CN112284351A - 一种测量交叉跨越线路方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种测量交叉跨越线路方法，包括以下步骤：S1.根据待测量线路要求完成无人机的航线规划；S2.无人机根据线路规划完成拍摄工作；S3.根据待测量线路要求在地面设置若干三维扫描站；S4.三维扫描站对交叉跨越线路完成扫描工作；S5.将无人机航摄像控点与三维扫描设站点并网测量并联合平差；S6.建立无人机拍摄的实景模型，同时建立三维扫描站扫描的三维模型；S7.将实景模型与三维模型输入GIS平台完成空间分析，得出交叉跨越线路的准确数据和三维显示。本发明能够对交叉跨越线路进行全面、直观、精准地测量和表达，在夜间低光照的情况下也能够对交叉跨越线路进行测量，协助工作人员完成抢修等紧急工作。
Description
技术领域
本发明涉及跨越交叉线路领域，更具体地，涉及一种测量交叉跨越线路方法。
背景技术
输电线路交叉跨越情形常见，对线路交叉跨越空间状态的检定是线路运维的常规工作内容。一般通过现场拍照、视频人工检视，或者工点量测并与设计文件人工比对事后检测，受限较多，尤其是夜间低光照情况下，造成时效跟不上、效率低等问题。中国专利公开号CN108614274A，公开日期2018年5月22日，该专利申请公开了一种基于多旋翼无人机的交叉式跨越线距离测量方法和装置。在测量时，多旋翼无人机依次沿两条交叉式跨越线以固定距离飞行，利用无人机空间定位技术以及IMU角度检测技术结合二维激光雷达扫描到的距离数据可以获取检测区域空间三维空间点云数据，进而建立架空输电线交叉跨越净空距离曲线模型，以实现架空输电线交叉跨越净空距离的准确测量，但是由于无人机再飞行过程中由于自身飞行方向及姿态的问题，并不能够对跨越线路进行全面的检测，且在夜间低照明情况下，无人机的飞行会受到影响，尤其是在夜间抢修应急等特殊时限要求下，无人机并不能完成测量，无法配合工作人员完成抢修的紧急工作。
发明内容
本发明的目的在于克服现有测量交叉跨越式的装置并不能够在夜间低光照进行测量的缺陷，提供一种测量交叉跨越线路方法。本发明能够对交叉跨越线路进行全面、直观、精准地测量和表达，在夜间低光照的情况下也能够对交叉跨越线路进行测量，协助工作人员完成抢修等紧急工作。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种测量交叉跨越线路方法，包括以下步骤：
S1.根据待测量线路要求完成无人机的航线规划，
S2.无人机根据线路规划完成拍摄工作；
S3.根据待测量线路要求在地面设置若干三维扫描站；
S4.三维扫描站对交叉跨越线路完成扫描工作；
S5.将无人机航摄像控点与三维扫描设站点并网测量并联合平差；
S6.建立无人机拍摄的实景模型，同时建立三维扫描站扫描的三维模型，
S7.将实景模型与三维模型输入GIS平台完成空间分析，得出交叉跨越线路的准确数据和三维显示。
本技术方案中，在正常光照条件下，无人机在规划的航线内对地物进行多角度拍摄，获取拍摄对象的空间立体像对，同时能够将线路环境的进行拍摄记录。在夜间低照明条件下，各个三维扫描站对交叉跨越线路上的镂空、线型对象(即塔杆、悬线)机进行扫描，由于三维扫描站自身就是空间位置基准，通过扫描反射的信号及扫描仪自身的角度记录，能够从扫描站确定每个点云的三维空间坐标，点云精确性不容易受光线等外部因素影响；无人机拍摄的数据建立的实景模型主要是体现出交叉跨越路线与周边其他地物的空间关系，形成一个能够表达情景的实景模型，而三维扫描站建立的三维模型是对交叉跨越线路的具体线路跟塔杆进行准确的模型，能够精准体现交叉跨越线路之间的空间关系，GIS平台能够将无人机和三维扫描站建立的实景模型和三维模型进行空间关系匹配，进行空间分析，测量得出交叉跨越线路中复杂线路之间的空间关系，复杂线路与其他地物间空间关系。
进一步的，所述步骤S1-S2与所述步骤S3-4交换顺序。无人机主要是在照明条件良好的情况下完成摄像工作，而三维扫描站是在夜间低光照的条件下完成扫描工作，即无人机和三维扫描站的工作步骤并没有前后固定顺序，可以进行调换。
进一步的，所述步骤S1具体包括收集线路资料，选择相机和无人机类型，完成航线规划。本技术方案中，需要根据线路的基本资料，选择能够对线路进行拍摄的相机和无人机的类型，规划出飞行的航线，无人机在规划的航线上完成相关的拍摄工作。
进一步的，所述步骤S2中，包括以下具体步骤：
S21.无人机起飞前对无人机和相机检查；
S22.无人机上的相机同时从垂直到倾斜采集拍摄对象的影像，获取拍摄对象的空间立体像对；
S23.检查摄影相片，若相片不合格则继续完成步骤S22，直到相片合格。
本技术方案中，无人机搭载的相机需要从垂直到倾斜多角度地对拍摄对象进行拍摄，当拍摄的相片不符合要求时，需要重启无人机再次进行拍摄工作，直到相片合格。
进一步的，所述步骤S3中对线路进行资料收集和现场踏勘后，在地面设置若干个三维扫描站，三维扫描站上设置激光扫描仪，并记录三维扫描站的点云坐标。三维扫描站是根据线路设定的。
进一步的，所述步骤S4中，激光扫描仪发出激光并接收线路反射信号，从而获取线路部件的特征点。本技术方案中，在不可见光频段内，激光扫描仪发出的激光遇到扫描对象后，能够反射扫描对象的特征信息，获取精确的特征点，同时还能够将无人机摄影的盲区和不敏感物进行扫描补充。
进一步的，所述步骤S5中，无人机航摄像控点、激光三维扫描地面设站点并网，采用GNSS卫星导航定位系统测量，经联合平差后，建立无人机倾斜摄影构建的实景三维模型、激光点云模型的统一坐标系。。
进一步的，所述步骤S6中，建立实景模型，首先通过空中三角测量解算，再构建像素级同名点三角网，最后通过纹理映射和瓦片拼接。空中三角测量，是无人机拍摄的相片组自动匹配空间关系和像素纹理映射关系的数学前提，真实反映拍摄对象在相片坐标系里的空间像对关系。通过空中三角测量解算，能确定相片组三维建模所必需的空间关系，再构建像素级同名点三角网，完成纹理映射和瓦片拼接，形成实景模型。
进一步的，所述步骤S6中，建立三维模型，首先需要将点云获取的特征点数据进行自动分类、特征点抽稀与重采样，最后纹理映射。
进一步的，所述步骤S7中，GIS平台将实景模型和三维模型的坐标导入到同一个空间基准中完成三维显示、空间分析。将实景模型和三维模型的成果数据导入同一个GIS平台，检查空间坐标一致性、其他属性完备性，利用平台自动空间分析功能，完成复杂线路间空间关系、复杂线路与其他地物间空间关系的快速测定。其测定过程的数学模型简述如下。
首先，测定三维空间两点间距离，按下式计算：
其中，P(x,y,z)点为一条线路上的自动捕捉点，O点为另一条线路上的自动捕捉点点，其坐标值在导入GIS平台时已经确定。
然后，复杂线路空间关系中最被关注的是空间两点间的最短距离，该距离要自动搜索，迭代计算如下：
如果
那么
否则继续计算
最后，迭代确定两条线路间的最短距离后，与规范中规定的安全距离比较，确定安全与否。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过无人机倾斜摄影和激光三维扫描的合作，能够在夜间或低光照条件下快速测定线路交叉跨越的空间状态，且扫描三维站还能够对无人机倾斜摄影盲区和不敏感地物进行补充，能够全面、无遗漏地获取线路与其他地物的空间关系。本发明在GIS平台上能直观、便捷获取复杂线路的空间状态，通过GIS平台功能完成三维空间分析，得出精细测定结论。
附图说明
图1为本发明测量交叉跨越线路方法的流程示意图。
图2为本发明中GIS平台距离测定的模型示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示为本发明一种测量交叉跨越线路方法的实施例。一种测量交叉跨越线路方法，包括以下步骤：
S1.根据待测量线路要求完成无人机的航线规划，
S2.无人机根据线路规划完成拍摄工作；
S3.根据待测量线路要求在地面设置若干三维扫描站；
S4.三维扫描站对交叉跨越线路完成扫描工作；
S5.将无人机航摄像控点与三维扫描设站点并网测量并联合平差；
S6.建立无人机拍摄的实景模型，同时建立三维扫描站扫描的三维模型，
S7.将实景模型与三维模型输入GIS平台完成空间分析，得出交叉跨越线路的准确数据和三维显示。
本实施例中，步骤S1中需要收集线路资料，根据资料选择无人机类型和无人机上需要搭载的相机，再详细规划无人机的航线规划，因为不同的线路铺设的环境和长度会有所不同，需要不同类型无人机和相机完成拍摄工作。
本实施例中，步骤S2中，无人机在起飞前需要无人机和相机进行检查，例如相机和无人机的电源续航能力、无人机的旋翼状态。由于拍摄对象需要获取立体像对，故无人机在飞行航线的过程中需要从垂直到倾斜多角度采集拍摄对象的影像，工作人员可以在终端上实施查看相机拍摄的相片，若不合格则会让无人机及其搭载的相机重新从垂直到倾斜采集拍摄对象的影像，再次形成空间立体对象。
本实施例中，步骤S3中，需要对线路进行资料收集和现场踏勘，根据资料和现场具体情况设置三维扫描站的数量和位置，三维扫描仪上设有激光扫描仪，保证线路能够被激光扫描仪的扫描范围所覆盖。
本实施例中，步骤S4中，激光扫描仪发出激光并接收线路反射激光信息，从而获取线路部件的特征点。激光扫描仪发出的激光遇到扫描对象能够反射扫描对象的特征信息，建立每个激光扫描仪的点云数据集。
本实施例中，步骤S5中，无人机航摄像控点、激光三维扫描地面设站点并网，采用GNSS卫星导航定位系统测量，经联合平差后，建立无人机倾斜摄影构建的实景三维模型、激光点云模型的统一坐标系。
本实施例中，步骤S6中，结合经联网测量并平差后得到的像控点数据，通过空中三角测量解算，能在像控点、扫描站所在的坐标系内唯一确定相片组三维建模所必需的空间关系，再构建像素级同名点三角网，完成纹理映射和瓦片拼接，形成实景模型。
本实施例中，步骤S6中建立三维模型，首先需要将点云获取的特征点数据进行自动分类、特征点抽稀与重采样，最后进行纹理映射。
本实施例中，步骤S7中，将实景模型和三维模型的成果数据导入同一个GIS平台，检查空间坐标一致性、其他属性完备性，利用平台自动空间分析功能，完成复杂线路间空间关系、复杂线路与其他地物间空间关系的快速测定。
本实施例综合使用激光扫描仪、无人机倾斜摄影数据成果并在同一GIS平台运行，二者的分工是：低光照条件下，地面设三维扫描站完成线路或无人机盲区(遮盖区域)的扫描建模，确保复杂线路信息完整及关键特征信息精确；正常照明条件下低空无人机倾斜摄影完成施工环境的拍摄并建立实景模型，导入GIS平台作为基底数据，为后续空间分析的“情境”，确保线路与周边地物空间关系无遗漏。优势在于：激光在不可见光频段的特性，为三维扫描站提供了工作时限上的灵活性；无人机倾斜摄影为线路对象提供空间环境，保证了全面、无遗漏地获取线路与其他地物的空间关系。
实施例2
本实施例与实施例1类似，所不同之处在于，本实施例中，包括以下步骤：
S1.根据待测量线路要求在地面设置若干三维扫描站；
S2.三维扫描站对交叉跨越线路完成扫描工作；
S3.无人机根据测量线路要求完成航线规划，
S4.无人机根据线路规划完成拍摄工作；
S5.将无人机航摄像控点与三维扫描设站点并网测量并联合平差；
S6.建立无人机拍摄的实景模型，同时建立三维扫描站扫描的三维模型，
S7.将实景模型与三维模型输入GIS平台完成空间分析，得出交叉跨越线路的准确数据和三维显示。
本实施例中，先进行三维扫描站的设定和扫描工作，再完成无人机的拍摄工作。
实施例3
本实施例与实施例1相似，本实施例中，可以在GIS平台完成距离测定，其测定过程的数学模型简述如下。如图2所示
首先，测定三维空间两点间距离，按下式计算：
其中，P(x,y,z)点为一条线路上的自动捕捉点，O点为另一条线路上的自动捕捉点点，其坐标值在导入GIS平台时已经确定。
然后，复杂线路空间关系中最被关注的是空间两点间的最短距离，该距离要自动搜索，迭代计算如下：
如果
那么
否则继续计算
最后，迭代确定两条线路间的最短距离后，与规范中规定的安全距离比较，确定安全与否。
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)
1.一种测量交叉跨越线路方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.根据待测量线路要求完成无人机的航线规划，
S2.无人机根据线路规划完成拍摄工作；
S3.根据待测量线路要求在地面设置若干三维扫描站；
S4.三维扫描站对交叉跨越线路完成扫描工作；
S5.将无人机航摄像控点与三维扫描设站点并网测量并联合平差；
S6.建立无人机拍摄的实景模型，同时建立三维扫描站扫描的三维模型，
S7.将实景模型与三维模型输入GIS平台完成空间分析，得出交叉跨越线路的准确数据和三维显示。
2.根据权利要求1所述的一种测量交叉跨越线路方法，其特征在于：所述步骤S1-S2与所述步骤S3-4交换顺序。
3.根据权利要求2所述的一种测量交叉跨越线路方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括收集线路资料，选择相机和无人机类型，完成航线规划。
4.根据权利要求3所述的一种测量交叉跨越线路方法，其特征在于：所述步骤S2中，包括以下具体步骤：
S21.无人机起飞前对无人机和相机检查；
S22.无人机上的相机从垂直到倾斜采集拍摄对象的影像，获取拍摄对象的空间立体像对；
S23.检查摄影相片，若相片不合格则继续完成步骤S22，直到相片合格。
5.根据权利要求4所述的一种测量交叉跨越线路方法，其特征在于：所述步骤S3中对线路进行资料收集和现场踏勘后，在地面设置若干个三维扫描站，三维扫描站上设置激光扫描仪，并记录三维扫描站的点云坐标。
6.根据权利要求5所述的一种测量交叉跨越线路方法，其特征在于：所述步骤S4中，激光扫描仪发出激光并接收线路反射激光，从而获取线路部件的特征点。
7.根据权利要求6所述的一种测量交叉跨越线路方法，其特征在于：所述步骤S5中，无人机航摄像控点、激光三维扫描地面设站点并网，采用GNSS卫星导航定位系统测量，经联合平差后，建立无人机倾斜摄影构建的实景三维模型、激光点云模型的统一坐标系。
8.根据权利要求7所述的一种测量交叉跨越线路方法，其特征在于：所述步骤S6中，建立实景模型，首先通过空中三角测量解算，再构建像素级同名点三角网，最后完成纹理映射和瓦片拼接。
9.根据权利要求7所述的一种测量交叉跨越线路方法，其特征在于：所述步骤S6中，建立三维模型，首先需要将点云获取的特征点数据进行自动分类、特征点抽稀与重采样，最后完成纹理映射。
10.根据权利要求9所述的一种测量交叉跨越线路方法，其特征在于：所述步骤S7中，将人机倾斜摄影构建的实景三维模型成果数据、激光点云模型成果数据经过格式转换后，向GIS平台导入，实现同平台、同空间基准的三维显示和空间分析。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114859374A (zh) * | 2022-07-11 | 2022-08-05 | 中国铁路设计集团有限公司 | 基于无人机激光点云和影像融合的新建铁路交叉测量方法 |
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