CN112561862A - 一种输电线路范围内树木危险点的检测方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种输电线路范围内树木危险点的检测方法和设备，该方法包括：获取原始点云数据；对原始点云数据进行去噪后，生成第一点云数据；将第一点云数据中的地面点进行分离，生成第二点云数据；基于第二点云数据生成树木的CHM；对CHM进行单木分割，并确定单个树木的三维空间参数；基于三维空间参数、输电线路的三维空间位置以及预设的安全余量确定由于树倒导致危险的危险点。本发明能根据树木与输电线路之间的距离关系检测是否存在危险，以此实现了对可能发生的危险的有效识别。

Description

一种输电线路范围内树木危险点的检测方法和设备

技术领域

本发明涉及数据分析检测技术领域，特别涉及一种输电线路范围内树 木危险点的检测方法和设备。

背景技术

在自然环境中，林木植被形状无规则、分布广泛、且具有生长的特性， 是线路巡检的重点关注对象亦是危及输电安全的主要走廊地物。目前基于 点云数据的树障检测方法是利用点云数据的高精度三维坐标计算电力线与 输电走廊内树木之间的距离，然后按照不同电压等级输电线路标准进行诊 断，判别植被等是否已达到危险高度，并给出危险点位置范围，以便供电 公司及时修剪，确保线路运行安全。例如公布号为CN111931976A、公告日为2020.11.13的中国专利-一种输电线路走廊区域内树木生长隐患的预测 方法，其就是根据点云数据的高精度三维坐标计算电力线与输电走廊内树 木之间的距离，判别树木等是否已达到危险高度，并给出危险点位置范围， 以便供电公司及时修剪，确保线路运行安全。

然而目前的该方法不能进一步判断树木倒伏状态下离导线距离过近的 情况，更不能预测若干年内不同种类树木生长对线路安全产生的影响。

由此，目前需要有一种方案来解决目前存在的缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种输电线路范围内树木危险点的检测方法 和设备，通过树木的点云数据，假设树木倒伏时，与输电线路之间的距离 关系检测是否存在危险。

具体的，本发明提出了以下技术方案：

一种输电线路范围内树木危险点的检测方法，包括：

获取原始点云数据；其中，原始点云数据是通过对输电线路的预设区 域内的树木进行测量得到；

对原始点云数据进行去噪后，生成第一点云数据；

将第一点云数据中的地面点进行分离，生成第二点云数据；

基于第二点云数据生成树木的CHM(冠层高度模型)；

对CHM进行单木分割，并确定单个树木的三维空间参数；

基于三维空间参数、输电线路的三维空间位置以及预设的安全余量确 定由于树倒导致危险的危险点。

在一个具体的实施例中，去噪是通过以下一种或多种方式来进行的： 双边滤波、高斯滤波、分箱去噪、dbscan、条件滤波。

在一个具体的实施例中，将第一点云数据中的地面点进行分离，生成 第二点云数据的过程如下：

将第一点云数据中最底层的点设置为地面点；

将地面点从第一点云数据中分离，将分离出地面点的第一点云数据生 成第二点云数据。

在一个具体的实施例中，基于第二点云数据生成树木的CHM的过程如 下：

基于第二点云数据生成DEM(数字高程模型)与DSM(数字地表模型)；

基于DEM与DSM生成树木的CHM。

在一个具体的实施例中，安全余量大于或等于输电线路的运行规程所 规定的安全距离；不同等级的输电线路对应不同的安全距离，等级越高的 输电线路对应的安全距离越大。

在一个具体的实施例中，三维空间参数包括：位置、高度、树冠直径、 树冠面积、树木边界；

基于三维空间参数、输电线路的三维空间位置以及预设的安全余量确 定由于树倒导致危险的危险点的过程如下：

以单个树木的位置作为中心，以高度为直径确定假设树倒的圆弧；

若圆弧与输电线路的最小距离小于预设的安全余量，则确定树木为危 险点。

在一个具体的实施例中，该方法还包括：

基于危险点的面积确定树木砍伐量。

在一个具体的实施例中，还包括：若圆弧与输电线路的最小距离大于 或等于预设的安全余量，则基于树木的生长参数，预测树木成为危险点的 时间。

在一个具体的实施例中，生长参数包括树木长高速度。

本发明还提出了一种输电线路范围内树木危险点的检测设备，包括：

获取模块，用于获取原始点云数据；其中，原始点云数据是通过对输 电线路的预设区域内的树木进行测量得到；

去噪模块，用于对原始点云数据进行去噪后，生成第一点云数据；

分离模块，用于将第一点云数据中的地面点进行分离，生成第二点云 数据；

生成模块，用于基于第二点云数据生成树木的CHM；

分割模块，用于对CHM进行单木分割，并确定单个树木的三维空间参 数；

确定模块，用于基于三维空间参数、输电线路的三维空间位置以及预 设的安全余量确定由于树倒导致危险的危险点。

以此，本发明相较于现有技术，具有以下技术效果：

本方案在获取到树木的点云数据之后，生成CHM并进行单木分割，并 确定单个树木的三维空间参数；后续基于三维空间参数、输电线路的三维 空间位置，假设树木倒伏时，树木与输电线路之间的距离关系检测是否存 在危险，以此实现了对可能发生的危险的有效识别。

附图说明

图1为本发明的检测方法的流程示意图；

图2为本发明的检测设备的结构示意图。

具体实施方式

在下文中，将更全面地描述本公开的各种实施例。本公开可具有各种 实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本公开 的各种实施例限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本公开理解为 涵盖落入本公开的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或 可选方案。

在本公开的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的 并且并非意在限制本公开的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也 包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。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)具有与本公开的各种实施例 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， 除非在本公开的各种实施例中被清楚地限定。

实施例1

本实施例公开了一种输电线路范围内树木危险点的检测方法，如图1 所示，包括以下步骤：

步骤101、获取原始点云数据；其中，原始点云数据是通过对输电线 路的预设区域内的树木进行测量得到；

具体的，原始点云数据可以通过激光对输电线路的预设区域内的树木 进行测量得到的，具体的预设区域可以以输电线路为中心在一定距离范围 内的区域，例如根据20-40米范围内的区域，具体的距离根据实际情况的 不同可以有不同。

步骤102、对原始点云数据进行去噪后，生成第一点云数据；

在一个具体的实施例中，去噪是通过以下一种或多种方式来进行的： 双边滤波、高斯滤波、分箱去噪、dbscan、条件滤波。

在获取到原始点云数据之后，由于原始点云数据中包括了噪点，为了 便于后续的数据处理，因此需要进行去噪，以提高后续处理的效率，也保 证后续处理的准确性。具体的，双边滤波：将距离和空间结构结合去噪， 效果较好。高斯滤波(标准差去噪)：适用于呈正态分布的数据。考虑到 离群点的特征，则可以定义某处点云小于某个密度，既点云无效。计算每 个点到其最近的k个点平均距离。则点云中所有点的距离应构成高斯分布。 分箱去噪：适用于呈偏态分布的数据。Dbscan(Density-Based Spatial Clustering ofApplications with Noise，基于密度的聚类算法)：基于 聚类原理去噪的一种方式。条件滤波：条件滤波器通过设定滤波条件进行 滤波，主要的原来是：当点云在一定范围则留下，不在则舍弃。

步骤103、将第一点云数据中的地面点进行分离，生成第二点云数据；

具体的，步骤103将第一点云数据中的地面点进行分离，生成第二点 云数据的过程如下：

将第一点云数据中最底层的点设置为地面点；

将地面点从第一点云数据中分离，以基于分离出地面点的第一点云数 据生成第二点云数据。

具体的，为了便于后续进行单木分割，而为了避免其他因素的影响， 而获取的点云数据中是会包括对地面进行测量得到的点的数据，为了避免 这部分对后续的分割造成影响，因此需要将地面点分离出去。

而考虑到点云是采用的激光获取到外表的点的集合，因此一般情况下， 地面点即为空间中处于最底层的点。

步骤104、基于第二点云数据生成树木的CHM；

在一个具体的实施例中，步骤104中的基于第二点云数据生成树木的 CHM的过程如下：

基于第二点云数据生成DEM(Digital Elevation Model，数字高程 模型)与DSM(Digital Surface Model，数字地表模型)；

基于DEM与DSM生成树木的CHM。

步骤105、对CHM进行单木分割，并确定单个树木的三维空间参数；

三维空间参数包括：位置、高度、树冠直径、树冠面积、树木边界；

具体的，通过单木分割算法，可以获取单木位置、树高和树木边界等 三维空间参数；利用单木的三维空间参数，预测在树倒/树生长情况下， 可能出现的净空距离小于线路运行规程所规定安全距离的情况，并输出树 木位置、高度等信息，为预防树倒/树生长导致的线路安全事故提供科学 依据。

具体的，可以设置最大树高和最小树高，以确定纳入考虑的树高范围， 利用单木分割算法自动将树木分割为单体，并得到通道内每一株林木的高 度、冠幅、个数以及位置坐标等。此外，在初始分割后，可以将得到每棵 树的顶点位置，将其与点云数据叠加显示，以此可以查看每棵树的位置信 息是否正确，对于过分割或者欠分割的地方，可以手动删除/添加种子点， 再次进行分割。

步骤106、基于三维空间参数、输电线路的三维空间位置以及预设的 安全余量确定由于树倒导致危险的危险点。

安全余量大于或等于输电线路的运行规程所规定的安全距离；不同等 级的输电线路对应不同的安全距离，等级越高的输电线路对应的安全距离 越大。

具体的，步骤106中的基于三维空间参数、输电线路的三维空间位置 以及预设的安全余量确定由于树倒导致危险的危险点的过程如下：

以单个树木的位置作为中心，以高度为直径确定假设树倒的圆弧；

若圆弧与输电线路的最小距离小于预设的安全余量，则确定树木为危 险点。

为避免树木倒伏引起输电线路闪络、停电等事故，树木在倾倒过程中， 其最高点与输电线路需要保持安全距离。因此输电线路安全距离的诊断在 量测树木顶端到输电线的净空距离的同时，需要依据树木高度与宽度预测 树木倒伏过程中对输电线路安全造成的影响。

利用单木分割获取植被目标的中心点以及半径，以植被中心点与地面 的交点为每株树木倒下的圆弧中心点，该圆弧与输电线之间的最小距离作 为安全距离的测度。若该距离小于设定的安全距离阈值则认为存在危险， 设置缓冲区半径(例如：5m)提取危险点所在位置及其缓冲区半径范围内 的点作为危险区域点云数据。

在一个具体的实施例中，在确定了危险点后，为了便于后续排除危险， 该方法还包括：

基于危险点的面积确定树木砍伐量。

具体的，基于危险点所囊括的面积，确定树木砍伐量，以此可以安排 足够的人手去排除危险，避免过多人力的浪费或者过少人力造成的不及时 性。

在一个具体的实施例中，该方法还包括：若圆弧与输电线路的最小距 离大于或等于预设的安全余量，则基于树木的生长参数，预测树木成为危 险点的时间。

具体的，考虑到树木会生长，因此即使当前的树木还不是危险点，也 需要进行考虑其生长情况，预测其可能成为危险点的时间，以此及早做好 准备排除危险。

生长参数包括树木长高速度。可以根据实地检测的树种以及经验知识 设置树生长参数，包括生长年限和生长速度，预测植被生长情况下树木最 高点离导线距离可能会小于安全距离的情况，然后输出这些点的位置、生 长年限(例如第几年会成为危险点)等信息，并基于危险点的面积统计树 木砍伐量。

以此，通过本方案，树倒/树生长危险点检测能够预测树木倒伏、生 长情况下的危险点位置和树木砍伐量，提供待砍伐树木的属性信息统计， 为线路沿线的植被管理、植被生长预测、制订植被砍伐计划提供依据，降 低因树木倒伏、树木生长导致线路安全事故所引起的经济和社会损失，有 助于实现输电线路走廊树木精细化管理。

实施例2

本发明还公开了一种输电线路范围内树木危险点的检测设备，如图2 所示，包括：

获取模块，用于获取原始点云数据；其中，原始点云数据是通过对输 电线路的预设区域内的树木进行测量得到；

去噪模块，用于对原始点云数据进行去噪后，生成第一点云数据；

分离模块，用于将第一点云数据中的地面点进行分离，生成第二点云 数据；

生成模块，用于基于第二点云数据生成树木的CHM；

分割模块，用于对CHM进行单木分割，并确定单个树木的三维空间参 数；

确定模块，用于基于三维空间参数、输电线路的三维空间位置以及预 设的安全余量确定由于树倒导致危险的危险点。

在一个具体的实施例中，去噪是通过以下一种或多种方式来进行的： 双边滤波、高斯滤波、分箱去噪、dbscan、条件滤波。

在一个具体的实施例中，分离模块用于：

将第一点云数据中最底层的点设置为地面点；

将地面点从所述第一点云数据中分离，以基于分离所示地面点的第一 点云数据生成第二点云数据。

在一个具体的实施例中，生成模块用于：

基于第二点云数据生成DEM与DSM；

基于DEM与所述DSM生成树木的CHM。

在一个具体的实施例中，安全余量大于或等于输电线路的运行规程所 规定的安全距离；不同等级的输电线路对应不同的安全距离，等级越高的 所述输电线路对应的安全距离越大。

在一个具体的实施例中，三维空间参数包括：位置、高度、树冠直径、 树冠面积、树木边界；

确定模块用于：

以单个树木的位置作为中心，以高度为直径确定假设树倒的圆弧；

若圆弧与输电线路的最小距离小于预设的安全余量，则确定树木为危 险点。

在一个具体的实施例中，还包括：预估模块，用于基于危险点的面积 确定树木砍伐量。

在一个具体的实施例中，还包括：预测模块，用于当圆弧与输电线路 的最小距离大于或等于预设的安全余量，则基于树木的生长参数，预测树 木成为危险点的时间。

在一个具体的实施例中，生长参数包括树木长高速度。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图 中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施 场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于 本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模 块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限 于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种输电线路范围内树木危险点的检测方法，其特征在于，包括：

获取原始点云数据；其中，原始点云数据是通过对输电线路的预设区域内的树木进行测量得到；

对原始点云数据进行去噪后，生成第一点云数据；

将第一点云数据中的地面点进行分离，生成第二点云数据；

基于第二点云数据生成树木的CHM；

对CHM进行单木分割，并确定单个树木的三维空间参数；

基于三维空间参数、输电线路的三维空间位置以及预设的安全余量确定由于树倒导致危险的危险点。

2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，去噪是通过以下一种或多种方式来进行的：双边滤波、高斯滤波、分箱去噪、dbscan、条件滤波。

3.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，将第一点云数据中的地面点进行分离，生成第二点云数据的过程如下：

将第一点云数据中最底层的点设置为地面点；

将地面点从第一点云数据中分离，将分离出地面点的第一点云数据生成第二点云数据。

4.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，基于第二点云数据生成树木的CHM的过程如下：

基于第二点云数据生成DEM与DSM；

基于DEM与DSM生成树木的CHM。

5.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，安全余量大于或等于输电线路的运行规程所规定的安全距离；不同等级的输电线路对应不同的安全距离，等级越高的输电线路对应的安全距离越大。

6.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，三维空间参数包括：位置、高度、树冠直径、树冠面积、树木边界；

基于三维空间参数、输电线路的三维空间位置以及预设的安全余量确定由于树倒导致危险的危险点的过程如下：

以单个树木的位置作为中心，以高度为直径确定假设树倒的圆弧；

若圆弧与输电线路的最小距离小于预设的安全余量，则确定树木为危险点。

7.如权利要求1或6所述的检测方法，其特征在于，还包括：

基于危险点的面积确定树木砍伐量。

8.如权利要求6所述的检测方法，其特征在于，还包括：若圆弧与输电线路的最小距离大于或等于预设的安全余量，则基于树木的生长参数，预测树木成为危险点的时间。

9.如权利要求8所述的检测方法，其特征在于，生长参数包括树木长高速度。

10.一种输电线路范围内树木危险点的检测设备，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取原始点云数据；其中，原始点云数据是通过对输电线路的预设区域内的树木进行测量得到；

去噪模块，用于对原始点云数据进行去噪后，生成第一点云数据；

分离模块，用于将第一点云数据中的地面点进行分离，生成第二点云数据；

生成模块，用于基于第二点云数据生成树木的CHM；

分割模块，用于对CHM进行单木分割，并确定单个树木的三维空间参数；

确定模块，用于基于三维空间参数、输电线路的三维空间位置以及预设的安全余量确定由于树倒导致危险的危险点。

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