S2中根据杆塔高度分为普通交叉跨越倾斜摄影点云采集飞行航线和特殊交叉跨越倾斜摄影点云采集飞行航线，具体为：
杆塔高度为50米以下，飞行航线设置为普通交叉跨越倾斜摄影点云采集飞行航线；
杆塔高度为50米以上，飞行航线设置为特殊交叉跨越倾斜摄影点云采集飞行航线。
优选地，所述普通交叉跨越倾斜摄影点云采集飞行航线具体为：
所述杆塔区段线行存在交叉跨越的区域包括第一杆塔至第二杆塔的输电线路区段，无人机在第一杆塔至第二杆塔的输电线路区段飞行时，从起始点到结束点依次分为第一航线、第二航线、第三航线和第四航线，第一航线、第二航线、第三航线和第四航线形成封闭的首尾相连的航线，从第一杆塔出发，行经第二杆塔，绕行一圈回到第一杆塔；
所述第一航线为与第一杆塔与第二杆塔坐标点连线相互平行的航线，第一航线的长度不短于第一杆塔与第二杆塔坐标点连线长度，第一航线与第一杆塔与第二杆塔坐标点连线的距离L1根据无人机飞行高度自动设置，具体为：
距离L1＝无人机飞行航高H*tan(15°)；
第二航线为与第一杆塔与第二杆塔坐标点连线相互垂直的航线，第二航线的长度不短于杆塔宽度的两倍，第二航线与第二杆塔坐标点的距离L2根据无人机飞行高度自动设置，具体为：
距离L2＝无人机飞行航高H*tan(15°)；
第三航线为与第一杆塔与第二杆塔坐标点连线相互平行的航线，第三航线的长度不短于第一杆塔与第二杆塔坐标点连线长度，第三航线与第一杆塔与第二杆塔坐标点连线的距离L3根据无人机飞行高度自动设置，具体为：
距离L3＝无人机飞行航高H*tan(15°)；
第四航线为与第一杆塔与第二杆塔坐标点连线相互垂直的航线，第四航线的长度不短于不短于杆塔宽度的两倍，第四航线与第二杆塔坐标点的距离L4根据无人机飞行高度自动设置，具体为：
距离L4＝无人机飞行航高H*tan(15°)。
优选地，所述无人机处于第一航线和第三航线时，无人机的相机朝向第一杆塔与第二杆塔坐标点连线方向，与航线成30°夹角，与水平方向成60°夹角，相机每隔固定时间拍一张照片。
优选地，所述无人机处于第二航线和第四航线时，无人机的相机朝向杆塔方向，与航线成30°夹角，与水平方向成60°夹角，相机每隔固定时间拍一张照片。
优选地，所述特殊交叉跨越倾斜摄影点云采集飞行航线具体为：
所述杆塔区段线行存在交叉跨越的区域包括第三杆塔至第四杆塔的输电线路区段，无人机在第三杆塔至第四杆塔的输电线路区段飞行时，从起始点到结束点依次分为第五航线、第六航线、第七航线和第八航线，第五航线、第六航线、第七航线和第八航线形成封闭的首尾相连的航线，从第三杆塔出发，行经第四杆塔，绕行一圈回到第三杆塔；
所述第五航线为绕第三杆塔飞行的圆周航线，第五航线的圆周航线半径L5根据无人机飞行高度自动设置，具体为：
距离L5＝无人机飞行航高H*tan(15°)；
第六航线为与第三杆塔与第四杆塔坐标点连线相互平行的航线，第六航线的长度不短于第三杆塔与第四杆塔坐标点连线的长度，第六航线与第三杆塔与第四杆塔坐标点连线的距离L6根据无人机飞行高度自动设置，具体为：
距离L6＝无人机飞行航高H*tan(15°)；
第七航线为与绕第四杆塔飞行的圆周航线，且第七航线的终点与起点为圆周航线上同一直径的两端，第七航线的圆周航线半径L7根据无人机飞行高度自动设置，具体为：
距离L3＝无人机飞行航高H*tan(15°)；
第八航线为与第三杆塔与第四杆塔坐标点连线相互平行的航线，第八航线的长度不短于第三杆塔与第四杆塔坐标点连线的长度，第八航线与第三杆塔与第四杆塔坐标点连线的距离L8根据无人机飞行高度自动设置，具体为：
距离L8＝无人机飞行航高H*tan(15°)。
优选地，所述无人机处于第五航线和第七航线时，无人机的相机朝向杆塔方向，与航线成30°夹角，与水平方向成60°夹角，相机每隔固定时间拍一张照片。
优选地，所述无人机处于第六航线和第八航线时，无人机的相机朝向第一杆塔与第二杆塔坐标点连线方向，与航线成30°夹角，与水平方向成60°夹角，相机每隔固定时间拍一张照片。
优选地，无人机飞行高度为杆塔高度的1.5倍至2倍。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
(1)改善采集数据质量。本发明针对不同区段的高压输电线路提供了对应的倾斜摄影数据采集方案，对应方法提供了最优的输电线路倾斜摄影角度、重叠度、广度等参数，可采集高质量的输电线路点云数据，避免了传统方法存在的线路杆塔点云数据缺失情况，以高质、高效地完成输电线路三维建模作业。
(2)缩短数据采集时间、提高作业效率。本发明提供了一种高效输电线路倾斜摄影点云采集方法，只需飞行一个架次，即可完成数据的采集，相比于传统的需要飞行五个架次的倾斜摄影方法，可大大缩短影像数据采集时间，提高采集速度，同时对于复杂区段，如交叉跨越、大跨越等线路区段，该方法可保证采集效果，无需重复飞行采集数据，有效地缩短了采集时间，提高了作业效率。
(3)减少作业数据量，提高建模速度。本发明针对不同区段的高压输电线路提供了最优采集的数据采集方案，无需重复飞行，无需重复采集数据，大大地降低了数据采集数量，减少了无效数据量，从而减少了减数据处理的工作量，降低了数据解算的难度，有效提高了建模的速度和效率。
附图说明
图1为本发明的方法流程示意图。
图2为实施例中的普通交叉跨越倾斜摄影点云采集航线示意图。
图3为实施例中的特殊交叉跨越倾斜摄影点云采集航线示意图
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
本实施例提供一种高压输电线路交叉跨越倾斜摄影点云采集方法，如图1，包括以下步骤：
S1：智能终端匹配无人机型号，显示参数，无人机安装有相机；
S2：选择飞行线路和杆塔区段，杆塔区段线行存在交叉跨越，设置飞行参数，规划飞行航线；
S3：上传航线至无人机飞行平台，进行飞行前安全检查；
S4：无人机根据航线飞行并采集数据；
S5：结束飞行作业，上传数据至数据处理平台，自动处理三维建模，生成输电线三维模型。
步骤S2中规划飞行航线具体为：
采集测航数据的飞行线路和杆塔区段，系统依据杆塔坐标、杆塔高度设置飞行参数，形成飞行航线。
所述飞行参数包括飞行高度、机头高度和云台角度。
步骤S2中根据杆塔高度分为普通交叉跨越倾斜摄影点云采集飞行航线和特殊交叉跨越倾斜摄影点云采集飞行航线，具体为：
杆塔高度为50米以下，飞行航线设置为普通交叉跨越倾斜摄影点云采集飞行航线；
杆塔高度为50米以上，飞行航线设置为特殊交叉跨越倾斜摄影点云采集飞行航线。
所述普通交叉跨越倾斜摄影点云采集飞行航线具体为：
所述杆塔区段线行存在交叉跨越的区域包括第一杆塔至第二杆塔的输电线路区段，无人机在第一杆塔至第二杆塔的输电线路区段飞行时，从起始点到结束点依次分为第一航线、第二航线、第三航线和第四航线，第一航线、第二航线、第三航线和第四航线形成封闭的首尾相连的航线，从第一杆塔出发，行经第二杆塔，绕行一圈回到第一杆塔；
所述第一航线为与第一杆塔与第二杆塔坐标点连线相互平行的航线，第一航线的长度不短于第一杆塔与第二杆塔坐标点连线长度，第一航线与第一杆塔与第二杆塔坐标点连线的距离L1根据无人机飞行高度自动设置，具体为：
距离L1＝无人机飞行航高H*tan(15°)；
第二航线为与第一杆塔与第二杆塔坐标点连线相互垂直的航线，第二航线的长度不短于杆塔宽度的两倍，第二航线与第二杆塔坐标点的距离L2根据无人机飞行高度自动设置，具体为：
距离L2＝无人机飞行航高H*tan(15°)；
第三航线为与第一杆塔与第二杆塔坐标点连线相互平行的航线，第三航线的长度不短于第一杆塔与第二杆塔坐标点连线长度，第三航线与第一杆塔与第二杆塔坐标点连线的距离L3根据无人机飞行高度自动设置，具体为：
距离L3＝无人机飞行航高H*tan(15°)；
第四航线为与第一杆塔与第二杆塔坐标点连线相互垂直的航线，第四航线的长度不短于不短于杆塔宽度的两倍，第四航线与第二杆塔坐标点的距离L4根据无人机飞行高度自动设置，具体为：
距离L4＝无人机飞行航高H*tan(15°)。
所述无人机处于第一航线和第三航线时，无人机的相机朝向第一杆塔与第二杆塔坐标点连线方向，与航线成30°夹角，与水平方向成60°夹角，相机每隔固定时间拍一张照片。
所述无人机处于第二航线和第四航线时，无人机的相机朝向杆塔方向，与航线成30°夹角，与水平方向成60°夹角，相机每隔固定时间拍一张照片；
如图2，无人机从起始航点A，并沿着航点A和航点B的连线飞行，此航线为第一杆塔与第二杆塔坐标点连线相互平行的航线；然后从航点B飞向航点C，沿着航点B和航点C的连线飞行，此航线为第一杆塔与第二杆塔坐标点连线相互垂直的航线；再从航点C飞向航点D，沿着航点C和航点D的连线飞行，此航线为第一杆塔与第二杆塔坐标点连线相互平行的航线；最后从从航点D飞向航点A，沿着航点D和航点A的连线飞行，此航线为第一杆塔与第二杆塔坐标点连线相互垂直的航线。
所述特殊交叉跨越倾斜摄影点云采集飞行航线具体为：
所述杆塔区段线行存在交叉跨越的区域包括第三杆塔至第四杆塔的输电线路区段，无人机在第三杆塔至第四杆塔的输电线路区段飞行时，从起始点到结束点依次分为第五航线、第六航线、第七航线和第八航线，第五航线、第六航线、第七航线和第八航线形成封闭的首尾相连的航线，从第三杆塔出发，行经第四杆塔，绕行一圈回到第三杆塔；
所述第五航线为绕第三杆塔飞行的圆周航线，第五航线的圆周航线半径L5根据无人机飞行高度自动设置，具体为：
距离L5＝无人机飞行航高H*tan(15°)；
第六航线为与第三杆塔与第四杆塔坐标点连线相互平行的航线，第六航线的长度不短于第三杆塔与第四杆塔坐标点连线的长度，第六航线与第三杆塔与第四杆塔坐标点连线的距离L6根据无人机飞行高度自动设置，具体为：
距离L6＝无人机飞行航高H*tan(15°)；
第七航线为与绕第四杆塔飞行的圆周航线，且第七航线的终点与起点为圆周航线上同一直径的两端，第七航线的圆周航线半径L7根据无人机飞行高度自动设置，具体为：
距离L3＝无人机飞行航高H*tan(15°)；
第八航线为与第三杆塔与第四杆塔坐标点连线相互平行的航线，第八航线的长度不短于第三杆塔与第四杆塔坐标点连线的长度，第八航线与第三杆塔与第四杆塔坐标点连线的距离L8根据无人机飞行高度自动设置，具体为：
距离L8＝无人机飞行航高H*tan(15°)。
所述无人机处于第五航线和第七航线时，无人机的相机朝向杆塔方向，与航线成30°夹角，与水平方向成60°夹角，相机每隔固定时间拍一张照片。
所述无人机处于第六航线和第八航线时，无人机的相机朝向第一杆塔与第二杆塔坐标点连线方向，与航线成30°夹角，与水平方向成60°夹角，相机每隔固定时间拍一张照片。
如图3，无人机从从航点A开始执行航线，执行完后回到航点A，其中航线为绕杆塔飞行的圆弧航线；然后从航点A飞向航点B，沿着航点A和航点B的连线飞行，此航线为第三杆塔与第四杆塔坐标点连线相互平行的航线；再从航点B开始执行航线，执行完后飞向航点C，其中航线为绕杆塔飞行的圆弧航线；最后从航点C飞向航点D，沿着航点C和航点D的连线飞行，此航线为第三杆塔与第四杆塔坐标点连线相互平行的航线。
无人机飞行高度为杆塔高度的1.5倍至2倍。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种高压输电线路交叉跨越倾斜摄影点云采集方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：智能终端匹配无人机型号，显示参数，无人机安装有相机；
S2：选择飞行线路和杆塔区段，杆塔区段线行存在交叉跨越，设置飞行参数，规划飞行航线；
S3：上传航线至无人机飞行平台，进行飞行前安全检查；
S4：无人机根据航线飞行并采集数据；
S5：结束飞行作业，上传数据至数据处理平台，自动处理三维建模，生成输电线三维模型；
步骤S2中规划飞行航线具体为：
采集测航数据的飞行线路和杆塔区段，系统依据杆塔坐标、杆塔高度设置飞行参数，形成飞行航线；
所述飞行参数包括飞行高度、机头高度和云台角度；
步骤S2中根据杆塔高度分为普通交叉跨越倾斜摄影点云采集飞行航线和特殊交叉跨越倾斜摄影点云采集飞行航线，具体为：
杆塔高度为50米以下，飞行航线设置为普通交叉跨越倾斜摄影点云采集飞行航线；
杆塔高度为50米以上，飞行航线设置为特殊交叉跨越倾斜摄影点云采集飞行航线；
所述普通交叉跨越倾斜摄影点云采集飞行航线具体为：
所述杆塔区段线行存在交叉跨越的区域包括第一杆塔至第二杆塔的输电线路区段，无人机在第一杆塔至第二杆塔的输电线路区段飞行时，从起始点到结束点依次分为第一航线、第二航线、第三航线和第四航线，第一航线、第二航线、第三航线和第四航线形成封闭的首尾相连的航线，从第一杆塔出发，行经第二杆塔，绕行一圈回到第一杆塔；
所述第一航线为与第一杆塔与第二杆塔坐标点连线相互平行的航线，第一航线的长度不短于第一杆塔与第二杆塔坐标点连线长度，第一航线与第一杆塔与第二杆塔坐标点连线的距离L1根据无人机飞行高度自动设置，具体为：
距离L1＝无人机飞行航高H*tan(15°)；
第二航线为与第一杆塔与第二杆塔坐标点连线相互垂直的航线，第二航线的长度不短于杆塔宽度的两倍，第二航线与第二杆塔坐标点的距离L2根据无人机飞行高度自动设置，具体为：
距离L2＝无人机飞行航高H*tan(15°)；
第三航线为与第一杆塔与第二杆塔坐标点连线相互平行的航线，第三航线的长度不短于第一杆塔与第二杆塔坐标点连线长度，第三航线与第一杆塔与第二杆塔坐标点连线的距离L3根据无人机飞行高度自动设置，具体为：
距离L3＝无人机飞行航高H*tan(15°)；
第四航线为与第一杆塔与第二杆塔坐标点连线相互垂直的航线，第四航线的长度不短于杆塔宽度的两倍，第四航线与第二杆塔坐标点的距离L4根据无人机飞行高度自动设置，具体为：
距离L4＝无人机飞行航高H*tan(15°)；
所述特殊交叉跨越倾斜摄影点云采集飞行航线具体为：
所述杆塔区段线行存在交叉跨越的区域包括第三杆塔至第四杆塔的输电线路区段，无人机在第三杆塔至第四杆塔的输电线路区段飞行时，从起始点到结束点依次分为第五航线、第六航线、第七航线和第八航线，第五航线、第六航线、第七航线和第八航线形成封闭的首尾相连的航线，从第三杆塔出发，行经第四杆塔，绕行一圈回到第三杆塔；
所述第五航线为绕第三杆塔飞行的圆周航线，第五航线的圆周航线半径L5根据无人机飞行高度自动设置，具体为：
距离L5＝无人机飞行航高H*tan(15°)；
第六航线为与第三杆塔与第四杆塔坐标点连线相互平行的航线，第六航线的长度不短于第三杆塔与第四杆塔坐标点连线的长度，第六航线与第三杆塔与第四杆塔坐标点连线的距离L6根据无人机飞行高度自动设置，具体为：
距离L6＝无人机飞行航高H*tan(15°)；
第七航线为与绕第四杆塔飞行的圆周航线，且第七航线的终点与起点为圆周航线上同一直径的两端，第七航线的圆周航线半径L7根据无人机飞行高度自动设置，具体为：
距离L3＝无人机飞行航高H*tan(15°)；
第八航线为与第三杆塔与第四杆塔坐标点连线相互平行的航线，第八航线的长度不短于第三杆塔与第四杆塔坐标点连线的长度，第八航线与第三杆塔与第四杆塔坐标点连线的距离L8根据无人机飞行高度自动设置，具体为：
距离L8＝无人机飞行航高H*tan(15°)。
2.根据权利要求1所述的高压输电线路交叉跨越倾斜摄影点云采集方法，其特征在于，所述无人机处于第一航线和第三航线时，无人机的相机朝向第一杆塔与第二杆塔坐标点连线方向，与航线成30°夹角，与水平方向成60°夹角，相机每隔固定时间拍一张照片。
3.根据权利要求2所述的高压输电线路交叉跨越倾斜摄影点云采集方法，其特征在于，所述无人机处于第二航线和第四航线时，无人机的相机朝向杆塔方向，与航线成30°夹角，与水平方向成60°夹角，相机每隔固定时间拍一张照片。
4.根据权利要求3所述的高压输电线路交叉跨越倾斜摄影点云采集方法，其特征在于，所述无人机处于第五航线和第七航线时，无人机的相机朝向杆塔方向，与航线成30°夹角，与水平方向成60°夹角，相机每隔固定时间拍一张照片。
5.根据权利要求4所述的高压输电线路交叉跨越倾斜摄影点云采集方法，其特征在于，所述无人机处于第六航线和第八航线时，无人机的相机朝向第一杆塔与第二杆塔坐标点连线方向，与航线成30°夹角，与水平方向成60°夹角，相机每隔固定时间拍一张照片。
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