CN112558091B - 一种输电线对树空间距离的实时检测方法、装置及终端设备 - Google Patents

一种输电线对树空间距离的实时检测方法、装置及终端设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种输电线对树空间距离的实时检测方法、装置及终端设备，该方法利用激光雷达进行扫描，获取含有树杆、地面参考物、输电线的三维空间点云数据，建立三维点云模型，并对三种点云进行分离；将树杆点云沿着树杆点云延伸方向划分成多个线段形成多个树杆点云线段；选取当前树杆点云线段的中心点作为节点；计算节点坐标并汇总所有树杆上节点的点云坐标，求解节点中相对地面参考物的竖直方向距离最高的节点，作为目标节点；再对目标树杆点云线段中进行线段拟合，得到目标树杆点云线段的最高位置点。本发明提升了树高的精确提取度，为后续树线距离计算提供了可靠数据源以及精度保障，便于精准预测树障。

Description

一种输电线对树空间距离的实时检测方法、装置及终端设备
技术领域
本发明涉及输电线路监测技术领域，尤其涉及一种输电线对树空间距离的实时检测方法、装置及终端设备。
背景技术
输电线路是电网的重要组成部分，而线路走廊内的地形地貌状况以及地物都会对线路的布设和安全运行产生重大影响，是输电线路设计和管理最为关注的区域。在现代智能电网建设中，对电力设备安全可靠性提出了更高的要求，需要不断优化输电线路巡检方式，以降低输电线路巡检成本和提高巡检效率。输电线路巡检的目的是查找线路中的安全隐患和故障，及时进行检修，以最大程度地避免事故的发生，或以最高的效率恢复线路的正常运行，确保电网的运行安全。
随着我国输电线巡检技术的进步，也越来越多的场合开始使用无人机通过激光雷达扫描技术对输电线路走廊以及周围环境实施点云数据获取，以方便进行输电线路的识别。常见的输电线路故障包括树障，即需要获取输电线(或称导线)对树的空间距离的测算，以避免导线存在安全隐患，例如公布号为CN110031818A、公布日为2019.7.19的中国专利：基于点云数据的输电线路对地表净空距离轮廓线提取方法，其通过计算提取到对地净空距离进行避免发生树障隐患，但是其对树木的最高点定位不准，容易存在误差，而如何更快速更高精度地识别出树高点的点云是准确预测树障发生的关键，因为树木枝干点云较多，如何快速定位具体哪个位置树木枝干点云位置最高，如何精确定位，对防范树障的发生具有重要作用。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种导线对树空间距离的实时检测方法、装置及终端设备，能在树木枝干点云较多的情况下，快速、精确地定位树木枝干点云的最高位置，能准确得到树高与输电线的空间距离，能及时预防树障的发生，降低输电线路存在的安全隐患。
本发明的技术方案如下：
一种输电线对树空间距离的实时检测方法，包括如下操作步骤：
利用激光雷达进行实时扫描，获取含有树杆、地面参考物和输电线的三维空间的点云数据；
根据得到的三维空间的点云数据建立三维点云模型，同时对树杆点云、地面参考物点云与输电线点云进行分离；
将树杆点云沿着树杆点云延伸的方向划分成多个线段，形成多个树杆点云线段，选取当前树杆点云线段的中心点作为当前树杆点云线段的节点；
计算节点的点云坐标，汇总所有树杆上节点的点云坐标，求解节点中相对地面参考物的竖直方向距离最高的节点，并将其作为目标节点；
确定目标节点的所在树杆，并确定目标节点在当前树干上的树杆点云线段的位置，形成对目标树杆点云线段的位置锁定；之后再对目标树杆点云线段进行线段拟合，求解得到目标树杆点云线段的最高位置点，根据最高位置点，计算得到树木高点到输电线的空间距离。
优选的，将树杆点云沿着树杆点云延伸的方向划分成多个线段，形成多个树杆点云线段，具体包括如下操作步骤：
获取当前树杆的二维图像数据，识别出当前树杆的延伸方向；
从当前树杆与主干交叉处作为起始点，从起始点出发，在当前树杆点云的延伸生长方向上将当前树杆划分成多个线段；当前树杆点云的延伸生长方向以树杆二维图像识别出的延伸方向为参考。
优选的，在将当前树杆划分成多个线段时，还包括确定分段后不同的树杆点云线段的长度尺寸之差均小于长度标准差阈值。
优选的，在将当前树杆划分成多个线段时，还包括计算当前树杆点云线段的长度尺寸的操作，且当前树杆点云线段的长度尺寸以二维图像中当前树杆的长度尺寸代替。
优选的，汇总所有树杆上节点的点云坐标，求解节点中相对地面参考物的竖直方向距离最高的节点，并将其作为目标节点，具体的操作过程如下：
汇总所有树杆上节点的点云坐标，同时识别地面参考物的点云坐标；
将节点的点云坐标与地面参考物的点云坐标均转化到空间直角坐标系中，以空间直角坐标系中的竖直方向为准，计算节点相对地面参考物的竖直方向距离；
将求解得到相对地面参考物的竖直方向距离最高的节点作为目标节点。
优选的，在确定目标节点在当前树杆上的树杆点云线段的位置之前，还包括对当前树杆上的若干个树杆点云线段进行位置编号操作，具体包括如下操作步骤：
对当前树杆进行第一编码编号操作，将当前树杆与主干交叉处作为起始点，从起始点出发，在当前树杆点云的延伸生长方向上对每个树杆点云线段进行第二编码编号操作；
确定当前树杆上的每个树杆点云线段的位置信息；位置信息包括当前树杆对应的第一编码编号信息和当前树杆点云线段对应的第二编码编号信息。
优选的，确定目标节点的所在树杆，并确定目标节点在当前树干上的树杆点云线段的位置，形成对目标树杆点云线段的位置锁定，具体包括如下操作步骤：
调取当前目标节点的位置信息，读取当前树杆对应的第一编码编号信息和当前树杆点云线段对应的第二编码编号信息；
根据第一编码编号信息锁定目标节点所在的树杆，根据第二编码编号信息锁定目标节点所在的树杆对应的树杆点云线段的位置。
优选的，根据最高位置点，计算得到树木高点到输电线的空间距离，具体包括如下操作步骤：
以目标树杆点云线段的最高位置点作为树木高点，以树木高点作一垂线到输电线上，即能得到树木高点到输电线的空间距离，并以此判断当前树木与当前输电线之间的距离是否为安全距离。
相应地，本发明还提供了一种输电线对树空间距离的实时检测装置，包括点云获取模块、点云分离模块、分段识别模块、目标求解模块、目标确定模块，其中；
点云获取模块，利用激光雷达进行实时扫描，获取含有树杆、地面参考物和输电线的三维空间的点云数据；
点云分离模块，根据得到的三维空间的点云数据建立三维点云模型，同时对树杆点云、地面参考物点云与输电线点云进行分离；
分段识别模块，将树杆点云沿着树杆点云延伸的方向划分成多个线段，形成多个树杆点云线段，选取当前树杆点云线段的中心点作为当前树杆点云线段的节点；
目标求解模块，计算节点的点云坐标，汇总所有树杆上节点的点云坐标，求解节点中相对地面参考物的竖直方向距离最高的节点，并将其作为目标节点；
目标确定模块，确定目标节点的所在树杆，并确定目标节点在当前树干上的树杆点云线段的位置，形成对目标树杆点云线段的位置锁定；之后再对目标树杆点云线段进行线段拟合，求解得到目标树杆点云线段的最高位置点，根据最高位置点，计算得到树木高点到输电线的空间距离。
本发明还提出一种终端设备，包括：处理器和存储器，存储器存储有计算机程序，处理器用于执行计算机程序以实施上述的输电线对树空间距离的实时检测方法。
本发明的技术方案具有如下有益效果：
本发明可以将树杆点云进行划分分段处理，随后确定目标节点以及所在树杆点云位置，这样可先进行局部树高点的定位，这样可更快速高效率识别出树高点的点云，同样因为缩小了后续识别的范围，将目标节点所在的树杆点云线段作为后续最高位置点的求解计算，得到树木高点到输电线的空间距离，这样减少了错误计算范围，间接也实现了提供树高最高位置点识别定位的精度；综上所述，本发明应用的输电线对树空间距离的实时检测方法、装置及终端设备为后续树线距离计算提供了可靠数据源以及精度保障。
附图说明
图1为本发明的输电线对树空间距离的实时检测方法的流程示意图；
图2为本发明的输电线对树空间距离的实时检测装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
实施例1
请参照图1，本实施例提出一种输电线对树空间距离的实时检测方法，执行包括如下操作步骤：
步骤S100：利用激光雷达进行实时扫描，获取含有树杆、地面参考物和输电线的三维空间的点云数据；
步骤S200：根据得到的三维空间的点云数据建立三维点云模型，同时对树杆点云、地面参考物点云与输电线点云进行分离；
需要说明的是，通过机载激光设备获取电力走廊通道三维点云数据，通过最小二乘法算法对原始点云数据进行分割，得到输电线、树杆以及地面参考物的点云数据；不仅如此，上述的三维空间的点云数据包括输电线点云数据、地面参考物点云数据以及树杆点云数据的同时，甚至还包括线路设施设备点云数据；其中，线路设施设备包括：杆塔、绝缘子串挂点。关于利用最小二乘法算法实施点云数据分离的操作，本发明实施例不再赘述；
步骤S300：将树杆点云沿着树杆点云延伸的方向划分成多个线段，形成多个树杆点云线段，选取当前树杆点云线段的中心点作为当前树杆点云线段的节点；
步骤S400：计算节点的点云坐标，汇总所有树杆上节点的点云坐标，求解节点中相对地面参考物的竖直方向距离最高的节点，并将其作为目标节点；
步骤S500：确定目标节点的所在树杆，并确定目标节点在当前树干上的树杆点云线段的位置，形成对目标树杆点云线段的位置锁定；之后再对目标树杆点云线段进行线段拟合，求解得到目标树杆点云线段的最高位置点，根据最高位置点，计算得到树木高点到输电线的空间距离。
在步骤S300中，将树杆点云沿着树杆点云延伸的方向划分成多个线段，形成多个树杆点云线段，具体包括如下操作步骤：
步骤S310：获取当前树杆的二维图像数据，识别出当前树杆的延伸方向；
步骤S320：从当前树杆与主干交叉处作为起始点，从起始点出发，在当前树杆点云的延伸生长方向上将当前树杆划分成多个线段；当前树杆点云的延伸生长方向以树杆二维图像识别出的延伸方向为参考。
在步骤S320中，在将当前树杆划分成多个线段时，还包括确定分段后不同的树杆点云线段的长度尺寸之差均小于长度标准差阈值。
在步骤S320中，在将当前树杆划分成多个线段时，还包括计算当前树杆点云线段的长度尺寸的操作，且当前树杆点云线段的长度尺寸以二维图像中当前树杆的长度尺寸代替。
需要说明的是，上述树杆点云线段的长度尺寸可以一致，也可以随机进行划分，这样可以保障树杆点云线段后续数据处理的代表性更好，但是为了避免点云线段长度差距太大，其设计了不同的树杆点云线段的长度尺寸不应当超过这个长度标准差阈值，当然上述树杆点云线段的长度尺寸仍然以二维图像中长度尺寸为参考，以此代替树杆点云线段的长度。
在本发明的一个具体实施例中，在执行步骤S400时，计算树杆点云线段的中心点的点云坐标(即节点的点云坐标)的具体操作如下：
获取多目立体视频采集系统中各个相机的内外参数，并存储和二次备份各个相机的内外参数；通过各个相机在同一时刻采集普通场景的多视点图像，对多视点图像进行特征点检测和匹配获取各视点图像间的匹配点；根据相机的内外参数和各视点图像间的匹配点坐标，最终利用增量式的由运动恢复结构的算法得到各视点图像(即树杆点云坐标)间的匹配点的三维空间点云坐标；当然在发明实施例中也可以不采用上述方式计算获得树杆点云线段的中心点的点云坐标，其他方式也可以对此不再具体限定。
在本发明的一个具体实施例中，在执行步骤S400时，计算树杆点云线段的中心点的点云坐标，也可以通过映射方式实施得到，对此不再赘述。
在步骤S400中，汇总所有树杆上节点的点云坐标，求解节点中相对地面参考物的竖直方向距离最高的节点，并将其作为目标节点，具体的操作过程如下：
步骤S410：汇总所有树杆上节点的点云坐标，同时识别地面参考物的点云坐标；
步骤S420：将节点的点云坐标与地面参考物的点云坐标均转化到空间直角坐标系中，以空间直角坐标系中的竖直方向为准，计算节点相对地面参考物的竖直方向距离；
步骤S430：将求解得到相对地面参考物的竖直方向距离最高的节点作为目标节点。
在步骤S500之前，还包括对当前树杆上的若干个树杆点云线段进行位置编号操作，具体包括如下操作步骤：
步骤S440：对当前树杆进行第一编码编号操作，将当前树杆与主干交叉处作为起始点，从起始点出发，在当前树杆点云的延伸生长方向上对每个树杆点云线段进行第二编码编号操作；
步骤S450：确定当前树杆上的每个树杆点云线段的位置信息；位置信息包括当前树杆对应的第一编码编号信息和当前树杆点云线段对应的第二编码编号信息。
在步骤S500中，确定目标节点的所在树杆，并确定目标节点在当前树干上的树杆点云线段的位置，形成对目标树杆点云线段的位置锁定，具体包括如下操作步骤：
步骤S510：调取当前目标节点的位置信息，读取当前树杆对应的第一编码编号信息和当前树杆点云线段对应的第二编码编号信息；
步骤S520：根据第一编码编号信息锁定目标节点所在的树杆，根据第二编码编号信息锁定目标节点所在的树杆对应的树杆点云线段的位置。
在步骤S500中，根据最高位置点，计算得到树木高点到输电线的空间距离，具体包括如下操作步骤：
以目标树杆点云线段的最高位置点作为树木高点，以树木高点作一垂线到输电线上，即能得到树木高点到输电线的空间距离，并以此判断当前树木与当前输电线之间的距离是否为安全距离。
实施例2
如图2所示，本发明还提供了一种输电线对树空间距离的实时检测装置，包括点云获取模块、点云分离模块、分段识别模块、目标求解模块、目标确定模块，其中；
点云获取模块，利用激光雷达进行实时扫描，获取含有树杆、地面参考物和输电线的三维空间的点云数据；
点云分离模块，根据得到的三维空间的点云数据建立三维点云模型，同时对树杆点云、地面参考物点云与输电线点云进行分离；
分段识别模块，将树杆点云沿着树杆点云延伸的方向划分成多个线段，形成多个树杆点云线段，选取当前树杆点云线段的中心点作为当前树杆点云线段的节点；
目标求解模块，计算节点的点云坐标，汇总所有树杆上节点的点云坐标，求解节点中相对地面参考物的竖直方向距离最高的节点，并将其作为目标节点；
目标确定模块，确定目标节点的所在树杆，并确定目标节点在当前树干上的树杆点云线段的位置，形成对目标树杆点云线段的位置锁定；之后再对目标树杆点云线段进行线段拟合，求解得到目标树杆点云线段的最高位置点，根据最高位置点，计算得到树木高点到输电线的空间距离。
可以理解，上述的输电线对树空间距离的实时检测装置对应于实施例1的检测方法。上述实施例1中的任何可选项也适用于本实施例，这里不再详述。
本实施例还提出一种终端设备，包括：处理器和存储器，存储器存储有计算机程序，处理器用于执行计算机程序以实施上述的输电线对树空间距离的实时检测方法。
存储器可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
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，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种输电线对树空间距离的实时检测方法，其特征在于，包括：
利用激光雷达进行实时扫描，获取含有树杆、地面参考物和输电线的三维空间的点云数据；
根据得到的三维空间的点云数据建立三维点云模型，同时对树杆点云、地面参考物点云与输电线点云进行分离；
将树杆点云沿着树杆点云延伸的方向划分成多个线段，形成多个树杆点云线段，选取当前树杆点云线段的中心点作为当前树杆点云线段的节点；
计算节点的点云坐标，汇总所有树杆上节点的点云坐标，求解节点中相对地面参考物的竖直方向距离最高的节点，并将其作为目标节点；
确定目标节点的所在树杆，并确定目标节点在当前树干上的树杆点云线段的位置，形成对目标树杆点云线段的位置锁定；之后再对目标树杆点云线段进行线段拟合，求解得到目标树杆点云线段的最高位置点，根据最高位置点，计算得到树木高点到输电线的空间距离；
将树杆点云沿着树杆点云延伸的方向划分成多个线段，形成多个树杆点云线段，具体包括如下操作步骤：
获取当前树杆的二维图像数据，识别出当前树杆的延伸方向；
从当前树杆与主干交叉处作为起始点，从起始点出发，在当前树杆点云的延伸生长方向上将当前树杆划分成多个线段；当前树杆点云的延伸生长方向以树杆二维图像识别出的延伸方向为参考；
汇总所有树杆上节点的点云坐标，求解节点中相对地面参考物的竖直方向距离最高的节点，并将其作为目标节点，具体的操作过程如下：
汇总所有树杆上节点的点云坐标，同时识别地面参考物的点云坐标；
将节点的点云坐标与地面参考物的点云坐标均转化到空间直角坐标系中，以空间直角坐标系中的竖直方向为准，计算节点相对地面参考物的竖直方向距离；
将求解得到相对地面参考物的竖直方向距离最高的节点作为目标节点；
在确定目标节点在当前树杆上的树杆点云线段的位置之前，还包括对当前树杆上的若干个树杆点云线段进行位置编号操作，具体包括如下操作步骤：
对当前树杆进行第一编码编号操作，将当前树杆与主干交叉处作为起始点，从起始点出发，在当前树杆点云的延伸生长方向上对每个树杆点云线段进行第二编码编号操作；
确定当前树杆上的每个树杆点云线段的位置信息；位置信息包括当前树杆对应的第一编码编号信息和当前树杆点云线段对应的第二编码编号信息。
2.根据权利要求1所述的实时检测方法，其特征在于，在将当前树杆划分成多个线段时，还包括确定分段后不同的树杆点云线段的长度尺寸之差均小于长度标准差阈值。
3.根据权利要求1所述的实时检测方法，其特征在于，在将当前树杆划分成多个线段时，还包括计算当前树杆点云线段的长度尺寸的操作，且当前树杆点云线段的长度尺寸以二维图像中当前树杆的长度尺寸代替。
4.根据权利要求1所述的实时检测方法，其特征在于，确定目标节点的所在树杆，并确定目标节点在当前树干上的树杆点云线段的位置，形成对目标树杆点云线段的位置锁定，具体包括如下操作步骤：
调取当前目标节点的位置信息，读取当前树杆对应的第一编码编号信息和当前树杆点云线段对应的第二编码编号信息；
根据第一编码编号信息锁定目标节点所在的树杆，根据第二编码编号信息锁定目标节点所在的树杆对应的树杆点云线段的位置。
5.根据权利要求1所述的实时检测方法，其特征在于，根据最高位置点，计算得到树木高点到输电线的空间距离，具体包括如下操作步骤：
以目标树杆点云线段的最高位置点作为树木高点，以树木高点作一垂线到输电线上，即能得到树木高点到输电线的空间距离，并以此判断当前树木与当前输电线之间的距离是否为安全距离。
6.一种输电线对树空间距离的实时检测装置，用于实现如权利要求1-5任一项所述的实时检测方法，其特征在于，包括点云获取模块、点云分离模块、分段识别模块、目标求解模块、目标确定模块，其中；
点云获取模块，利用激光雷达进行实时扫描，获取含有树杆、地面参考物和输电线的三维空间的点云数据；
点云分离模块，根据得到的三维空间的点云数据建立三维点云模型，同时对树杆点云、地面参考物点云与输电线点云进行分离；
分段识别模块，将树杆点云沿着树杆点云延伸的方向划分成多个线段，形成多个树杆点云线段，选取当前树杆点云线段的中心点作为当前树杆点云线段的节点；
目标求解模块，计算节点的点云坐标，汇总所有树杆上节点的点云坐标，求解节点中相对地面参考物的竖直方向距离最高的节点，并将其作为目标节点；
目标确定模块，确定目标节点的所在树杆，并确定目标节点在当前树干上的树杆点云线段的位置，形成对目标树杆点云线段的位置锁定；之后再对目标树杆点云线段进行线段拟合，求解得到目标树杆点云线段的最高位置点，根据最高位置点，计算得到树木高点到输电线的空间距离。
7.一种终端设备，其特征在于，包括：处理器和存储器，存储器存储有计算机程序，处理器用于执行计算机程序以实施根据权利要求1至5中任一项所述的输电线对树空间距离的实时检测方法。
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