CN111159451B - 一种基于空间数据库的电力线路点云动态单体化方法 - Google Patents

一种基于空间数据库的电力线路点云动态单体化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于空间数据库的电力线路点云动态单体化方法，利用空间数据库存储点云数据转化的矢量线，在查询所需要的点时能够精准定位到对应的矢量线，再将矢量线依据经验值转化为矢量面，通过栅格化处理实现电力线路导线点云的局部标亮，有针对性的覆盖所要查询的点所处的点云区域，实现自动、动态的电力线路点云单体化。

Description

一种基于空间数据库的电力线路点云动态单体化方法
技术领域
本发明涉及点云数据处理技术领域，尤其是指一种基于空间数据库的电力线路点云动态单体化方法。
背景技术
电力线路点云具有几何精度高、采集低成本等特点，广泛应用于电力巡检、电力设施管理等领域。
按照我国电力设施的管理方式，电力设施一般以电力线路为单元进行分段式管理，而通过无人机航飞采集的点云数据，出于采集效率和成本考虑，不同电力线路的点云会按照航飞范围进行集中式采集，即采集的点云数据没有按照线路归属进行划分，而是按照航飞范围划分，导致用户在使用时，无法得知某块点云属于哪个电力线路，影响后续点云的管理与应用。
现有的电力线路点云单体化主要通过人工方式实现，即数据处理人员通过目视的方式从点云数据集合中将归属于某一电力线路的点云数据切割出来。
考虑到一个大型城市的电力线路就有上千条，因此采用人工的方式进行电力线路点云单体化效率较低、人工成本也大。除此之外，由于电力线路归属往往会根据实际需要进行变动，如某两个线路可能会进行合并，导致数据处理人员需要经常返工重新处理数据。
因此，如何完全自动地将不同电力线路的点云数据从点云数据集合中单体化出来成为了无人机巡检技术领域所要解决的重要技术问题。
发明内容
针对上述背景技术中的问题，提供一种全新的基于空间数据库的电力线路点云动态单体化方法。利用空间数据库存储点云数据转化的矢量线，在查询所需要的点时能够精准定位到对应的矢量线，再将矢量线依据经验值转化为矢量面，通过栅格化处理实现电力线路导线点云的局部标亮，有针对性的覆盖所要查询的点所处的点云区域，实现自动、动态的电力线路点云单体化。
本发明所述的一种基于空间数据库的电力线路点云动态单体化方法，包括：
S1获取电力线路的导线点云坐标；
S2将所述导线点云坐标转化为矢量线并存入空间数据库；
S3在空间数据库中输入所要查询的点的坐标信息，定位到对应的目标矢量线；
S4将所述目标矢量线转化为目标矢量面；
S5基于空间数据库的覆盖技术标亮所要查询的目标矢量面点云。
所述点云是扫描资料以点的形式记录，每一个点包含有三维坐标，有些可能含有颜色信息或反射强度信息。
所述电力线是指电场分布的虚设的有向曲线族。曲线上每一点的切线方向与该点电场方向一致。电力线可以图示静电场，也可图示非稳恒时的电场以及辐射场，电力线的性质根据电场的性质来确定。
本发明突破了传统无人机采集点云数据无法按照线路归属进行划分的瓶颈，避免了现有的点云单体化主要依靠人工实现造成大量人力的浪费，简化了繁琐的数据筛选和手动修改过程，能够实现完全自动将不同电力线路的点云数据从点云数据集合中单体化出来，为机器视觉及人工智能的并行处理提供了可能。
具体地，所述导线点云坐标包括经度、纬度、高度。
进一步地，对所述导线点云坐标转化为矢量线的步骤包括：
设电力线路中相邻两点的坐标为(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)，根据空间直线两点式，得到两点连线的三维直线方程：(y-y2)/(y1-y2)＝(x-x2)/(x1-x2)＝(z-z2)/(z1-z2)；以复数个三维直线按电力线方向连接获得矢量线。
进一步地，在空间数据库中输入所要查询的点的坐标信息，定位到对应的目标矢量线的步骤包括：以所要查询的点的坐标为中心，以1米为半径，建立一个圆形查询范围，然后基于空间数据库的空间查询语句，查询到与该圆形查询范围相交的目标矢量线。
进一步地，将所述目标矢量线转化为目标矢量面的步骤包括：
S1:确定矢量面半径，基于电力线路高压值与矢量面半径的经验关系式：矢量面半径R＝电力线路千伏数值/20+5，其中R以米为单位；
S2:矢量面生成，利用空间数据库的矢量面生成功能，将矢量线转换为半径为R的矢量面。
进一步地，标亮所要查询的目标矢量面点云的步骤包括：
Step1:将矢量面进行栅格化处理，得到一块内部填充黄色、外部填充透明色的纹理图；
Step2:将纹理图用GPU贴图功能贴在电力线路导线点云中，使矢量面内的点云被纹理的黄色像素所覆盖，矢量面外的点云被透明像素覆盖，实现目标矢量面点云的高亮标识。
进一步地，本发明还提供一种可读储存介质，其上储存有控制程序，其特征在于：该控制程序被处理器执行时实现如上述任意一项所述的基于空间数据库的电力线路点云动态单体化方法。
进一步地，本发明还提供一种计算机控制系统，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控制程序，其特征在于：所述处理器执行所述控制程序时实现如上述任意一项所述的基于空间数据库的电力线路点云动态单体化方法。
为了能更清晰的理解本发明，以下将结合附图说明阐述本发明的具体实施方式。
附图说明
图1为本发明实施例的电力线路点云动态单体化方法流程图；
图2为本发明实施例的电力线路点云示意图；
图3为本发明实施例的矢量线示意图；
图4为本发明实施例的目标矢量面点云标亮效果示意图。
具体实施方式
请参阅图1，其为本发明实施例的电力线路点云动态单体化方法流程图。
本实施例的基于空间数据库的电力线路点云动态单体化方法步骤如下：
S1获取电力线路的导线点云坐标；
S2将所述导线点云坐标转化为矢量线并存入空间数据库；
S3在空间数据库中输入所要查询的点的坐标信息，定位到对应的目标矢量线；
S4将所述目标矢量线转化为目标矢量面；
S5基于空间数据库的覆盖技术标亮所要查询的目标矢量面点云。
本发明通过空间数据库存储点云数据转化的矢量线，在查询所需要的点时能够精准定位到对应的矢量线，再将矢量线依据经验值转化为矢量面，通过栅格化处理实现电力线路导线点云的局部标亮，有针对性的覆盖所要查询的点所处的点云区域，实现自动、动态的电力线路点云单体化。
所述矢量线，在它上面的每一点处，曲线都和对应于该点的矢径相切，如静电场中的电力线、磁场中的磁力线、流速场中的流线等。
所述空间数据库是指地理信息系统在计算机物理存储介质上存储的与应用相关的地理空间数据的总和，是以一系列特定结构的文件的形式组织在存储介质之上的。
在本实施例中，所要查询的点为用户已知该点的坐标，需要查询到该点属于哪一个区域的导线点云的点。
所述目标矢量线为在空间数据库中定位到该点所述的矢量线。
所述目标矢量面为所述目标矢量线在实际导线点云中所处的辐射平面。
所述覆盖技术在网络应用技术领域，指一种网络架构上叠加的虚拟化技术模式，是对基础网络不进行大规模修改的条件下，实现应用在网络上的承载，并能与其它网络业务分离，并且以基于IP的基础网络技术为主。在本实施例中，将overlay技术应用与矢量面栅格化处理后与导线点云的叠加，实现查找区域的高亮标识。
请参阅图2，其为本发明实施例的电力线路点云示意图。
电力线路的导线点云坐标的获取方式是从电力局记录的电力线路导线点云坐标中获取每个点的经度、纬度和高度，基于空间点坐标对导线点云进行拟合。
在本实施例中，拟合过程将矢量线作为复数个三维直线组成的抛物线，所述三维直线方程通过电力线路中相邻两点的坐标(x1,y1,z1),(x2,y2,z2)求得，根据空间直线两点式，得到两点连线的三维直线方程：(y-y2)/(y1-y2)＝(x-x2)/(x1-x2)＝(z-z2)/(z1-z2)。
可参照图3，为本发明实施例的导线点云转化为矢量线的示意图。
在空间数据库中输入所要查询的点的坐标信息，定位到对应的目标矢量线的步骤包括：以所要查询的点的坐标为中心，以1米为半径，建立一个圆形查询范围，然后基于空间数据库的空间查询语句，查询到与该圆形查询范围相交的目标矢量线。
在空间数据库中输入空间查询语句，可查询到目标矢量线，所述空间查询语句为：
SELECT ST_Transform(ST_Buffer(ST_Transform(几何字段,epsg输入值),高压值/20+5),4326)FROM杆塔表WHERE(ST_Contains(strGeometry,几何字段)＝＝1)；
其中，若所要查询的点的纬度lat小于0，令epsg初始值为32700，否则令epsg初始值为32600；对所要查询的点的经度lon整数位除以6所得商的整数部分加上31，再加上epsg初始值为epsg的输入值；
所述杆塔表为杆塔在空间数据库中的数据表名；所述几何字段为杆塔几何位置在杆塔表的字段名；
其中strGeometry语句为：
geometry＝ST_Transform(ST_Buffer(ST_Transform(MakePoint(lon,lat,4326),epsg),20),4326)
根据空间查询语句从空间数据库中获得与所要查询的点最近的矢量线，基于实际的电力线路在电力设施巡检管理时按照区域划分，本申请的导线点云高亮是为了实现对所要查询的点识别出所处的导线区域，精确到矢量线所在的辐射平面，因此将查询到的矢量线转换为矢量面，步骤如下：
S01:确定矢量面半径，基于电力线路高压值与矢量面半径的经验关系式：矢量面半径R＝电力线路千伏数值/20+5，其中R以米为单位；
S02:矢量面生成，利用空间数据库的矢量面生成功能，将矢量线转换为半径为R的矢量面。
将矢量面进行栅格化处理，得到一块内部填充黄色、外部填充透明色的纹理图；
所述栅格化处理将矢量图转化为位图，通过空间查询语句和所查询的点坐标获得的矢量面内的点云标记为黄色像素，外部标记为透明像素，获得的纹理图等同于一个透明模板，覆盖在原始导线点云图像中即可用黄色像素将该部分点云区域高亮标记。
将纹理图用GPU贴图功能贴在电力线路导线点云中，使矢量面内的点云被纹理的黄色像素所覆盖，矢量面外的点云被透明像素覆盖，实现目标矢量面点云的高亮标识。
可参照图4，其为本发明实施例的目标矢量面点云标亮效果示意图。
与现有基于人工处理的点云提取方法相比，本专利方法可自动根据某两个线路合并导致的点云变动动态调整其矢量线归属，不需要数据处理人员返工重新处理数据，因此极大节省了人力成本。
本发明的核心在于完全自动的将不同电力线路的点云数据从点云数据集合中单体化出来，避免了现有的点云单体化主要依靠人工实现造成大量人力的浪费，简化了繁琐的数据筛选和手动修改过程。
相对于现有技术，本专利方法只有在空间数据库建库时需要人工参与，后续步骤均自动化处理，同时人工标注电力线路矢量线的成本也要远低于人工切割点云。因此本专利方法可以极大节省人力成本。与之同时，由于采用动态的单体化策略，因此当电力线路需要更新时，也不需要再次对点云进行修改，只要修改空间数据库中的矢量线即可，大大节省了数据更新时间和更新成本。
本专利提出了一种基于空间数据库的电力线路点云动态单体化方法，通过该方法能够将每个电力线路点云从点云集合中实时单体化出来，为后续的电力设施管理提供便利。大大节省了数据处理中的人工消耗，且自动转换和提取过程具有很好地实时性。这样大大减少了数据集采集过程中对资金、时间和人力的消耗，在医疗、军事、遥感、导航等特定领域拥有重要而深远的应用前景。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也一同包含这些改动和变形。

Claims (7)

1.一种基于空间数据库的电力线路点云动态单体化方法，包括：
获取电力线路的导线点云坐标；
将所述导线点云坐标转化为矢量线并存入空间数据库；
在空间数据库中输入所要查询的点的坐标信息，定位到对应的目标矢量线；
基于电力线路高压值与矢量面半径的经验关系式：矢量面半径R＝电力线路千伏数值/20+5计算出矢量面半径R，其中R以米为单位；
利用空间数据库的矢量面生成功能，将目标矢量线转换为半径为R的目标矢量面；
基于空间数据库的覆盖技术标亮所要查询的目标矢量面点云。
2.根据权利要求1所述的一种基于空间数据库的电力线路点云动态单体化方法，其特征在于：所述导线点云坐标包括经度、纬度、高度。
3.根据权利要求1所述的一种基于空间数据库的电力线路点云动态单体化方法，其特征在于，对所述导线点云坐标转化为矢量线的步骤包括：
设所述导线点云中相邻两点的坐标为(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)，根据空间直线两点式，得到两点连线的三维直线方程：(y-y2)/(y1-y2)＝(x-x2)/(x1-x2)＝(z-z2)/(z1-z2)；以复数个三维直线按电力线方向连接获得矢量线。
4.根据权利要求1所述的一种基于空间数据库的电力线路点云动态单体化方法，其特征在于，在空间数据库中输入所要查询的点的坐标信息，定位到对应的目标矢量线的步骤包括：以所要查询的点的坐标为中心，以1米为半径，建立一个圆形查询范围，然后基于空间数据库的空间查询语句，查询到与该圆形查询范围相交的目标矢量线。
5.根据权利要求1所述的一种基于空间数据库的电力线路点云动态单体化方法，其特征在于，标亮所要查询的目标矢量面点云的步骤包括：
Step1:将矢量面进行栅格化处理，得到一块内部填充黄色、外部填充透明色的纹理图；
Step2:将纹理图用GPU贴图功能贴在电力线路导线点云中，使矢量面内的点云被纹理的黄色像素所覆盖，矢量面外的点云被透明像素覆盖，实现目标矢量面点云的高亮标识。
6.一种可读储存介质，其上储存有控制程序，其特征在于：该控制程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任意一项所述的基于空间数据库的电力线路点云动态单体化方法。
7.一种计算机控制系统，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控制程序，其特征在于：所述处理器执行所述控制程序时实现如权利要求1至5任意一项所述的基于空间数据库的电力线路点云动态单体化方法。
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