CN115830234A - 一种输电线路建模用点云处理方法及处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种输电线路建模用点云处理方法，包括如下步骤：S1、采集激光点云数据总体结构，并在分析系统中加载采集到的海量激光点云数据；S2、根据输电线路航线范围需求，智能化选择区域切割加载的激光点云，将同一航线中的激光点云进行分类集中，建立坐标系；对激光点云数据进行去噪、拼接后，再将拼接后的激光点云数据转换到同一坐标系中；S3、激光点云数据经过去噪、拼接和转换到同一坐标系后，以杆塔和导线作为目标再次进行激光点云数据处理，利用激光点云数据拟合出包含杆塔的导线的输电线路模型，实现对建模用的激光点云的筛选。

Description

一种输电线路建模用点云处理方法及处理系统

技术领域

本发明具体涉及一种输电线路建模用点云处理方法及处理系统，属于点云数据处理技术领域。

背景技术

随着多旋翼无人机在电网的深度应用，衍生出一系列数字化电网的应用场景。近年，在输变电领域中提出输电线路巡检模式向以无人机为主的协调自主巡视模式转变，并逐年提高无人机自主巡检率的要求。在无人机自主巡检中，机载激光雷达以无人机为平台，发射的高频率激光脉冲具有一定穿透性，能够穿透茂密植被冠层，获取林下地形信息，非常适于狭长区域、植被覆盖、地形复杂区域的三维信息获取，这为数字电网建设和线路安全巡检等提供了强有力的技术支撑，其应用可覆盖线路走廊危险地物检测、电力线间距离的精细量测、输电线路三维可视化管理、输电线路增容分析、树木砍伐评估和管理等。通过三维点云数据处理技术将目标识别、点云分类、智能分析等应用于输电线路航线，达到对输电线路建模分析的目的，从而确定线路安全，但是，机载雷达获取的激光点云数据海量密集，信息丰富，数据量大，而目前针对海量的点云数据处理内存占用大，速度较慢，无法满足电力运维的需求。公开号为CN114639024A的专利“一种输电线路激光点云自动分类方法”，提出了一种快速分类算法，将输电线路档间点云数据自动分类为杆塔、电力线、植被、地面类别的整体思路及算法，利用高度差来衡量激光点云数据在空间分布上的连续性。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种输电线路建模海量点云处理方法，将点云数据转换到统一的坐标系中，加快点云加载处理速度，提高海量点云数据处理巡检目的。

本发明的技术方案如下：

本发明提供一种输电线路建模海量点云处理方法，包括如下步骤：

S1、采集激光点云数据总体结构，并在分析系统中加载采集到的海量激光点云数据；

S2、根据输电线路航线范围需求，智能化选择区域切割加载的激光点云，将同一航线中的激光点云进行分类集中，建立坐标系；对激光点云数据进行去噪、拼接后，再将拼接后的激光点云数据转换到同一坐标系中；

S3、激光点云数据经过去噪、拼接和转换到同一坐标系后，以杆塔和导线作为目标再次进行激光点云数据处理，利用激光点云数据拟合出包含杆塔的导线的输电线路模型，实现对建模用的激光点云的筛选。

进一步的，所述步骤S1中激光点云加载采用3dTiles的pnts格式为数据格式，同时采用Unity3D三维引擎解析pnts格式文件对激光点云数据进行组织。

进一步的，每一个激光点云数据pnts格式文件解析完成后，读取其中模型数据，采用分布式加载，确保在任意视角下可见范围内的倾斜摄影能同时加载，并通过LOD控制不同位置地形的精细度，使用分层细节HLOD来自适应地加载和优化3D激光点云模型。

进一步的，所述步骤S2中利用包围盒估算的方法实现激光点云智能化去噪，同时还通过导入桩位数据进行去噪。

进一步的，所述步骤S2中将从不同视角进行扫描得到的多个空间的，且经过去噪处理后的激光点云根据经纬度进行空间叠加实现拼接。

进一步的，所述步骤S2中将拼接后的激光点云数据根据经纬度进行空间转换后统一到同一坐标系中。

进一步的，所述步骤S3中杆塔拟合包括塔基标记、塔身标记和杆塔着色，然后进行标记着色完成杆塔的拟合。

进一步的，所述步骤S3中导线拟合包括新建导线、删除导线、智能化拟合、弧垂调整以及导线着色，选择导线两端点，利用导线悬链线方程拟合导线形态，并完成对导线的分类工作，对已拟合的导线，基于工况情况，实时模拟不同工况条件的导线状态。

本发明还提供一种输电线路建模用点云处理系统，包括：

工程管理模块，所述工程管理模块用于海量激光点云处理工程的新建、打开与保存；

点云加载模块，所述点云加载模块用于海量激光点云数据的加载；

视角漫游模块，所述视角漫游提供多角度查看和采集激光点云数据；

数据处理模块，用于对采集到的激光点云数据进行去噪、拼接处理，同时将多空间的激光点云数据转换到同一坐标中；

点云拟合模块，包括导线拟合模块和杆塔拟合模块；所述杆塔拟合模块用于在同一坐标系中采集到的关于杆塔的激光点云数据拟合输出杆塔；所述导线拟合模块用于在同一坐标系中采集到的关于导线的激光点云数据拟合输出导线；

筛选建模模块，用于实现导线与杆塔的结合，进而拟合构建输电线路模型，实现对建模用的激光点云的筛选。

相较于现有技术，本发明的有益效果在于：

1、本发明在采集激光点云数据时采集的是点云数据总体结构，再按照不同输电线路零件以及区域对数据进行分类、压缩，能够实现高度存储和快速加载显示，解决海量点云占用空间大，显示卡顿，渲染效果差问题，为点云的进一步应用提供基础。

2、本发明中数据加载时采用3dTiles的pnts格式作为点云加载的主要数据格式，采用Unity3D三维引擎解析pnts格式文件，对海量点云数据进行组织，单个点云数据pnts格式文件解析完成后，读取其中模型数据，采用分布式加载，确保在任意视角下可见范围内的倾斜摄影能同时加载，并通过LOD控制不同位置地形的精细度，使用分层细节HLOD来自适应地加载和优化3D点云模型。

3、本发明中在对海量激光点云数据进行预处理时，优先进行去噪，精简冗余数据，再将从不同视角进行扫描得到的多个空间点云进行拼接，增加空间点密度，增加精准度，最后对多个点云的统一坐标系统，测定控制点的坐标，处理扫描数据时，各点云数据均转换到统一的坐标系中，极大的加快点云加载处理速度，通过点云数据拟合导线和杆塔，并对输电线路障碍进行智能分析，提高海量点云数据处理巡检目的。

附图说明

图1为本发明中输电线路建模用点云处理方法的点云加载和除噪后示意图；

图2为本发明中输电线路建模用点云处理方法的导线拟合示意图；

图3为本发明中输电线路建模用点云处理方法的杆塔拟合示意图；

图4为本发明中输电线路建模用点云处理方法的障碍分析示意图；

图5为本发明中输电线路建模用点云处理方法的障碍前视示意图；

图6为本发明中输电线路建模用点云处理系统的模块示意图。

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他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。

实施例1

如图1至图5所示，一种输电线路建模用点云处理方法，包括如下步骤：

S1、采集激光点云数据总体结构，并在分析系统中加载采集到的海量激光点云数据；本实施例中激光点云加载采用3dTiles的pnts格式为主要数据格式，采用Unity3D三维引擎解析pnts格式文件，对激光点云数据进行坐标校准，通过层次细节模型、模型的属性数据、模型的层级数据，使得激光点云数据在空间坐标中进行叠加，增加精度，方便后续噪点去除；数据采集与加载后，每一个激光点云数据pnts格式文件解析完成后，读取其中模型数据，采用分布式加载，确保在任意视角下可见范围内的倾斜摄影能同时加载，并通过LOD控制不同位置地形的精细度，使用分层细节HLOD来自适应地加载和优化3D激光点云模型；

其中，3dTiles继承了gltf的优点：贴合图形渲染API的逻辑，对大规模的三维数据进行组织，包括层次细节模型、模型的属性数据、模型的层级数据等，3dTiles是一种规范，在规范的指导下，各种资源文件可以是独立存在于硬盘中的目录、文件，不记录模型数据，只记录各级Tile的逻辑关系，以及Tile自己的属性信息，从而大大提高点云加载速度，并减小存储压力，使用Unity3D三维引擎作为开发工具，所以需解析pnts格式文件，并生成三维模型来渲染；

S2、根据输电线路航线范围需求，智能化选择区域切割加载的激光点云，将同一航线中的激光点云进行分类集中，建立坐标系；利用包围盒估算的方法对激光点云数据进行去噪，包围盒估算为现有的用于三维空间的算法，因此适用于三维空间内的激光点云数据，经过估算后盒外的为噪点去除，同时导入桩位数据辅助去噪，根据杆塔大小，距离过远的激光点云作为噪点去除，再将从不同视角进行扫描得到的多个空间的且经过去噪处理后的激光点云根据经纬度进行空间叠加后实现拼接，再将拼接后的激光点云数据根据经纬度进行空降转换后统一到同一坐标系中；

S3、激光点云数据经过去噪、拼接和转换到同一坐标系后，以杆塔和导线作为目标再次进行激光点云数据处理，利用激光点云数据拟合出包含杆塔的导线的输电线路模型，实现对建模用的激光点云的筛选；在本实施例中要拟合出包含杆塔的导线的输电线路模型，需要依次进行杆塔拟合和杆塔间导线拟合，再将拟合的导线两端在同坐标的情况下与拟合的杆塔的等坐标点进行重叠，完成导线与杆塔的结合，最终拟合出包含杆塔的导线的输电线路模型；

其中，所述步骤S3中杆塔拟合包括塔基标记、塔身标记和杆塔着色，然后进行标记着色完成杆塔的拟合。

其中，所述步骤S3中导线拟合包括新建导线、删除导线、智能化拟合、弧垂调整以及导线着色，选择导线两端点，利用导线悬链线方程拟合导线形态，并完成对导线的分类工作，对已拟合的导线，基于工况情况，实时模拟不同工况条件的导线状态。

实施例2

如图6所示，一种输电线路建模用点云处理系统，包括：

工程管理模块，所述工程管理模块用于海量激光点云处理工程的新建、打开与保存；

点云加载模块，所述点云加载模块用于海量激光点云数据的加载；

视角漫游模块，所述视角漫游提供多角度查看和采集激光点云数据；

数据处理模块，用于对采集到的激光点云数据进行去噪、拼接处理，同时将多空间的激光点云数据转换到同一坐标中；

点云拟合模块，包括导线拟合模块和杆塔拟合模块；所述杆塔拟合模块用于在同一坐标系中采集到的关于杆塔的激光点云数据拟合输出杆塔；所述导线拟合模块用于在同一坐标系中采集到的关于导线的激光点云数据拟合输出导线；

筛选建模模块，用于实现导线与杆塔的结合，进而拟合构建输电线路模型，实现对建模用的激光点云的筛选。

实施例3

本实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明实施例1所述的输电线路建模用点云处理方法。

实施例4

本实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明实施例1所述的输电线路建模用点云处理方法。

本领域普通技术人员可以意识到，本文中公开的实施例中描述的各单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，任一功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory；以下简称：ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory；以下简称：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种输电线路建模用点云处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、采集激光点云数据总体结构，并在分析系统中加载采集到的海量激光点云数据；

S2、根据输电线路航线范围需求，智能化选择区域切割加载的激光点云，将同一航线中的激光点云进行分类集中，建立坐标系；对激光点云数据进行去噪、拼接后，再将拼接后的激光点云数据转换到同一坐标系中；

S3、激光点云数据经过去噪、拼接和转换到同一坐标系后，以杆塔和导线作为目标再次进行激光点云数据处理，利用激光点云数据拟合出包含杆塔的导线的输电线路模型，实现对建模用的激光点云的筛选。

2.如权利要求1所述的一种输电线路建模用点云处理方法，其特征在于：所述步骤S1中激光点云加载采用3dTiles的pnts格式为数据格式，同时采用Unity3D三维引擎解析pnts格式文件对激光点云数据进行组织。

3.如权利要求2所述的一种输电线路建模用点云处理方法，其特征在于：每一个激光点云数据pnts格式文件解析完成后，读取其中模型数据，采用分布式加载，确保在任意视角下可见范围内的倾斜摄影能同时加载，并通过LOD控制不同位置地形的精细度，使用分层细节HLOD来自适应地加载和优化3D激光点云模型。

4.如权利要求1所述的一种输电线路建模用点云处理方法，其特征在于：所述步骤S2中利用包围盒估算的方法实现激光点云智能化去噪，同时还通过导入桩位数据进行去噪。

5.如权利要求1所述的一种输电线路建模用点云处理方法，其特征在于：所述步骤S2中将从不同视角进行扫描得到的多个空间的，且经过去噪处理后的激光点云根据经纬度进行空间叠加实现拼接。

6.如权利要求1所述的一种输电线路建模用点云处理方法，其特征在于：所述步骤S2中将拼接后的激光点云数据根据经纬度进行空间转换后统一到同一坐标系中。

7.如权利要求1所述的一种输电线路建模用点云处理方法，其特征在于：所述步骤S3中杆塔拟合包括塔基标记、塔身标记和杆塔着色，然后进行标记着色完成杆塔的拟合。

8.如权利要求1所述的一种输电线路建模用点云处理方法，其特征在于：所述步骤S3中导线拟合包括新建导线、删除导线、智能化拟合、弧垂调整以及导线着色，选择导线两端点，利用导线悬链线方程拟合导线形态，并完成对导线的分类工作，对已拟合的导线，基于工况情况，实时模拟不同工况条件的导线状态。

9.一种输电线路建模用点云处理系统，其特征在于，包括：

工程管理模块，所述工程管理模块用于海量激光点云处理工程的新建、打开与保存；

点云加载模块，所述点云加载模块用于海量激光点云数据的加载；

视角漫游模块，所述视角漫游提供多角度查看和采集激光点云数据；

数据处理模块，用于对采集到的激光点云数据进行去噪、拼接处理，同时将多空间的激光点云数据转换到同一坐标中；

点云拟合模块，包括导线拟合模块和杆塔拟合模块；所述杆塔拟合模块用于在同一坐标系中采集到的关于杆塔的激光点云数据拟合输出杆塔；所述导线拟合模块用于在同一坐标系中采集到的关于导线的激光点云数据拟合输出导线；

筛选建模模块，用于实现导线与杆塔的结合，进而拟合构建输电线路模型，实现对建模用的激光点云的筛选。

Images