CN111062131A - 一种输电线路弧垂计算方法和相关装置 - Google Patents

一种输电线路弧垂计算方法和相关装置 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种输电线路弧垂计算方法和相关装置，其中方法包括：通过双目摄像机采集目标输电线路的双目图像，双目图像中包括目标输电线路和目标输电线路与两杆塔连接的两悬挂点；根据双目图像和预置参数构建目标输电线路的双目成像模型，预置参数根据双目摄像机的标定结果得到；对双目成像模型进行立体矫正，输出矫正后的双目图像和透视投影矩阵；根据矫正后的双目图像和透视投影矩阵构建目标输电线路的三维模型；基于三维模型计算目标输电线路中目标点与过两悬挂点的直线的铅锤距离，得到目标输电线路的弧垂，解决了现有的输电线路弧垂测量方法存在测量的输电线路弧垂误差大的技术问题。

Description

一种输电线路弧垂计算方法和相关装置
技术领域
本申请涉及电力输电线路技术领域，尤其涉及一种输电线路弧垂计算方法和相关装置。
背景技术
输电线路的弧垂是电缆设计和运行维护的重要指标之一。弧垂的大小与输电线路的安全息息相关，若弧垂过小，输电线路的拉应力就越大，导致输电线路的振荡现象加剧，使其对应安全系数大幅度降低。若弧垂过大，无法确保输电线路的对地安全距离，在恶劣天气环境下可能会造成短路事故。
目前，现有技术中对输电线路弧垂进行测量的方法有等长法、角度法和驰度板观测法，这些方法操作上非常繁琐，存在测量的弧垂与实际输电线路的弧垂误差较大的问题。
发明内容
本申请提供了一种输电线路弧垂计算方法和相关装置，用于解决现有的输电线路弧垂测量方法存在测量的输电线路弧垂误差大的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种输电线路弧垂计算方法，包括：
通过双目摄像机采集目标输电线路的双目图像，所述双目图像中包括所述目标输电线路和所述目标输电线路与两杆塔连接的两悬挂点；
根据所述双目图像和预置参数构建所述目标输电线路的双目成像模型，所述预置参数根据所述双目摄像机的标定结果得到；
对所述双目成像模型进行立体矫正，输出矫正后的所述双目图像和透视投影矩阵；
根据矫正后的所述双目图像和所述透视投影矩阵构建所述目标输电线路的三维模型；
基于所述三维模型计算所述目标输电线路中目标点与过所述两悬挂点的直线的铅锤距离，得到所述目标输电线路的弧垂。
优选地，所述通过双目摄像机采集目标输电线路的双目图像之后，所述根据所述双目图像和预置参数构建所述目标输电线路的双目成像模型之前，还包括：
基于张正友标定法对所述双目摄像机进行标定，得到所述预置参数，所述预置参数包括：内参数、畸变参数、旋转矩阵和偏移向量。
优选地，所述对所述双目成像模型进行立体矫正，输出矫正后的所述双目图像和透视投影矩阵，包括：
根据所述内参数和所述畸变参数对所述双目成像模型进行立体矫正，输出矫正后的所述双目图像和透视投影矩阵。
优选地，所述根据矫正后的所述双目图像和所述透视投影矩阵构建所述目标输电线路的三维模型，包括：
对矫正后的所述双目图像进行立体匹配，输出深度输电线路图像；
根据所述深度输电线路图像和所述透视投影矩阵构建所述目标输电线路的三维模型。
本申请第二方面提供了一种输电线路弧垂计算装置，包括：
采集模块，用于通过双目摄像机采集目标输电线路的双目图像，所述双目图像中包括所述目标输电线路和所述目标输电线路与两杆塔连接的两悬挂点；
第一构建模块，用于根据所述双目图像和预置参数构建所述目标输电线路的双目成像模型，所述预置参数根据所述双目摄像机的标定结果得到；
立体矫正模块，用于对所述双目成像模型进行立体矫正，输出矫正后的所述双目图像和透视投影矩阵；
第二构建模块，用于根据矫正后的所述双目图像和所述透视投影矩阵构建所述目标输电线路的三维模型；
计算模块，用于基于所述三维模型计算所述目标输电线路中目标点与过所述两悬挂点的直线的铅锤距离，得到所述目标输电线路的弧垂。
优选地，还包括：
标定模块，用于基于张正友标定法对所述双目摄像机进行标定，得到所述预置参数，所述预置参数包括：内参数、畸变参数、旋转矩阵和偏移向量。
优选地，所述立体矫正模块具体用于：
根据所述内参数和所述畸变参数对所述双目成像模型进行立体矫正，输出矫正后的所述双目图像和透视投影矩阵。
优选地，所述第二构建模块包括：
立体匹配子模块，用于对矫正后的所述双目图像进行立体匹配，输出深度输电线路图像；
三维模型构建子模块，用于根据所述深度输电线路图像和所述透视投影矩阵构建所述目标输电线路的三维模型。
本申请第三方面提供了一种输电线路弧垂计算设备，所述设备包括处理器以及存储器；
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行第一方面任一种所述的输电线路弧垂计算方法。
本申请第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行第一方面任一种所述的输电线路弧垂计算方法。
从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：
本申请提供了一种输电线路弧垂计算方法，包括：通过双目摄像机采集目标输电线路的双目图像，双目图像中包括目标输电线路和目标输电线路与两杆塔连接的两悬挂点；根据双目图像和预置参数构建目标输电线路的双目成像模型，预置参数根据双目摄像机的标定结果得到；对双目成像模型进行立体矫正，输出矫正后的双目图像和透视投影矩阵；根据矫正后的双目图像和透视投影矩阵构建目标输电线路的三维模型；基于三维模型计算目标输电线路中目标点与过两悬挂点的直线的铅锤距离，得到目标输电线路的弧垂。本申请中的输电线路弧垂计算方法，通过目标输电线路的双目图像构建目标输电线路的三维模型，模拟目标输电线路，从而更贴近实际输电线路；通过三维模型确定双目图像中任意像素点在世界坐标系上的三维坐标，从而得到输电线路两悬挂点的三维坐标和目标点的三维坐标，通过两悬挂点的三维坐标可以确定过该两悬挂点的直线，进而计算得到目标输电线路中目标点与过两悬挂点的直线的铅锤距离，得到目标输电线路的弧垂，通过构建目标输电线路的三维模型计算弧垂，得到的弧垂结果精度更高，更贴近实际输电线路的弧垂，从而解决了现有的输电线路弧垂测量方法存在测量的输电线路弧垂误差大的技术问题。
附图说明
图1为本申请提供的一种输电线路弧垂计算方法的一个实施例的流程示意图；
图2为本申请提供的一种输电线路弧垂计算方法的另一个实施例的流程示意图；
图3为本申请提供的一种输电线路弧垂计算装置的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了便于理解，请参阅图1，本申请提供的一种输电线路弧垂计算方法的一个实施例，包括：
步骤101、通过双目摄像机采集目标输电线路的双目图像。
需要说明的是，双目图像中包括目标输电线路和目标输电线路与两杆塔连接的两悬挂点，对目标输电线路和两悬挂点进行拍摄时，可以采用具有双目摄像机的多旋翼无人机对目标输电线路和两悬挂点进行拍摄，也可以通过手持双目摄像机对目标输电线路和两悬挂点进行拍摄。
步骤102、根据双目图像和预置参数构建目标输电线路的双目成像模型。
需要说明的是，预置参数根据双目摄像机的标定结果得到，可以通过获得的目标输电线路的双目图像和根据双目摄像机标定得到的预置参数对双目图像中的输电线路进行立体视觉坐标系转换，通过双目图像所对应的像素矩阵与世界坐标系之间的关系搭建目标输电线路的双目成像模型。
步骤103、对双目成像模型进行立体矫正，输出矫正后的双目图像和透视投影矩阵。
需要说明的是，可以采用OpenCV内置的立体矫正函数对双目成像模型进行立体矫正。
步骤104、根据矫正后的双目图像和透视投影矩阵构建目标输电线路的三维模型。
需要说明的是，可以通过OpenGL三维图形软件包对目标输电线路的双目图像进行三维重建。
步骤105、基于三维模型计算目标输电线路中目标点与过两悬挂点的直线的铅锤距离，得到目标输电线路的弧垂。
需要说明的是，通过得到的目标输电线路的三维模型可以得到双目图像中任意像素点在世界坐标系上的三维坐标，也就可以通过该三维模型得到两悬挂点的三维坐标，选取目标输电线路上若干个像素点作为弧垂计算的目标点，计算目标点与目标输电线路中过两悬挂点的直线的铅锤距离，得到目标输电线路的弧垂。
本申请实施例中提供的输电线路弧垂计算方法，通过目标输电线路的双目图像构建目标输电线路的三维模型，模拟目标输电线路，从而更贴近实际输电线路；通过三维模型确定双目图像中任意像素点在世界坐标系上的三维坐标，从而得到输电线路两悬挂点的三维坐标和目标点的三维坐标，通过两悬挂点的三维坐标可以确定过该两悬挂点的直线，进而计算得到目标输电线路中目标点与过两悬挂点的直线的铅锤距离，得到目标输电线路的弧垂，通过构建目标输电线路的三维模型计算弧垂，得到的弧垂结果精度更高，更贴近实际输电线路的弧垂，从而解决了现有的输电线路弧垂测量方法存在测量的输电线路弧垂误差大的技术问题。
为了便于理解，请参阅图2，本申请提供的一种输电线路弧垂计算方法的另一个实施例，包括：
步骤201、通过双目摄像机采集目标输电线路的双目图像。
需要说明的是，对目标输电线路和两悬挂点进行采集时，可以采用具有双目摄像机的多旋翼无人机对目标输电线路和两悬挂点进行拍摄，也可以通过手持双目摄像机对目标输电线路和两悬挂点进行拍摄，采用双目摄像机的多旋翼无人机拍摄的方法为：使多旋翼无人机飞至距离地面约50m高度，从杆塔小号往大号侧方法对目标输电线路进行多角度拍摄，拍摄过程中，双目摄像机的多旋翼无人机位于目标输电线路斜上方，其中，双目图像中包括目标输电线路和目标输电线路与两杆塔连接的两悬挂点。
步骤202、基于张正友标定法对双目摄像机进行标定，得到预置参数。
需要说明的是，准备一系列用于摄像机标定的标定板图像，对每张标定板图像提取角点信息并相应地在标定板图像中画出角点，可以通过OpenCV内置的cvcalibratecamera2()张正友标定法函数计算出内参数和外参数，可以通过cvFindChessboardCorners()棋盘角点标定函数实现检测棋盘上的角点的功能；可以通过stereoCalibrate()联合标定函数实现双目摄像机中两个摄像头之间的立体像对转换功能，最终得到预置参数，预置参数包括：内参数、畸变参数、旋转矩阵和偏移向量，还可以对标定结果进行评价，通过OpenCV中的方向投影函数实现空间三维点在图像上新的投影点的二维坐标计算，把计算的二维投影坐标和双目摄像机显示的二维像素点坐标之间的偏差值作为误差，偏差值越小，标定结果越好，偏差值越大，标定结果越差，将较小的偏差值对应的标定结果用于后续构建双目成像模型。
步骤203、根据双目图像和预置参数构建目标输电线路的双目成像模型。
需要说明的是，可以通过获得的目标输电线路的双目图像和根据摄像机标定得到的预置参数对双目图像中的输电线路进行立体视觉坐标系转换，通过双目图像所对应的像素矩阵与世界坐标系之间的关系搭建目标输电线路的双目成像模型。其中，摄像机下像素矩阵对应的坐标系为(x,y,z,1)T，在世界坐标系下的坐标为(Xw,Yw,Zw,1)T，根据双目图像所对应的像素矩阵与世界坐标系之间的关系搭建目标输电线路的双目成像模型为
Figure BDA0002322741440000061
其中，R为旋转矩阵，t为平移矩阵，由平移向量得到。
步骤204、对双目成像模型进行立体矫正，输出矫正后的双目图像和透视投影矩阵。
需要说明的是，可以采用OpenCV内置的立体矫正函数对双目成像模型进行立体矫正，具体包括：cvstereoRectify()函数，initUndistortRectifyMap()函数以及cvRemap()，在调用函数的过程中需要输入已标定摄像机的内参数矩阵以及畸变参数，同时在程序中根据图像校正的逻辑顺序来调用这些函数来实现目标输电线路的双目图像的立体校正功能，对双目成像模型进行立体矫正，得到矫正后的双目图像，有助于提高后续目标输电线路的三维建模的精度。
步骤205、根据矫正后的双目图像和透视投影矩阵构建目标输电线路的三维模型。
需要说明的是，对矫正后的目标输电线路的双目图像进行分割处理，然后采用区域匹配算法进行立体匹配，可以采用BM与SGBM算法进行立体匹配，最终输出深度输电线路图像。
利用深度输电线路图像中的深度信息与透视投影矩阵来计算目标输电线路的三维坐标，三维重建可以在OpenCV环境下，通过导入OpenGL三维图形软件包，使用OpenCV与OpenGL的混合程序来提取目标输电线路的三维坐标与绘制目标输电线路的三维图像，调用的OpenCV相关的目标输电线路双目图像的立体匹配与三维重建函数包括：cvPerspectiveTransform()、cvReprojrctImageTo3D()，调用的OpenGL函数为glutPostRedisplay()，其中cvPerspectiveTransform()、cvReprojrctImageTo3D()函数实现了输电线路双目图像的三维重建功能；glutPostRedisplay()函数实现了三维重建后输电线路双目图像的可视化功能。
步骤206、基于三维模型计算目标输电线路中目标点与过两悬挂点的直线的铅锤距离，得到目标输电线路的弧垂。
需要说明的是，通过得到的目标输电线路的三维模型可以得到双目图像中任意像素点在世界坐标系上的三维坐标，也就可以通过该三维模型得到两悬挂点的三维坐标，选取目标输电线路上若干个像素点作为弧垂计算的目标点，计算目标点与目标输电线路中过两悬挂点的直线的铅锤距离，得到目标输电线路的弧垂，其中，目标点可以根据实际应用需要来选取。本申请实施例中通过目标输电线路的双目图像构建目标输电线路的三维模型，模拟目标输电线路，从而更贴近实际输电线路，得到的目标点坐标和两悬挂点的坐标更贴近实际输电线路中的目标点和两悬挂点位置，从而计算得到的弧垂更加贴近实际输电线路的弧垂，使得计算得到的弧垂更加准确。
为了便于理解，请参阅图3，本申请提供的一种输电线路弧垂计算装置的一个实施例，包括：
采集模块301，用于通过双目摄像机采集目标输电线路的双目图像，双目图像中包括目标输电线路和目标输电线路与两杆塔连接的两悬挂点。
第一构建模块302，用于根据双目图像和预置参数构建目标输电线路的双目成像模型，预置参数根据摄像机的标定结果得到。
立体矫正模块303，用于对双目成像模型进行立体矫正，输出矫正后的双目图像和透视投影矩阵。
第二构建模块304，用于根据矫正后的双目图像和透视投影矩阵构建目标输电线路的三维模型。
计算模块305，用于基于三维模型计算目标输电线路中目标点与过两悬挂点的直线的铅锤距离，得到目标输电线路的弧垂。
进一步地，还包括：
标定模块306，用于基于张正友标定法对双目摄像机进行标定，得到预置参数，预置参数包括：内参数、畸变参数、旋转矩阵和偏移向量。
进一步地，立体矫正模块303具体用于：
根据内参数和畸变参数对双目成像模型进行立体矫正，输出矫正后的双目图像和透视投影矩阵。
进一步地，第二构建模块304包括：
立体匹配子模块3041，用于对矫正后的双目图像进行立体匹配，输出深度输电线路图像。
三维模型构建子模块3042，用于根据深度输电线路图像和透视投影矩阵构建目标输电线路的三维模型。
本申请提供了一种输电线路弧垂计算设备的一个实施例，设备包括处理器以及存储器；
存储器用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；
处理器用于根据程序代码中的指令执行前述输电线路弧垂计算方法实施例中的输电线路弧垂计算方法。
本申请还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质用于存储程序代码，程序代码用于执行前述输电线路弧垂计算方法实施例中的输电线路弧垂计算方法
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以通过一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种输电线路弧垂计算方法，其特征在于，包括：
通过双目摄像机采集目标输电线路的双目图像，所述双目图像中包括所述目标输电线路和所述目标输电线路与两杆塔连接的两悬挂点；
根据所述双目图像和预置参数构建所述目标输电线路的双目成像模型，所述预置参数根据所述双目摄像机的标定结果得到；
对所述双目成像模型进行立体矫正，输出矫正后的所述双目图像和透视投影矩阵；
根据矫正后的所述双目图像和所述透视投影矩阵构建所述目标输电线路的三维模型；
基于所述三维模型计算所述目标输电线路中目标点与过所述两悬挂点的直线的铅锤距离，得到所述目标输电线路的弧垂。
2.根据权利要求1所述的输电线路弧垂计算方法，其特征在于，所述通过双目摄像机采集目标输电线路的双目图像之后，所述根据所述双目图像和预置参数构建所述目标输电线路的双目成像模型之前，还包括：
基于张正友标定法对所述双目摄像机进行标定，得到所述预置参数，所述预置参数包括：内参数、畸变参数、旋转矩阵和偏移向量。
3.根据权利要求2所述的输电线路弧垂计算方法，其特征在于，所述对所述双目成像模型进行立体矫正，输出矫正后的所述双目图像和透视投影矩阵，包括：
根据所述内参数和所述畸变参数对所述双目成像模型进行立体矫正，输出矫正后的所述双目图像和透视投影矩阵。
4.根据权利要求1所述的输电线路弧垂计算方法，其特征在于，所述根据矫正后的所述双目图像和所述透视投影矩阵构建所述目标输电线路的三维模型，包括：
对矫正后的所述双目图像进行立体匹配，输出深度输电线路图像；
根据所述深度输电线路图像和所述透视投影矩阵构建所述目标输电线路的三维模型。
5.一种输电线路弧垂计算装置，其特征在于，包括：
采集模块，用于通过双目摄像机采集目标输电线路的双目图像，所述双目图像中包括所述目标输电线路和所述目标输电线路与两杆塔连接的两悬挂点；
第一构建模块，用于根据所述双目图像和预置参数构建所述目标输电线路的双目成像模型，所述预置参数根据所述双目摄像机的标定结果得到；
立体矫正模块，用于对所述双目成像模型进行立体矫正，输出矫正后的所述双目图像和透视投影矩阵；
第二构建模块，用于根据矫正后的所述双目图像和所述透视投影矩阵构建所述目标输电线路的三维模型；
计算模块，用于基于所述三维模型计算所述目标输电线路中目标点与过所述两悬挂点的直线的铅锤距离，得到所述目标输电线路的弧垂。
6.根据权利要求5所述的输电线路弧垂计算装置，其特征在于，还包括：
标定模块，用于基于张正友标定法对所述双目摄像机进行标定，得到所述预置参数，所述预置参数包括：内参数、畸变参数、旋转矩阵和偏移向量。
7.据权利要求6所述的输电线路弧垂计算装置，其特征在于，所述立体矫正模块具体用于：
根据所述内参数和所述畸变参数对所述双目成像模型进行立体矫正，输出矫正后的所述双目图像和透视投影矩阵。
8.据权利要求5所述的输电线路弧垂计算装置，其特征在于，所述第二构建模块包括：
立体匹配子模块，用于对矫正后的所述双目图像进行立体匹配，输出深度输电线路图像；
三维模型构建子模块，用于根据所述深度输电线路图像和所述透视投影矩阵构建所述目标输电线路的三维模型。
9.一种输电线路弧垂计算设备，其特征在于，所述设备包括处理器以及存储器；
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求1-4任一项所述的输电线路弧垂计算方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行权利要求1-4任一项所述的输电线路弧垂计算方法。
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