CN115525727A - 一种敏捷型输电线路点云建模与分析系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种敏捷型输电线路点云建模与分析系统，包括空间分析单元和动态模型优化处理单元，其特征在于：所述空间分析单元基于MapGIS平台将输电线路走廊区域GIS图层数据导入并与生产运行系统平台通过数据交互端口连接，实现空间分析模块轻量化；所述的动态模型优化处理单元调用空间分析单元的库函数，兼容Las、ASC、Dat格式的数据，将点云数据转化为对应的DEM、DOM或DSM切片图层，采用平滑滤波算法对转化后LADRA/LiDAR点云数据进行去噪处理；空间分析单元和动态模型优化处理单元部署方式为私有云简易嵌入方式。本发明可实现线路走廊环境及输电线路包含动态量的三维模型的快速生成，提升输电线路运行工况模拟的精度。
Description
技术领域
本发明属于高压输电线路GIS空间分析技术领域，具体涉及一种敏捷型输电线路点云建模与分析系统。
背景技术
在“双碳”背景下，输电线路安全、稳定、经济运行的重要度异常凸显，同时随着输电及配电线路等电网设备的高速增长，输电线路运行、调控、检修维护等日益复杂，设备故障造成电网的非计划停运，不仅会使得电力供应的进一步紧张，而且也会造成较大的经济损失。
为适应输电线路状态评价智慧化、敏捷化的要求，建立包含状态量的输电线路走廊动态三维模型技术已成为行业关注的焦点。基于GIS系统，将三维激光扫描结合可见光影像数据，同时辅以输电线路传感器回传的状态量数据叠加可以有效解决上述问题，尤其是其获取的点云数据，可以提供线路检测需要详细信息，并为动态三维建模提供支撑。
由于历史原因及技术条件的限制，因输电线路因覆盖区域广泛在输电线路三维展现中通常采用数字化图纸移交、后期3D建模及激光点云等方式扫描建立静态模型，采用大后台方式实施，缺乏敏捷型、轻量化且融合动态状态参量的模型，进而难以建立有效的、符合生产实际的输电线路三维数字模型，亦难以开展高级辅助分析功能。
随着科技的不断发展与进步，新的数据获取手段与融合方式以及三维模拟、实物重构、虚拟现实等理论迅速发展，GIS空间分析应用得到了强化，融合输电线路走廊环境、线路系统状态量的海量数据为输电线路工况分析提供了新的思路。
因此，为了解决上述问题，本文提出一种敏捷型输电线路点云建模与分析系统。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明设计了本发明的有益效果是采用成熟国产GIS平台二次开发的敏捷性部署模块可有效提升点云建模分析的效率，系统通过平滑滤波算法对点云数据进行去噪处理并采用多元线性回归法对输电线路回传数据建模，可实现线路走廊环境及输电线路包含动态量的三维模型的快速生成，提升输电线路运行工况模拟的精度。
为了达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现的：一种敏捷型输电线路点云建模与分析系统，包括空间分析单元和动态模型优化处理单元，其特征在于：所述空间分析单元基于MapGIS平台将输电线路走廊区域GIS图层数据导入并与生产运行系统平台通过数据交互端口连接，实现空间分析模块轻量化；所述的动态模型优化处理单元调用空间分析单元的库函数，兼容Las、ASC、Dat格式的数据，将点云数据转化为对应的DEM、DOM或DSM切片图层，采用平滑滤波算法对转化后LADRA/LiDAR点云数据进行去噪处理；空间分析单元和动态模型优化处理单元部署方式为私有云简易嵌入方式。
进一步的，所述去噪处理包括以下步骤：
(1)选择待处理点云数据的对应测区的参考底图，使用L0范数平滑滤波提取底图的低频色彩信息以及目标片的高频细节信息；
(2)使用改进的IHS融合算法，实现多通道对多通道数据的融合；其中，将二维RGB影像转为IHS色彩影像按公式(1)-(3)实施；
I＝(R+G+B)/3
(1)
多元线性回归法对输电线路回传数据建模是指对线路工况回传的参数包括线路拉力、温度、载流量通过光纤信号调制解调器后进行数据整合并记录到数据库，采用公式(4)对数据模型进行优化：
式(4)中Xi、Yi分别为自变量解释因变量Y1；βk分别为自变量Xk的系数，ε为误差。
本发明的有益效果是：
一种敏捷型输电线路点云建模与分析系统，其采用成熟国产GIS平台MapGIS进而二次开发，使用平滑滤波算法对点云数据进行去噪处理，考虑到输电线路走廊GIS平台应用的灵活性，将机载LADRA/LiDAR点云数据及可见光影像数据生成DSM图层切片后进行叠加，同时应用多元线性回归法对输电线路回传数据建模，实现线路走廊环境及输电线路包含动态量的三维模型的快速生成，提升输电线路运行工况模拟分析的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明敏捷型输电线路点云建模与分析系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参阅图1所示，一种敏捷型输电线路点云建模与分析系统，本发明由基于MapGIS平台SDK包二次开发的空间分析单元、动态模型优化处理单元两部分组成，部署方式为私有云简易嵌入方式；其中：
空间分析单元基于MapGIS平台将输电线路走廊区域GIS图层数据导入并与生产运行系统平台通过数据交互端口连接，实现空间分析模块轻量化；
动态模型优化处理单元调用空间分析单元的库函数，兼容Las、ASC、Dat格式的数据，将点云数据转化为对应的DEM、DOM或DSM切片图层，采用平滑滤波算法对转化后LADRA/LiDAR点云数据进行去噪处理：实施原理如下：
首先选择待处理点云数据的对应测区的参考底图，使用L0范数平滑滤波提取底图的低频色彩信息以及目标片的高频细节信息；
使用改进的IHS融合算法，实现多通道对多通道数据的融合。其中，将二维RGB影像转为IHS色彩影像按公式(1)-(3)实施。
I＝(R+G+B)/3
(1)
本发明所述的多元线性回归法对输电线路回传数据建模是指对线路工况回传的参数包括线路拉力、温度、载流量通过光纤信号调制解调器后进行数据整合并记录到数据库，采用公式(4)对数据模型进行优化：
式(4)中Xi、Yi分别为自变量解释因变量Y1；βk分别为自变量Xk的系数，ε为误差。
本发明所述的输电线路点云模型与分析的其输入量为包括输电线路走廊环境数据、走廊范围的机载LADRA/LiDAR点云数据及可见光影像、线路运行温度、导线拉应力(Mpa)、载流量等信息。
实施例2
一种敏捷型输电线路点云建模与分析系统，其技术特点敏捷性部署并利用平滑滤波算法处理模型数据，辅以输电线路走廊环境数据及线路重要工况数据对动态模型进行校核，提升模型的精度。具体实施流程如下：
(1)基于MapGIS的SDK包，构建可解读并矢量化操作的二维GIS延申功能，采用云部署的方式嵌入生产分析系统作为空间分析单元的基础，数据传输按生产系统规约设计数据端口；
(2)利用三维激光LADAR设备所配备的数据前处理软件初步筛选形成LAS格式的数据，通过调用空间分析单元的库函数将点云数据转化为对应的DEM、DOM或DSM切片图层；
(3)采用平滑滤波算法对转化后LADRA/LiDAR点云数据进行去噪处理，并GIS系统的三维地图进行叠加运算，实现其基本功用。
(4)对线路工况回传的参数包括线路拉力、温度、载流量通过光纤信号调制解调器后进行数据整合并记录到数据库，结合线路走廊环境实时监测数据，采用多元线性回归法构建包含状态量的三维动态模型。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (2)
1.一种敏捷型输电线路点云建模与分析系统，包括空间分析单元和动态模型优化处理单元，其特征在于：所述空间分析单元基于MapGIS平台将输电线路走廊区域GIS图层数据导入并与生产运行系统平台通过数据交互端口连接，实现空间分析模块轻量化；所述的动态模型优化处理单元调用空间分析单元的库函数，兼容Las、ASC、Dat格式的数据，将点云数据转化为对应的DEM、DOM或DSM切片图层，采用平滑滤波算法对转化后LADRA/LiDAR点云数据进行去噪处理；空间分析单元和动态模型优化处理单元部署方式为私有云简易嵌入方式。
2.根据权利要求1所述的一种敏捷型输电线路点云建模与分析系统，其特征在于，所述去噪处理包括以下步骤：
(1)选择待处理点云数据的对应测区的参考底图，使用L0范数平滑滤波提取底图的低频色彩信息以及目标片的高频细节信息；
(2)使用改进的IHS融合算法，实现多通道对多通道数据的融合；其中，将二维RGB影像转为IHS色彩影像按公式(1)-(3)实施；
I＝(R+G+B)/3
(1)
多元线性回归法对输电线路回传数据建模是指对线路工况回传的参数包括线路拉力、温度、载流量通过光纤信号调制解调器后进行数据整合并记录到数据库，采用公式(4)对数据模型进行优化：
式(4)中Xi、Yi分别为自变量解释因变量Y1；βk分别为自变量Xk的系数，ε为误差。
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