CN112037331A - 一种快速判定电力杆塔危险性的方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及输电线路检修技术领域，更具体的是涉及一种快速判定电力杆塔危险性的方法及其系统，包括以下步骤：S1：获取杆塔周边环境图像数据，建立参考坐标系，建立杆塔的三维实景模型，导入GIS平台；S2：以参考坐标系为基准，通过激光扫描获取杆塔三维点云数据，建立杆塔的三维点云模型，导入GIS平台；S3：建立杆塔的三维参考模型，导入GIS平台；S4：GIS平台融合显示导入的模型，及计算得到杆塔危险性指标的测量值；S5：GIS平台判断测量值是否大于阀值，若是，则发出危险提示，若否，则将判断结果返回S4中显示。本发明丰富了杆塔危险性的判断维度，更加直观、高效。
Description
技术领域
本发明涉及输电线路检修技术领域，更具体地是涉及一种快速判定电力杆塔危险性的方法及其系统。
背景技术
线路建设与运维期间，杆塔的危险性检测是一项常规性工作。目前常用全站仪传统测量、无人机巡视等方法，但传统测量人工投入大，无人机巡视对微小形变不敏感，检测结果不够可靠。
随着激光三维扫描近年来发展应用，其呈现出硬件轻量化、功能集成化的特点，GNSS-Rtk定位集成、全站式、自动控制、多线阵高速扫描的工业标准封装机型重量仅仅10～20公斤；平台多样化，地基、空基、背包式、自动爬行式等搭载平台层出不穷，为适应各行业作业环境提供了可能；应用软件简单化，按固定流程操作就能出成果,其也逐渐运用在了杆塔的危险性检测中。
中国专利CN103017734A公开了一种基于激光雷达的杆塔倾斜率测量方法，包括以下具体步骤：采集数据和图像；将数据和图像导入计算机系统；预处理；选取五个基点；选取第五顶点；计算垂直距离；计算出杆塔倾斜率q。但是其只能测定杆塔本身的倾斜率，不能整体反应杆塔与周边地理环境的关系，而在实际应用过程中，杆塔周边环境较为复杂，有可能会出现杆塔倾斜没有达到危险阀值，但杆塔与周边物体作用产生了危险，这样只用杆塔倾斜率作为判断指标较为单一、片面，不能有效、直观地评判杆塔的危险性。
发明内容
本发明为克服上述现有技术中的不足，提供了一种多维、直观的快速判定电力杆塔危险性的方法及其系统。
在本技术方案中，提供了一种快速判定电力杆塔危险性的方法，包括以下步骤：
S1：获取杆塔周边环境图像数据，建立参考坐标系，建立杆塔的三维实景模型，导入GIS(地理信息系统)平台；
S2：以参考坐标系为基准，通过激光扫描获取杆塔三维点云数据，建立杆塔的三维点云模型，导入GIS(地理信息系统)平台；
S3：建立杆塔的三维参考模型，导入GIS(地理信息系统)平台；
S4：GIS(地理信息系统)平台融合显示导入的模型，及计算得到杆塔危险性指标的测量值；
S5：GIS(地理信息系统)平台判断测量值是否大于阀值，若是，则发出危险提示，若否，则将判断结果返回S4中显示。
本发明中通过获取杆塔周边环境信息和对杆塔进行激光扫描，获取其三维点云数据，同时利用三维软件将杆塔的设计图转换为三维参考模型，用三维点云数据与三维参考模型进行对比计算得到得到杆塔危险性的判断指标，同时将三维点云数据与三维实景模型融合显示，展示杆塔与所处环境互相干扰的情况，丰富了杆塔危险性的判断维度，同时更加直观、高效，避免了利用杆塔倾斜率判断杆塔危险性的片面性。
优选地，上述的步骤S1具体包括以下步骤：
S11：在杆塔周围布设像控点，通过无人机摄影，获取杆塔所处环境的多组图像数据；
S12：获取图像内像控点坐标，通过空中三角测量结合像控点坐标构建同名点空间坐标关系；
S13：将同名点空间坐标关系转换为杆塔的参考坐标系；
S14：在参考坐标系下构建杆塔的地物TIN(不规则三角网)模型，并进行图像纹理映射，得到杆塔的三维实景模型，导入GIS平台。
优选地，上述的步骤S2具体包括以下步骤：
S21：根据像控点进行GNSS外业测量以及平差，在杆塔周围建立用于扫描杆塔形态特征的安装激光扫描站点；确保三维点云数据和三维实景模型坐标系的统一。
S22：激光扫描站点对杆塔扫描获取清晰的三维点云数据及纹理信息；
S23：对三维点云数据及纹理信息进行降噪、拼接形成三维点云模型，将三维点云结果导入到GIS(地理信息系统)平台。
优选地，上述的步骤S3具体包括以下步骤：
S31：利用三维建模软件，根据杆塔二维平面设计图、三维矢量数据、三维观测数据生成杆塔三维模型图；
S32：以参考坐标系为基准，在杆塔三维模型图中建立空间坐标；
S33：将杆塔三维模型图导入到GIS(地理信息系统)平台中。
优选地，上述的步骤S2和步骤S3的顺序可互换。
优选地，上述的步骤S4具体包括以下步骤：
S41：GIS(地理信息系统)平台将三维实景模型、三维点云模型、三维参考模型转换为GIS(地理信息系统)平台能够兼容的格式；
S42：检查三维实景模型、三维点云模型、三维参考模型的空间坐标是否一致；若是，则直接进入步骤S43；若否，则将所有空间坐标系向参考坐标系进行统一基准转换；
S43：GIS(地理信息系统)平台将三维点云模型的三维点云数据叠加到三维实景模型中显示；
S44：GIS(地理信息系统)平台融合三维点云模型与三维参考模型，进行对比计算，得到三维点云模型中相对于三维参考模型的杆塔平面位移量Δs、竖向位移量Δz、倾斜角度θ。
优选地，上述的步骤S5具体包括以下步骤：
S51：分别将平面位移量、竖向位移量、倾斜角度θ减去阀值，得到形变偏差值a、b、c。
S52：判断形变偏差值a、b、c是否大于零，若其中任意一个大于零，则判断为杆塔危险，发出危险提示，若其全部小于零，则将返回步骤S43中显示。
优选地，上述的步骤S14、S42中坐标转换的均使用布尔沙模型，确保GIS(地理信息系统)平台中的坐标统一。
优选地，上述的步骤S44中具体包括以下步骤：
S441：计算杆塔的平面位移Δs，公式为：
其中，Δx、Δy为杆塔上任一点在三维点云模型与三维参考模型中的x、y向的差值；
S442：计算杆塔的竖向位移Δz，公式为：
Δz＝zi+1-zi，
其中，Zi为三维参考模型中杆塔上任一点在Z轴上的坐标值，Zi+1为Zi对应的杆塔三维点云模型中杆塔上的点在Z轴上的坐标值；
S443：计算杆塔的刚性倾斜角度θ，公式为：
其中，l是杆塔倾斜造成的杆塔顶点的水平位移值，h杆塔倾斜后顶点高度。
在本技术方案中，还提供了一种快速判定电力杆塔危险性的系统，包括GIS(地理信息系统)平台及与GIS(地理信息系统)平台均通信电连接的实景建立模块、点云扫描模块、参考模型转换模块，实景建立模块建立杆塔三维实景模型并将其导入到GIS平台中显示，点云扫描模块描杆塔得到点云数据并将其导入到GIS平台中与三维实景模型融合显示，参考模型转换模块将杆塔的设计数据转换为三维参考模型，并导入到GIS平台中，GIS平台通过对比点云数据与三维参考模型，计算得到杆塔形变的测量值，并判断是否超过阀值。
与现有技术相比，有益效果是：
本发明中通过融合杆塔实景信息、点云数据、三维设计数据，将杆塔与周边环境的关系、杆塔自身的形变均作为杆塔危险性的判断指标，丰富了杆塔危险性的判断维度，同时更加直观、高效，避免了利用杆塔倾斜率判断杆塔危险性的片面性。
附图说明
图1为本发明实施例1快速判定电力杆塔危险性的方法的流程示意图；
图2为本发明实施例1快速判定电力杆塔危险性的方法的杆塔形变第一角度示意图；
图3为本发明实施例1快速判定电力杆塔危险性的方法的杆塔形变第二角度示意图；
图4为本发明实施例2快速判定电力杆塔危险性的系统的整体结构示意图。
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。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此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，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：
实施例1
如图1至图3为一种快速判定电力杆塔危险性的方法的实施例，包括以下步骤：
S1：获取杆塔周边环境图像数据，建立参考坐标系，建立杆塔的三维实景模型，导入GIS(地理信息系统)平台；
S2：以参考坐标系为基准，通过激光扫描获取杆塔三维点云数据，建立杆塔的三维点云模型，导入GIS(地理信息系统)平台；
S3：根据杆塔的已知设计文件，建立杆塔的三维参考模型，导入GIS(地理信息系统)平台；
S4：GIS(地理信息系统)平台融合显示导入的模型，及计算得到杆塔危险性指标的测量值；
S5：GIS(地理信息系统)平台判断测量值是否大于阀值，若是，则发出危险提示，若否，则将判断结果返回S4中显示。
本实施例中的步骤S1具体包括以下步骤：
S11：在杆塔周围布设像控点，通过无人机摄影，获取杆塔所处环境的多组图像数据；
S12：获取图像内像控点坐标，通过空中三角测量结合像控点坐标构建同名点空间坐标关系；
S13：将同名点空间坐标关系转换为杆塔的参考坐标系。
S14：在参考坐标系下构建杆塔的地物TIN(不规则三角网)模型，并进行图像纹理映射，得到杆塔的三维实景模型。
本实施例中的步骤S2具体包括以下步骤：
S21：根据像控点进行GNSS外业测量以及平差，在杆塔周围建立用于扫描杆塔形态特征的安装激光扫描站点；
S22：激光扫描站点对杆塔扫描获取清晰的三维点云数据及纹理信息，将三维点云模型导入到GIS(地理信息系统)平台。
其中激光扫描站点根据像控点进行外业测量及平差是为了确保三维点云数据和三维实景模型坐标系的统一。
本实施例中的步骤S3具体包括以下步骤：
S31：利用三维建模软件，根据杆塔二维平面设计图、三维矢量数据、三维观测数据生成杆塔三维模型图；
S32：以参考坐标系为基准，在杆塔三维模型图中建立空间坐标；
S33：将杆塔三维模型图导入到GIS(地理信息系统)平台中。
需要说明的是，杆塔平面设计图、三维矢量数据、三维观测数据为已知数据。
本实施例中的步骤S2和步骤S3的顺序可互换。
本实施例中的步骤S4具体包括以下步骤：
S41：GIS(地理信息系统)平台将三维实景模型、三维点云模型、三维参考模型转换为GIS(地理信息系统)平台能够兼容的格式；
S42：检查三维实景模型、三维点云模型、三维参考模型的空间坐标是否一致；若是，则直接进入步骤S43；若否，则将所有空间坐标系向参考坐标系进行统一基准转换；
S43：GIS(地理信息系统)平台将三维点云模型的三维点云数据叠加到三维实景模型中显示；
S44：GIS平台融合三维点云模型与三维参考模型，进行对比计算，得到三维点云模型中相对于三维参考模型的杆塔平面位移量Δs、竖向位移量Δz、倾斜角度θ。
本实施例中的步骤S5具体包括以下步骤：
S51：分别将平面位移量、竖向位移量、倾斜角度θ减去阀值，得到形变偏差值a、b、c。
S52：判断形变偏差值a、b、c是否大于零，若其中任意一个大于零，则判断为杆塔危险，发出危险提示，若其全部小于零，则将返回步骤S43中显示。
其中，阀值为行业内规范的安全值。
本实施例中的步骤S14、S42中坐标转换的均使用布尔沙模型，确保GIS(地理信息系统)平台中的坐标统一。
如图2、图3所示，本实施例中的步骤S44中具体包括以下步骤：
S441：计算杆塔的平面位移Δs，公式为：
其中，Δx、Δy为杆塔上任一点在三维点云模型与三维参考模型中的x、y向的差值；
S442：计算杆塔的竖向位移Δz，公式为：
Δz＝zi+1-zi，
其中，Zi为三维参考模型中杆塔上任一点在Z轴上的坐标值，Zi+1为Zi对应的杆塔三维点云模型中杆塔上的点在Z轴上的坐标值；
S443：计算杆塔的刚性倾斜角度θ，公式为：
其中，l是杆塔倾斜造成的杆塔顶点的水平位移值，h杆塔倾斜后顶点高度。
实施例2
如图4所示为一种快速判定电力杆塔危险性的系统，包括GIS平台及与GIS平台均通信电连接的实景建立模块、点云扫描模块、参考模型转换模块，实景建立模块建立杆塔三维实景模型并将其导入到GIS平台中显示，点云扫描模块描杆塔得到点云数据并将其导入到GIS平台中与三维实景模型融合显示，参考模型转换模块将杆塔的设计数据转换为三维参考模型，并导入到GIS平台中，GIS平台通过对比点云数据与三维参考模型，计算得到杆塔形变的测量值，并判断是否超过阀值。
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 (10)
1.一种快速判定电力杆塔危险性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取杆塔周边环境图像数据，建立参考坐标系，建立杆塔的三维实景模型，导入GIS平台；
S2：以参考坐标系为基准，通过激光扫描获取杆塔三维点云数据，建立杆塔的三维点云模型，导入GIS平台；
S3：建立杆塔的三维参考模型，导入GIS平台；
S4：GIS平台融合显示导入的模型，及计算得到杆塔危险性指标的测量值；
S5：GIS平台判断测量值是否大于阀值，若是，则发出危险提示，若否，则将判断结果返回S4中显示。
2.根据权利要求1所述的一种快速判定电力杆塔危险性的方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：
S11：在杆塔周围布设像控点，通过无人机摄影，获取杆塔所处环境的多组图像数据；
S12：获取图像内像控点坐标，通过空中三角测量构建同名点空间坐标关系；
S13：将同名点空间坐标关系转换为杆塔的参考坐标系；
S14：在参考坐标系下构建杆塔的地物TIN模型，并进行图像纹理映射，得到杆塔的三维实景模型，导入GIS平台。
3.根据权利要求2所述的一种快速判定电力杆塔危险性的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：
S21：根据像控点进行GNSS外业测量以及平差，在杆塔周围建立用于扫描杆塔形态特征的安装激光扫描站点；
S22：激光扫描站点对杆塔扫描获取清晰的三维点云数据及纹理信息；
S23：对三维点云数据及纹理信息进行降噪、拼接形成三维点云模型，将三维点云模型导入到GIS平台。
4.根据权利要求3所述的一种快速判定电力杆塔危险性的方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤：
S31：利用三维建模软件，根据杆塔二维平面设计图、三维矢量数据生成杆塔三维模型图；
S32：以参考坐标系为基准，在杆塔三维模型图中建立空间坐标；
S33：将杆塔三维模型图导入到GIS平台中。
5.根据权利要求4所述的一种快速判定电力杆塔危险性的方法，其特征在于，所述步骤S2和步骤S3的顺序可互换。
6.根据权利要求5所述的一种快速判定电力杆塔危险性的方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括以下步骤：
S41：GIS平台将所述三维实景模型、三维点云模型、三维参考模型转换为GIS平台能够兼容的格式；
S42：检查所述三维实景模型、三维点云模型、三维参考模型的空间坐标是否一致；若是，则直接进入步骤S43；若否，则将所有空间坐标系向参考坐标系进行统一基准转换；
S43：GIS平台将三维点云模型叠加到三维实景模型中显示；
S44：GIS平台融合三维点云模型与三维参考模型，进行对比计算，得到三维点云模型中相对于三维参考模型的杆塔平面位移量Δs、竖向位移量Δz、倾斜角度θ。
7.根据权利要求6所述的一种快速判定电力杆塔危险性的方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括以下步骤：
S51：分别将所述平面位移量Δs、竖向位移量Δz、倾斜角度θ减去阀值，得到形变偏差值a、b、c。
S52：判断形变偏差值a、b、c是否大于零，若其中任意一个大于零，则判断为杆塔危险，发出危险提示，若其全部小于零，则将返回步骤S43中显示。
8.根据权利要求7所述的一种快速判定电力杆塔危险性的方法，其特征在于，所述步骤S14、S42中坐标转换均使用布尔沙模型。
9.根据权利要求6所述的一种快速判定电力杆塔危险性的方法，其特征在于，所述步骤S44中具体包括以下步骤：
S441：计算杆塔的平面位移Δs，公式为：
其中，Δx、Δy为杆塔上任一点在三维点云模型与三维参考模型中的x、y向的差值；
S442：计算杆塔的竖向位移Δz，公式为：
Δz＝zi+1-zi，
其中，Zi为三维参考模型中杆塔上任一点在Z轴上的坐标值，Zi+1为Zi对应的杆塔三维点云模型中杆塔上的点在Z轴上的坐标值；
S443：计算杆塔的刚性倾斜角度θ，公式为：
其中，l是杆塔倾斜造成的杆塔顶点的水平位移值，h杆塔倾斜后顶点高度。
10.一种应用于权利要求1至9任一项所述快速判定电力杆塔危险性的方法的系统，其特征在于，包括GIS平台及与所述GIS平台均通信电连接的实景建立模块、点云扫描模块、参考模型转换模块，所述实景建立模块建立杆塔三维实景模型并将其导入到GIS平台中显示，所述点云扫描模块描杆塔得到点云数据并将其导入到GIS平台中与所述三维实景模型融合显示，所述参考模型转换模块将杆塔的设计数据转换为三维参考模型，并导入到所述GIS平台中，所述GIS平台通过对比所述点云数据与所述三维参考模型，计算得到杆塔形变的测量值，并判断是否超过阀值。
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