CN111581710B - 架空输电线路杆塔挠度自动获取方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种架空输电线路杆塔挠度自动获取方法及装置，方法包括：获取架空输电线路所在区域中的目标杆塔的塔身中的各个塔层的点云数据；层中心点确定步骤：自目标杆塔的塔身中选取尚未确定层中心点的一塔层作为当前的目标塔层，并根据目标塔层的点云数据，应用二维凸包算法确定目标塔层的凸包；基于目标塔层的凸包确定该目标塔层的层中心点；重复执行层中心点确定步骤，直至获取目标杆塔的塔身中的各个塔层各自对应的层中心点之后，基于目标杆塔的塔身中的各个塔层各自对应的层中心点确定目标杆塔的杆塔挠度。本申请能够有效提高架空输电线路杆塔挠度获取的准确性及可靠性，且能够有效提高杆塔挠度获取过程的自动化程度及效率。

Description

架空输电线路杆塔挠度自动获取方法及装置

技术领域

本申请涉及输电线路运行技术领域，具体涉及架空输电线路杆塔挠度自动获取方法及装置。

背景技术

中国输电线路走廊规模大、覆盖范围广，而电力杆塔是施工、竣工、验收、运行过程中的重要组成部分。杆塔竣工后，由于长期搭载电力线，将产生相应的倾斜值和挠度。杆塔挠度是指，杆塔受到负载作用后，杆塔结构偏离中心线的水平距离，又称为挠曲变形。而随着我国电力行业的迅猛发展，主电网的电压等级将不断提高，这就要求铁塔向大、高、宽发展，左右横担的臂长和呼称高度值将会随之增加。然而杆塔挠度值的大小是衡量铁塔安全性的重要标准，需要引起足够的重视。

现行的《架空送电线路设计技术规程》（SDJ3-79）明确规定了各类杆塔在长期负载作用下的计算挠度允许值。现行的《高压架空电力线路运行规程》规定了各类杆塔验收运行后的容许倾斜值。在实际杆塔线路中，倾斜值和扰度值往往同时存在，对实测带来一定的难度。

现有的技术和相应的缺陷有如下几点。

1. 验收检查时，对挠度和倾斜值的测量方法不正确。挠度的传统测量方法称为重锤法，首先在杆塔顶部系一根重锤，直接测量重锤偏离杆塔中心的距离h，再结合塔高H计算最终倾斜值。然而杆塔受到长期载荷后已产生挠度 ，塔顶的偏移量h已经不能代表实际倾斜值，而应该根据具体的形变情况，利用更加科学的方法计算挠度值和倾斜值。

2. 缺乏自动化和高效的挠度值测量方法。现有的杆塔数据测量方法往往需要巡线人员到达指定杆塔，爬到塔顶设置重锤，再利用经纬仪或全站仪进行人工读数测量杆塔倾倾斜值和挠度。南方地段丘陵居多，地形起伏较大，电力杆塔往往设在山顶或树林，且受到树障的影响，仪器和杆塔之间经常无法通视，这些情况给增加了巡线人员的负担，降低了安全性，提升了人力成本。

发明内容

针对上述现有技术问题中的至少一项，本申请提供一种架空输电线路杆塔挠度自动获取方法及装置，能够有效提高架空输电线路杆塔挠度获取的准确性及可靠性，且能够有效提高杆塔挠度获取过程的自动化程度及效率。

为解决上述技术问题，本申请提供以下技术方案：

第一方面，本申请提供一种架空输电线路杆塔挠度自动获取方法，包括：

获取架空输电线路所在区域中的目标杆塔的塔身中的各个塔层的点云数据；

层中心点确定步骤：自所述目标杆塔的塔身中选取尚未确定层中心点的一塔层作为当前的目标塔层，并根据该目标塔层的点云数据，应用预设的二维凸包算法确定该目标塔层的凸包，以及，基于所述目标塔层的凸包确定该目标塔层的层中心点；

重复执行所述层中心点确定步骤，直至获取所述目标杆塔的塔身中的各个塔层各自对应的层中心点之后，基于所述目标杆塔的塔身中的各个塔层各自对应的层中心点确定所述目标杆塔的杆塔挠度。

进一步地，所述获取架空输电线路所在区域中的目标杆塔的塔身中的各个塔层的点云数据，包括：

获取架空输电线路所在区域中的目标杆塔的塔身的点云数据；

基于预获取的目标杆塔的型号，确定该目标杆塔的型号对应的分层高度阈值；

应用所述分层高度阈值对所述目标杆塔的塔身的点云数据进行分层处理，得到所述目标杆塔的塔身中的各个塔层的点云数据。

进一步地，所述根据该目标塔层的点云数据，应用预设的二维凸包算法确定该目标塔层的凸包，包括：

将所述目标塔层的点云数据投影至预设的切割平面上，得到该目标塔层对应的各个塔身投影点；

应用预设的二维凸包计算方式在所述目标塔层对应的各个塔身投影点中分别选定一基点及作为当前的栈顶元素点；

将所述基点和当前的栈顶元素点放入预设的栈中，并遍历剩余的塔身投影点，以选取得到各个凸包点；

生成各个所述凸包点组成的闭合环，并将该闭合环作为所述目标塔层的凸包。

进一步地，所述应用预设的二维凸包计算方式在所述目标塔层对应的各个塔身投影点中分别选定一基点及作为当前的栈顶元素点，包括：

将所述目标塔层对应的各个塔身投影点均放入预设的二维坐标系中；

在所述二维坐标系中选取纵坐标最小的点作为所述基点；

分别获取除所述基点以外的各个塔身投影点与所述基点之间的转角；

将各个所述转角按照由小至大的顺序进行排序，并将排序后的首个转角对应的塔身投影点选取为当前的栈顶元素点。

进一步地，所述将所述基点和当前的栈顶元素点放入预设的栈中，并遍历剩余的塔身投影点，以选取得到各个凸包点，包括：

将所述基点和当前的栈顶元素点放入预设的栈中，并将所述基点作为栈中当前的栈顶元素点的上一个点；

连接当前的栈顶元素点和当前的栈顶元素点的上一个点，得到沿当前的栈顶元素点和当前的栈顶元素点的上一个点的连线延伸的判断直线；

在除所述当前的栈顶元素点、当前的栈顶元素点的上一个点和已出栈的栈顶元素点之外的剩余的塔身投影点中择一作为当前的目标塔身投影点；

位置关系获取步骤：获取当前的目标塔身投影点与当前的判断直线之间的位置关系；

若当前的目标塔身投影点位于当前的判断直线的右侧，则将当前的栈顶元素点进行出栈处理，并重新选取所述目标塔身投影点且重新生成当前的判断直线，而后重新执行所述位置关系获取步骤，直至遍历剩余的塔身投影点；

若当前的目标塔身投影点位于当前的判断直线的左侧或与该判断直线重合，则将当前的栈顶元素点进行入栈处理，并判断当前的目标塔身投影点是否与所述基点重合，若否，则重新选取所述目标塔身投影点后重新执行所述位置关系获取步骤；

若经判断获知当前的目标塔身投影点与所述基点重合，则将当前入栈的全部的塔身投影点均确定为凸包点。

进一步地，所述基于所述目标塔层的凸包确定该目标塔层的层中心点，包括：

应用预设的采样间隔对所述目标塔层的凸包进行采样，得到所述目标塔层的凸包对应的各个采样点；

根据所述目标塔层的凸包对应的各个采样点在所述二维坐标系中的坐标确定各个所述采样点的平均坐标点，并将所述平均坐标点确定为该目标塔层的层中心点。

进一步地，所述基于所述目标杆塔的塔身中的各个塔层各自对应的层中心点确定所述目标杆塔的杆塔挠度，包括：

将所述目标杆塔的塔身中的各个塔层各自对应的层中心点进行相邻点连线处理，得到该目标杆塔的塔身中心线；

基于所述目标杆塔的塔身中心线确定该目标杆塔的偏移量；

应用预先根据所述目标杆塔的塔身获取的所述目标杆塔的塔高，以及所述目标杆塔的偏移量，确定所述目标杆塔的杆塔挠度。

第二方面，本申请提供一种架空输电线路杆塔挠度自动获取装置，包括：

塔层点云数据获取模块，用于获取架空输电线路所在区域中的目标杆塔的塔身中的各个塔层的点云数据；

层中心点确定模块，用于层中心点确定步骤：自所述目标杆塔的塔身中选取尚未确定层中心点的一塔层作为当前的目标塔层，并根据该目标塔层的点云数据，应用预设的二维凸包算法确定该目标塔层的凸包，以及，基于所述目标塔层的凸包确定该目标塔层的层中心点；

杆塔挠度确定模块，用于重复执行所述层中心点确定步骤，直至获取所述目标杆塔的塔身中的各个塔层各自对应的层中心点之后，基于所述目标杆塔的塔身中的各个塔层各自对应的层中心点确定所述目标杆塔的杆塔挠度。

第三方面，本申请提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实所述的架空输电线路杆塔挠度自动获取方法的步骤。

第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的架空输电线路杆塔挠度自动获取方法的步骤。

由上述技术方案可知，本申请提供的一种架空输电线路杆塔挠度自动获取方法及装置，方法包括：获取架空输电线路所在区域中的目标杆塔的塔身中的各个塔层的点云数据；层中心点确定步骤：自所述目标杆塔的塔身中选取尚未确定层中心点的一塔层作为当前的目标塔层，并根据该目标塔层的点云数据，应用预设的二维凸包算法确定该目标塔层的凸包，以及，基于所述目标塔层的凸包确定该目标塔层的层中心点；重复执行所述层中心点确定步骤，直至获取所述目标杆塔的塔身中的各个塔层各自对应的层中心点之后，基于所述目标杆塔的塔身中的各个塔层各自对应的层中心点确定所述目标杆塔的杆塔挠度，利用无人机搭载的激光雷达进行电力巡线不受地形环境限制、效率高、作业范围广，自动化程度高，是一种新型数据获取手段，能够有效提高架空输电线路杆塔挠度获取的准确性及可靠性，且能够有效提高杆塔挠度获取过程的自动化程度及效率，同时能够大大减轻巡线人员的负担，降低人力成本，提升巡线效率和自动化程度，进而能够有效提高架空输电线路的杆塔的使用可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例中的架空输电线路杆塔挠度自动获取方法的流程示意图；

图2是本申请应用实例提供的杆塔各部分示意图；

图3是本申请应用实例提供的P0和P1入栈的示意图；

图4是本申请应用实例提供的P2、P1与P0连线的示意图；

图5是本申请应用实例提供的P3、P2、P1与P0连线的示意图；

图6是本申请应用实例提供的P4、P1与P0连线的示意图；

图7是本申请应用实例获取的凸包的举例效果示意图；

图8是本申请应用实例中的某一层点云求得的凸包的示意图；

图9是本申请应用实例中的经采样处理后的凸包的示意图；

图10是本申请应用实例中的某一层点云求得的凸包中第一点和第二点的比较示意图；

图11是本申请应用实例中利用各个层的中心点在竖直方向上构成的一条曲线的示意图；

图12是本申请应用实例中架空输电线路杆塔挠度自动获取方法的流程示意图；

图13是本申请实施例中的架空输电线路杆塔挠度自动获取装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述，显然，所描述的实施例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作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。

为了达到高效和自动化测量杆塔挠度的目的，本申请采用全新的数据获取方式和全新的自动计算方法。利用无人机搭载的激光雷达进行电力巡线不受地形环境限制、效率高、作业范围广，自动化程度高，是一种新型数据获取手段。激光雷达所获取的数据为三维点云，点云是代表实际物体空间坐标的点集，对杆塔点云进行一定处理，可以高效和自动地提取出杆塔中心，并进一步计算出杆塔挠度和倾斜值。本申请提供的架空输电线路杆塔挠度自动获取方法，可以大大减轻巡线人员的负担，降低人力成本，提升巡线效率和自动化程度。此种方法已经逐步被生产单位认可并应用到实际生产当中。

具体通过下述多个实施例分别进行详细说明。

为了有效提高架空输电线路杆塔挠度获取的准确性及可靠性，且能够有效提高杆塔挠度获取过程的自动化程度及效率，本申请提供一种架空输电线路杆塔挠度自动获取方法的实施例，参见图1，所述架空输电线路杆塔挠度自动获取方法具体包含有如下内容：

步骤100：获取架空输电线路所在区域中的目标杆塔的塔身中的各个塔层的点云数据。

可以理解的是，激光点云技术是指利用在空间中分布的点来描述实际的物体，也就是用激光点云描述物体在地球上的绝对空间位置；这些点包含了扫描区域的所有物体，包括可用和不可用的部分，甚至是噪点(即原始点云数据)，在得到原始点云数据后需要对点云数据进行分类，也就是标记点云块或区域所代表的内容，根据分类可以过滤无用点，把有用部分进行抽取分割，得到可利用的点云数据。对本申请具体应用实例来讲，主要是杆塔及其具体部件的点云。

分类方法可以是人工分类或自动分类。自动分类可以根据点云的聚类模式或几何形态进行判断和聚拢，也可以利用深度学习直接对杆塔的各个部件进行分类。自动分类的效果受到深度学习模型的优劣和点云几何形状的多样性的影响，往往含有误分或错分的情况。实际工作中，一般采用自动和手动结合的方式进行分类。即自动分类在先，手动分类在后。对本申请具体应用实例来讲，主要关心构成杆塔的各个部件的点云，如横担、塔身、塔臂、塔顶等。

步骤200：层中心点确定步骤：自所述目标杆塔的塔身中选取尚未确定层中心点的一塔层作为当前的目标塔层，并根据该目标塔层的点云数据，应用预设的二维凸包算法确定该目标塔层的凸包，以及，基于所述目标塔层的凸包确定该目标塔层的层中心点。

在步骤200中，凸包的计算方法可以采用Graham扫描法，该算法的大致思路为，首先找到凸包上的某个点，然后从该点（即基点）开始，顺时针方向逐个寻找其它凸包的点。

步骤300：判断当前是否获取所述目标杆塔的塔身中的各个塔层各自对应的层中心点，若是，则执行步骤400；若否，则返回重复执行步骤200的层中心点确定步骤。

步骤400：基于所述目标杆塔的塔身中的各个塔层各自对应的层中心点确定所述目标杆塔的杆塔挠度。

为了有效提高各个塔层的点云数据的获取效率及准确性，以进一步提高杆塔挠度获取的准确性及可靠性，在本申请提供的架空输电线路杆塔挠度自动获取方法的一实施例中，所示架空输电线路杆塔挠度自动获取方法中的步骤100具体包含有如下内容：

步骤110：获取架空输电线路所在区域中的目标杆塔的塔身的点云数据。

步骤120：基于预获取的目标杆塔的型号，确定该目标杆塔的型号对应的分层高度阈值。

步骤130：应用所述分层高度阈值对所述目标杆塔的塔身的点云数据进行分层处理，得到所述目标杆塔的塔身中的各个塔层的点云数据。

为了有效提高目标塔层的凸包的获取效率及准确性，以进一步提高杆塔挠度获取的准确性及可靠性，在本申请提供的架空输电线路杆塔挠度自动获取方法的一实施例中，所示架空输电线路杆塔挠度自动获取方法中的步骤200中的根据该目标塔层的点云数据，应用预设的二维凸包算法确定该目标塔层的凸包的过程具体包含有如下内容：

步骤210：将所述目标塔层的点云数据投影至预设的切割平面上，得到该目标塔层对应的各个塔身投影点。

步骤220：应用预设的二维凸包计算方式在所述目标塔层对应的各个塔身投影点中分别选定一基点及作为当前的栈顶元素点。

步骤230：将所述基点和当前的栈顶元素点放入预设的栈中，并遍历剩余的塔身投影点，以选取得到各个凸包点。

步骤240：生成各个所述凸包点组成的闭合环，并将该闭合环作为所述目标塔层的凸包。

为了有效提高栈顶元素点选取的可靠性及准确性，在本申请提供的架空输电线路杆塔挠度自动获取方法的一实施例中，所示架空输电线路杆塔挠度自动获取方法中的步骤220具体包含有如下内容：

步骤221：将所述目标塔层对应的各个塔身投影点均放入预设的二维坐标系中。

步骤222：在所述二维坐标系中选取纵坐标最小的点作为所述基点。

步骤223：分别获取除所述基点以外的各个塔身投影点与所述基点之间的转角。

步骤224：将各个所述转角按照由小至大的顺序进行排序，并将排序后的首个转角对应的塔身投影点选取为当前的栈顶元素点。

为了有效提高凸包点选取的可靠性及准确性，在本申请提供的架空输电线路杆塔挠度自动获取方法的一实施例中，所示架空输电线路杆塔挠度自动获取方法中的步骤230具体包含有如下内容：

步骤231：将所述基点和当前的栈顶元素点放入预设的栈中，并将所述基点作为栈中当前的栈顶元素点的上一个点。

步骤232：连接当前的栈顶元素点和当前的栈顶元素点的上一个点，得到沿当前的栈顶元素点和当前的栈顶元素点的上一个点的连线延伸的判断直线。

步骤233：在除所述当前的栈顶元素点、当前的栈顶元素点的上一个点和已出栈的栈顶元素点之外的剩余的塔身投影点中择一作为当前的目标塔身投影点。

步骤234：位置关系获取步骤：获取当前的目标塔身投影点与当前的判断直线之间的位置关系。

步骤235：若当前的目标塔身投影点位于当前的判断直线的右侧，则将当前的栈顶元素点进行出栈处理，并重新选取所述目标塔身投影点且重新生成当前的判断直线，而后重新执行所述位置关系获取步骤，直至遍历剩余的塔身投影点。

步骤236：若当前的目标塔身投影点位于当前的判断直线的左侧或与该判断直线重合，则将当前的栈顶元素点进行入栈处理，并判断当前的目标塔身投影点是否与所述基点重合，若否，则重新选取所述目标塔身投影点后重新执行所述位置关系获取步骤。

步骤237：若经判断获知当前的目标塔身投影点与所述基点重合，则将当前入栈的全部的塔身投影点均确定为凸包点。

为了有效提高目标塔层的层中心点的获取准确性及效率，在本申请提供的架空输电线路杆塔挠度自动获取方法的一实施例中，所示架空输电线路杆塔挠度自动获取方法中的步骤200中的基于所述目标塔层的凸包确定该目标塔层的层中心点的过程具体包含有如下内容：

步骤250：应用预设的采样间隔对所述目标塔层的凸包进行采样，得到所述目标塔层的凸包对应的各个采样点。

步骤260：根据所述目标塔层的凸包对应的各个采样点在所述二维坐标系中的坐标确定各个所述采样点的平均坐标点，并将所述平均坐标点确定为该目标塔层的层中心点。

为了进一步有效提高目标杆塔的杆塔挠度获取的自动化程度及准确性，在本申请提供的架空输电线路杆塔挠度自动获取方法的一实施例中，所示架空输电线路杆塔挠度自动获取方法中的步骤300具体包含有如下内容：

步骤310：将所述目标杆塔的塔身中的各个塔层各自对应的层中心点进行相邻点连线处理，得到该目标杆塔的塔身中心线。

步骤320：基于所述目标杆塔的塔身中心线确定该目标杆塔的偏移量。

步骤330：应用预先根据所述目标杆塔的塔身获取的所述目标杆塔的塔高，以及所述目标杆塔的偏移量，确定所述目标杆塔的杆塔挠度。

为了进一步说明本方案，本申请还提供一种架空输电线路杆塔挠度自动获取方法的具体应用实例，可以通过三维点云数据自动求取挠曲变形和倾斜值。该方法采用杆塔挠度自动分析算法执行，该算法可以由软件程序实现。

该方法的具体步骤如下：

S101、通过三维激光扫描，采集目标区域的点云数据。

优选的，上述步骤S101进一步包括：

(1)通过无人机搭载的三维激光雷达扫描周围环境，采集周围环境的点云数据；

(2)将采集到的周围环境的点云数据进行分类，提取出各个杆塔各个部件的点云。

S102、对塔身点云进行分层，并求取各个层的中心位置。

具体的，塔身点云已经在S101被提取出来，塔身点云是不包含横担等其它部件，以图2所示杆塔点云为例，中间部分为塔身点云，其他部分为其他部位的点云，其中，杆塔每一侧各有两个横担，有的更大级别的杆塔每一侧也有三个或四个横担的情况。对于挠度计算而言，只需要塔身点云就足够了。由于杆塔的型号多种多样，塔身点云要根据不同型号的杆塔进行具体提取。以高度P对塔身点云进行分层，高度P是用户输入的参数之一，可以首选0.1米，然后再根据结果的满意程度重新调整。大多数机载激光点云的扫描密度要远远高于0.1米，而对于扰度计算而言已经足够。

求取各个层的中心位置将分成以下步骤：

将各个层的点云投影到切割平面上，然后采用二维凸包计算的方法求取投影后的塔身点的凸包，其中，二维点集凸包的计算，最终的目的其实是求取本层杆塔的中心位置。如果采用点云直接计算中心位置，是不准确的，因为点云的各部分密度各不相同，尤其是对于杆塔而言，大部分地方是空洞的，只有骨架点云可以用于计算，所以求取杆塔中心时必须采用其他策略。本申请具体应用实例的策略是，先求取凸包点，然后在凸包点上进行一系列均匀采样，然后再用采样点计算多边形型心，这样每层的杆塔中心就足够准确了，这些步骤在后面的叙述中亦有体现。凸包的计算方法可以采用Graham扫描法，该算法的大致思路为，首先找到凸包上的某个点，然后从该点（即基点）开始，顺时针方向逐个寻找其它凸包的点，简单步骤如下：

步骤1.将点放在二维坐标系中，纵坐标x最小的点一定是凸包上的点（P0）。

步骤2.计算各个点相对于P0的转角α，并按转角从小到到大进行排序，标注为P1到Pn。转角最小的点P1一定是凸包上的点，如图1。至此已经知道了凸包上的第一个点P0和第二个点P1，将它们放在栈中。现在从P2开始遍历后面的点。

步骤3.链接栈顶的点和栈顶的上一个点（P1和P0）。得到直线L，看当前点在直线L的左侧还是右侧，如果在右侧就执行步骤4，如果在直线上或者左侧，就执行步骤5。

也就是说，若判断当前点在直线L的左侧就入栈，在直线L右侧就得重新得到直线L，在直线L右侧的时候，进行了步骤4和步骤3，栈顶元素出栈，然后重新构成L，而直线L始终都是用栈顶的两个元素构成的。

步骤4.如果在右侧，栈顶的元素不是凸包上的点，将当前的栈顶元素出栈，执行步骤3。

步骤5.当前点是凸包上的点，入栈，执行步骤6。

步骤6检查当前点是否与P0重合，如果是，则算法结束，如果不是，则继续遍历后一个点，返回步骤3。

例如：参见图3，首先链接栈顶的点P1和栈顶的上一个点P0，链接形成P0到P1的直线L，当前点为P2，执行步骤3，发现P2在直线L的左侧，执行步骤5，P2被当作凸包上的点入栈，继续执行步骤6，算法继续，继续遍历后一个点P3，参见图4；执行步骤3，栈顶的点为P2，栈顶的上一个点为P1，对于P3而言，将会被当做凸包点加入到栈中，参见图5；继续遍历下一个点P4时，由于P4在直线L的右侧，将被迫执行步骤4，紧接着返回执行步骤3，此时再次变成图2的情况，只不过当前点是P4而不是P3了。然而在图二的基础上仍然会执行步骤4，执行完后，P4将作为栈顶元素，P1为次栈顶元素，当前点为P5。继续执行，直到算法完成。就能得到最终的凸包。

其中，由于P4在直线L的右侧，将被迫执行步骤4，紧接着返回执行步骤3，此时再次变成图4的情况，此时，将会执行步骤4，在步骤4中其实有两步，首先是栈顶元素出栈，然后是重新执行步骤3。栈顶元素出栈意味着之前的栈顶元素P3被删除，现在的栈顶元素就变成了P1和P2了，也就是说重新变成了图4的情况，此时还要重新执行步骤3。步骤3执行时，P4位于P1和P2连线的右侧，那么又会执行步骤4，导致P2出栈，此时栈中就剩下P0和P1了，那么P4在P0P1的左侧，则P4入栈。所以实际上是出栈了两次，最终到达图6的情况。

在现有技术中，通常是上述各点P0，P1，P2，P3，P4，P5，P6，P7，.....Pn全部链接起来形成凸包。但是本申请应用实例中的的凸包不是这样的，并不是简单地按照P0~P7的顺序相连。因为所谓的凸包，直观上来看，不应该有“凹陷”的情况，即“所有的点都应该在相邻两点的一侧”。正确的效果图如图7所示。

所谓的“所有的点都应该在相邻两点的一侧”，举例说明：除了P1、P5以外所有的点都在P1P5连线的左侧。

1）对上一步形成的对凸包点构成的闭合线段以采样间隔a进行采样，并将采样点的平均坐标作为该层中心点的坐标。

为了更好说明间隔a进行采样的目的，详细的说，其实求取中心点有多种方式，但各个方式求出的中心点的精度是不同的，为了达到一个理想的精度，就必须采取正确的方法。点云外层的S102中求出的凸包点，这些点顺次链接形成的闭合环就是凸包，凸包的连线按采样间隔a进行采样，就形成了图8的样子，相邻两个小点的间隔就是a。

基于此，求取中心的方式有三种，第一种是，以点云的平均坐标作为中心；第二种是，以如图8所示的凸包点的平均坐标作为中心；第三种是，以采样点的平均坐标作为中心。对于第一种方式，用图10解释，对于这层点云来讲，矩形框内的点云数量要明显多于其它区域点云的数量（密度不均匀）这就使得重心朝着点云数量多的方向偏移，如果用点云的平均坐标作为采样中心，求出的中心应该在第一点的位置，而不是第二点的位置，而第一点的位置明显已经偏离中心；第二种情况也一样，凸包点的个数和分布情况受边缘点云几何形态的分布的影响，可能多也可能少，同样会造成中心点偏移。而第三种方式，即使用图9所述的采样点的平均坐标作为中心，就能取得良好的效果。所以无论从精度还是效率上来讲，都应该选择第三种方式。这也就是采样间隔a的目的。

采样间隔a作为输入参数，可以取0.01~0.05m。本申请的方法是，凸包点内间隔采样，再利用平均坐标作为中心点坐标。然而其求取中心点时不直接采用所有凸包点的平均坐标是因为凸包点个数较少，抗噪能力差；不采用点云的平均坐标是由于点云各个层形态各异，且疏密不一。对于其中一层点云求得的凸包如图8所示。

S103、利用各个层的中心点在竖直方向上构成一条曲线，利用该曲线的几何特征求取扰度信息。该曲线的形态将如图11所示。需要说明的是，由于杆塔载荷、拉线方向以及杆塔型号的复杂性，杆塔形变将呈现各种各样的形态，在《电力线路杆塔扰度标准和检验》中有一定的总结。本申请具体应用实例在求取了杆塔的各个层的中心点后，将根据杆塔的具体的形变方式决定计算方法，此处只举一例说明该种形态下扰度的计算。其它形态下的扰度亦可通过这些中心连线求得。

如图11所示，杆塔假设验收后，运行一段时间后杆塔产生扰曲变形，根据S101~S102求得的各个层的中心点为黄色。其中心线的偏移量为y1，即施工倾斜值，此值不应大于3H/1000。塔高为H，杆塔扰度α可以用y1-y求得。根据几何关系，y1可以用H和杆塔倾斜角求得，倾斜角和H均可由各个层的中心点求得。其中，y代表实际杆塔顶到杆塔底部中心的距离，也就是外业实测出来的经常被用来计算杆塔倾斜的值。但实际上，由于挠度的存在，正确的值应该是y1而不是y。

具体的，由下方的5个中心点可以拟合一条直线，其相对于Z轴的偏移角度为θ，则扰度求解的具体公式为：

其中，在上述公式中，塔高为H，中心线的偏移量为y1，

代表杆塔扰度。

需要说明的是，所有设计过程和设计效果都会通过三维的方式进行展示直观看到杆塔各个层中心点的位置以及连线的效果。

其中，前述的步骤S101至步骤S103的流程示意图如图12所示。

从上述描述可知，本申请应用实例提供的架空输电线路杆塔挠度自动获取方法，利用无人机结合三维激光扫描仪进行电力巡线数据的采集结合内业进行数据处理的方式，操作简便易学，相较于传统的利用仪器设备直接量测的方式而言，大大减轻了巡线工作人员的负担；自动杆塔倾斜和扰度的计算。现有的杆塔扰度计算往往通过人工测量然后再输入到计算机中统一完成计算。本申请具体应用实例只需要输入两个通用参数就可以在内部业务系统中直接完成所有杆塔扰度计算的全自动处理，操作方便，易于实现。

从软件层面来说，为了有效提高架空输电线路杆塔挠度获取的准确性及可靠性，且能够有效提高杆塔挠度获取过程的自动化程度及效率，本申请提供一种用于实现所述架空输电线路杆塔挠度自动获取方法中全部或部分内容的架空输电线路杆塔挠度自动获取装置的实施例，参见图13，所述架空输电线路杆塔挠度自动获取装置包含有如下内容：

塔层点云数据获取模块10，用于获取架空输电线路所在区域中的目标杆塔的塔身中的各个塔层的点云数据。

层中心点确定模块20，用于层中心点确定步骤：自所述目标杆塔的塔身中选取尚未确定层中心点的一塔层作为当前的目标塔层，并根据该目标塔层的点云数据，应用预设的二维凸包算法确定该目标塔层的凸包，以及，基于所述目标塔层的凸包确定该目标塔层的层中心点。

杆塔挠度确定模块30，用于重复执行所述层中心点确定步骤，直至获取所述目标杆塔的塔身中的各个塔层各自对应的层中心点之后，基于所述目标杆塔的塔身中的各个塔层各自对应的层中心点确定所述目标杆塔的杆塔挠度。

本申请实施例提供的架空输电线路杆塔挠度自动获取装置的具体实施内容参见上述架空输电线路杆塔挠度自动获取方法的实施例，此处不再赘述。

从上述描述可知，本申请实施例提供的架空输电线路杆塔挠度自动获取装置，利用无人机搭载的激光雷达进行电力巡线不受地形环境限制、效率高、作业范围广，自动化程度高，是一种新型数据获取手段，能够有效提高架空输电线路杆塔挠度获取的准确性及可靠性，且能够有效提高杆塔挠度获取过程的自动化程度及效率，同时能够大大减轻巡线人员的负担，降低人力成本，提升巡线效率和自动化程度，进而能够有效提高架空输电线路的杆塔的使用可靠性。

从硬件层面来说，为了有效提高架空输电线路杆塔挠度获取的准确性及可靠性，且能够有效提高杆塔挠度获取过程的自动化程度及效率，本申请提供一种用于实现所述架空输电线路杆塔挠度自动获取方法中的全部或部分内容的电子设备的实施例，所述电子设备具体包含有如下内容：

处理器、存储器、通信接口和总线；其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；所述通信接口用于实现电子设备与用户终端以及相关数据库等相关设备之间的信息传输；该电子设备可以是台式计算机、平板电脑及移动终端等，本实施例不限于此。在本实施例中，该电子设备可以参照实施例中的架空输电线路杆塔挠度自动获取方法的实施例，以及，架空输电线路杆塔挠度自动获取装置的实施例进行实施，其内容被合并于此，重复之处不再赘述。

在一实施例中，架空输电线路杆塔挠度自动获取功能可以被集成到中央处理器中。其中，中央处理器可以被配置为进行如下控制：

步骤100：获取架空输电线路所在区域中的目标杆塔的塔身中的各个塔层的点云数据。

步骤200：层中心点确定步骤：自所述目标杆塔的塔身中选取尚未确定层中心点的一塔层作为当前的目标塔层，并根据该目标塔层的点云数据，应用预设的二维凸包算法确定该目标塔层的凸包，以及，基于所述目标塔层的凸包确定该目标塔层的层中心点。

步骤300：判断当前是否获取所述目标杆塔的塔身中的各个塔层各自对应的层中心点，若是，则执行步骤400；若否，则返回重复执行步骤200的层中心点确定步骤。

步骤400：基于所述目标杆塔的塔身中的各个塔层各自对应的层中心点确定所述目标杆塔的杆塔挠度。

从上述描述可知，本申请实施例提供的电子设备，利用无人机搭载的激光雷达进行电力巡线不受地形环境限制、效率高、作业范围广，自动化程度高，是一种新型数据获取手段，能够有效提高架空输电线路杆塔挠度获取的准确性及可靠性，且能够有效提高杆塔挠度获取过程的自动化程度及效率，同时能够大大减轻巡线人员的负担，降低人力成本，提升巡线效率和自动化程度，进而能够有效提高架空输电线路的杆塔的使用可靠性。

本申请的实施例还提供能够实现上述实施例中的架空输电线路杆塔挠度自动获取方法中全部步骤的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的执行主体为服务器或客户端的架空输电线路杆塔挠度自动获取方法的全部步骤，例如，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述步骤：

步骤100：获取架空输电线路所在区域中的目标杆塔的塔身中的各个塔层的点云数据。

步骤200：层中心点确定步骤：自所述目标杆塔的塔身中选取尚未确定层中心点的一塔层作为当前的目标塔层，并根据该目标塔层的点云数据，应用预设的二维凸包算法确定该目标塔层的凸包，以及，基于所述目标塔层的凸包确定该目标塔层的层中心点。

步骤300：判断当前是否获取所述目标杆塔的塔身中的各个塔层各自对应的层中心点，若是，则执行步骤400；若否，则返回重复执行步骤200的层中心点确定步骤。

步骤400：基于所述目标杆塔的塔身中的各个塔层各自对应的层中心点确定所述目标杆塔的杆塔挠度。

从上述描述可知，本申请实施例提供的计算机可读存储介质，利用无人机搭载的激光雷达进行电力巡线不受地形环境限制、效率高、作业范围广，自动化程度高，是一种新型数据获取手段，能够有效提高架空输电线路杆塔挠度获取的准确性及可靠性，且能够有效提高杆塔挠度获取过程的自动化程度及效率，同时能够大大减轻巡线人员的负担，降低人力成本，提升巡线效率和自动化程度，进而能够有效提高架空输电线路的杆塔的使用可靠性。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（装置）、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种架空输电线路杆塔挠度自动获取方法，其特征在于，包括：

获取架空输电线路所在区域中的目标杆塔的塔身中的各个塔层的点云数据；

层中心点确定步骤：自所述目标杆塔的塔身中选取尚未确定层中心点的一塔层作为当前的目标塔层，并根据该目标塔层的点云数据，应用预设的二维凸包算法确定该目标塔层的凸包，以及，基于所述目标塔层的凸包确定该目标塔层的层中心点；

重复执行所述层中心点确定步骤，直至获取所述目标杆塔的塔身中的各个塔层各自对应的层中心点之后，基于所述目标杆塔的塔身中的各个塔层各自对应的层中心点确定所述目标杆塔的杆塔挠度；

所述基于所述目标杆塔的塔身中的各个塔层各自对应的层中心点确定所述目标杆塔的杆塔挠度，包括：

将所述目标杆塔的塔身中的各个塔层各自对应的层中心点进行相邻点连线处理，得到该目标杆塔的塔身中心线；

基于所述目标杆塔的塔身中心线确定该目标杆塔的偏移量；

应用预先根据所述目标杆塔的塔身获取的所述目标杆塔的塔高，以及所述目标杆塔的偏移量，确定所述目标杆塔的杆塔挠度；

所述基于所述目标塔层的凸包确定该目标塔层的层中心点，包括：

应用预设的采样间隔对所述目标塔层的凸包进行采样，得到所述目标塔层的凸包对应的各个采样点；

根据所述目标塔层的凸包对应的各个采样点在所述二维坐标系中的坐标确定各个所述采样点的平均坐标点，并将所述平均坐标点确定为该目标塔层的层中心点。

2.根据权利要求1所述的架空输电线路杆塔挠度自动获取方法，其特征在于，所述获取架空输电线路所在区域中的目标杆塔的塔身中的各个塔层的点云数据，包括：

获取架空输电线路所在区域中的目标杆塔的塔身的点云数据；

基于预获取的目标杆塔的型号，确定该目标杆塔的型号对应的分层高度阈值；

应用所述分层高度阈值对所述目标杆塔的塔身的点云数据进行分层处理，得到所述目标杆塔的塔身中的各个塔层的点云数据。

3.根据权利要求1所述的架空输电线路杆塔挠度自动获取方法，其特征在于，所述根据该目标塔层的点云数据，应用预设的二维凸包算法确定该目标塔层的凸包，包括：

将所述目标塔层的点云数据投影至预设的切割平面上，得到该目标塔层对应的各个塔身投影点；

应用预设的二维凸包计算方式在所述目标塔层对应的各个塔身投影点中分别选定一基点及作为当前的栈顶元素点；

将所述基点和当前的栈顶元素点放入预设的栈中，并遍历剩余的塔身投影点，以选取得到各个凸包点；

生成各个所述凸包点组成的闭合环，并将该闭合环作为所述目标塔层的凸包。

4.根据权利要求3所述的架空输电线路杆塔挠度自动获取方法，其特征在于，所述应用预设的二维凸包计算方式在所述目标塔层对应的各个塔身投影点中分别选定一基点及作为当前的栈顶元素点，包括：

将所述目标塔层对应的各个塔身投影点均放入预设的二维坐标系中；在所述二维坐标系中选取纵坐标最小的点作为所述基点；

分别获取除所述基点以外的各个塔身投影点与所述基点之间的转角；

将各个所述转角按照由小至大的顺序进行排序，并将排序后的首个转角对应的塔身投影点选取为当前的栈顶元素点。

5.根据权利要求3所述的架空输电线路杆塔挠度自动获取方法，其特征在于，所述将所述基点和当前的栈顶元素点放入预设的栈中，并遍历剩余的塔身投影点，以选取得到各个凸包点，包括：

将所述基点和当前的栈顶元素点放入预设的栈中，并将所述基点作为栈中当前的栈顶元素点的上一个点；

连接当前的栈顶元素点和当前的栈顶元素点的上一个点，得到沿当前的栈顶元素点和当前的栈顶元素点的上一个点的连线延伸的判断直线；

在除所述当前的栈顶元素点、当前的栈顶元素点的上一个点和已出栈的栈顶元素点之外的剩余的塔身投影点中择一作为当前的目标塔身投影点；

位置关系获取步骤：获取当前的目标塔身投影点与当前的判断直线之间的位置关系；若当前的目标塔身投影点位于当前的判断直线的右侧，则将当前的栈顶元素点进行出

栈处理，并重新选取所述目标塔身投影点且重新生成当前的判断直线，而后重新执行所述位置关系获取步骤，直至遍历剩余的塔身投影点；

若当前的目标塔身投影点位于当前的判断直线的左侧或与该判断直线重合，则将当前的栈顶元素点进行入栈处理，并判断当前的目标塔身投影点是否与所述基点重合，若否，则重新选取所述目标塔身投影点后重新执行所述位置关系获取步骤；

若经判断获知当前的目标塔身投影点与所述基点重合，则将当前入栈的全部的塔身投影点均确定为凸包点。

6.一种架空输电线路杆塔挠度自动获取装置，其特征在于，包括：

塔层点云数据获取模块，用于获取架空输电线路所在区域中的目标杆塔的塔身中的各个塔层的点云数据；

层中心点确定模块，用于层中心点确定步骤：自所述目标杆塔的塔身中选取尚未确定层中心点的一塔层作为当前的目标塔层，并根据该目标塔层的点云数据，应用预设的二维凸包算法确定该目标塔层的凸包，以及，基于所述目标塔层的凸包确定该目标塔层的层中心点；

杆塔挠度确定模块，用于重复执行所述层中心点确定步骤，直至获取所述目标杆塔的塔身中的各个塔层各自对应的层中心点之后，基于所述目标杆塔的塔身中的各个塔层各自对应的层中心点确定所述目标杆塔的杆塔挠度；

所述基于所述目标杆塔的塔身中的各个塔层各自对应的层中心点确定所述目标杆塔的杆塔挠度，包括：

将所述目标杆塔的塔身中的各个塔层各自对应的层中心点进行相邻点连线处理，得到该目标杆塔的塔身中心线；

基于所述目标杆塔的塔身中心线确定该目标杆塔的偏移量；

应用预先根据所述目标杆塔的塔身获取的所述目标杆塔的塔高，以及所述目标杆塔的偏移量，确定所述目标杆塔的杆塔挠度；

所述基于所述目标塔层的凸包确定该目标塔层的层中心点，包括：

应用预设的采样间隔对所述目标塔层的凸包进行采样，得到所述目标塔层的凸包对应的各个采样点；

根据所述目标塔层的凸包对应的各个采样点在所述二维坐标系中的坐标确定各个所述采样点的平均坐标点，并将所述平均坐标点确定为该目标塔层的层中心点。

7.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至5任一项所述的架空输电线路杆塔挠度自动获取方法的步骤。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5任一项所述的架空输电线路杆塔挠度自动获取方法的步骤。

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