CN117314164A - 一种基于三维建模的输电线路关键工序分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种基于三维建模的输电线路关键工序分析方法，属于三维建模技术领域。所述基于三维建模的输电线路关键工序分析方法包括：获取输电线路施工区域的倾斜摄影点云数据；根据所述倾斜摄影点云数据，生成倾斜摄影测量模型；将所述倾斜摄影测量模型与预设的输电线路网格信息模型进行融合，得到综合模型，其中，所述综合模型包括所述输电线路区域的地形信息和线路参数；根据所述综合模型，构建输电线路的虚拟施工场景；在所述输电线路的虚拟施工场景中，对关键工序下的输电线路施工进行安全分析，生成分析结果。本申请可以有效降低输电线路的施工风险。

Description

一种基于三维建模的输电线路关键工序分析方法
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，具体地涉及一种基于三维建模的输电线路关键工序分析方法。
背景技术
电力输电线路作为电网系统的重要组成部分，以高压、超高压和特高压为主导的大容量输电线路已成为电网输电的主力。电力输电线路施工安装包括土石方、基础、杆塔、架线、接地装置等五大工序，各工序之间相互影响，因此在施工前需要做好充分调查工作、进行施工复测确认、施工中需要对施工过程和工艺严格把控，以确保施工顺利进行。
然而由于输电线路的工序较为复杂，且施工地点周围的障碍物对施工的影响难以预测，随着输电线路工程数量不断增多，河流、山脉、树林、池塘、稻田、高速公路、铁路等对输电线路工程影响越来越大，输电线路施工环境越来越复杂，在现有技术中，往往通过技术人员根据经验判断施工地点周围的障碍物的影响，存在很大的施工风险。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种基于三维建模的输电线路关键工序分析方法，用于有效降低输电线路的施工风险。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种基于三维建模的输电线路关键工序分析方法，包括：
获取输电线路施工区域的倾斜摄影点云数据；
根据所述倾斜摄影点云数据，生成倾斜摄影测量模型；
将所述倾斜摄影测量模型与预设的输电线路网格信息模型进行融合，得到综合模型，其中，所述综合模型包括所述输电线路区域的地形信息和线路参数；
根据所述综合模型，构建输电线路的虚拟施工场景；
在所述输电线路的虚拟施工场景中，对关键工序下的输电线路施工进行安全分析，生成分析结果。
可选的，所述将所述倾斜摄影测量模型与预设的输电线路网格信息模型进行融合，得到综合模型，包括：
根据所述输电线路网格信息模型，获取网格点云数据；
对所述倾斜摄影点云数据和所述网格数据进行点云配准，得到配准结果；
根据所述配准结果对所述输电线路网格信息模型中的网格数据的坐标进行调整；
将网格坐标调整后的所述输电线路网格信息模型与所述倾斜摄影测量模型进行纹理映射、属性关联和几何融合，得到包括所述输电线路区域的地形信息和线路参数的综合模型。
可选的，所述对所述倾斜摄影点云数据和所述网格点云数据进行点云配准，得到配准结果，包括：
对所述倾斜摄影点云数据和所述网格点云数据进行粗配准；
对粗配准后的所述倾斜摄影点云数据和所述网格点云数据进行精配准，得到所述配准结果。
可选的，所述对所述倾斜摄影点云数据和所述网格点云数据进行粗配准，包括：
对所述倾斜摄影点云数据和所述网格点云数据进行预处理；
采用LOF因子算法对预处理后的所述倾斜摄影点云数据和所述网格点云数据进行去噪过滤；
计算去噪过滤后的所述倾斜摄影点云数据和所述网格点云数据的局部特征；
采用预设的配准算法计算所述倾斜摄影点云数据和所述网格点云数据的局部特征的变换矩阵；
基于所述变换矩阵，采用迭代终止旋转坐标算法对所述倾斜摄影点云数据和所述网格点云数据进行粗配准。
可选的，所述对粗配准后的所述倾斜摄影点云数据和所述网格点云数据进行精配准，得到所述配准结果，包括。
根据粗配准后的所述倾斜摄影点云数据，构建三维R树；
将粗配准后的所述网格点云数据逐一插入至所述三维R树中；
对于每个所述网格点云数据，通过查询所述三维R树，得到对应的倾斜摄影点云数据，并建立每个所述网格点云数据与对应的所述倾斜摄影点云数据的点对关系；
计算每个所述点对关系的方向特征，并基于方向向量角度阈值，筛除大于或等于所述方向向量角度阈值的点对关系；
将小于所述方向向量角度阈值的点对关系作为所述配准结果。
可选的，所述根据所述综合模型，构建输电线路的虚拟施工场景，包括：
根据所述综合模型的地形信息，构建地形模型；
根据所述综合模型的线路参数，在所述地形模型上，构建输电线路模型，得到场景模型；
设置所述场景模型的施工参数，得到输电线路的虚拟施工场景。
可选的，所述关键工序包括跨越架搭设，所述在所述输电线路的虚拟施工场景中，对关键工序下的输电线路施工进行安全分析，生成分析结果，包括：
在所述输电线路的虚拟施工场景中，获取在目标气象条件下输电线路与地表构筑物的安全距离；
在所述安全距离大于预设的标准安全距离的情况下，确定在所述跨越架搭设下输电线路施工安全，并生成安全分析结果；
在所述安全距离小于或等于所述标准安全距离的情况下，确定在所述跨越架搭设下输电线路施工危险，并生成危险分析结果。
可选的，所述在所述输电线路的虚拟施工场景中，对关键工序下的输电线路施工进行安全分析，生成分析结果，还包括：
在所述输电线路的虚拟施工场景中，根据所述输电线路网格信息模型，获取预设牵张段线路中的施工数据；
根据所述施工数据，构建输电线路交叉跨越的空间模型；
根据所述输电线路交叉跨越的空间模型，生成所述跨越架搭设下输电线路施工的安全交叉跨越距离；
将所述安全交叉跨越距离作为所述分析结果进行生成。
可选的，所述关键工序还包括吊装作业，所述在所述输电线路的虚拟施工场景中，对关键工序下的输电线路施工进行安全分析，生成分析结果，包括：
在所述输电线路的虚拟施工场景中，获取吊装作业的作业信息和所述吊装作业中吊装模型的模型数据；
根据所述作业信息，确定所述吊装作业中吊装机械的移动轨迹和位置；
基于所述模型数据和所述吊装机械的移动轨迹和位置进行碰撞分析，确定所述吊装机械的站位区域和最佳站位点；
将所述站位区域和所述最佳站位点作为所述分析结果进行生成。
可选的，所述基于所述模型数据和所述吊装机械的移动轨迹和位置进行碰撞分析，确定所述吊装机械的站位区域和最佳站位点，包括：
根据所述模型数据和所述吊装机械的移动轨迹和位置，构建碰撞检测模型；
执行循环步骤，至所述吊装机械在仿真站位区域内未出现碰撞现象；
若所述吊装机械在所述仿真站位区域内未出现碰撞现象，确定所述仿真站位区域为所述吊装机械的站位区域；
在所述站位区域内，根据所述碰撞检测模型，确定所述吊装机械的最佳站位点；
其中，所述循环步骤包括：
定义所述吊装机械模型的仿真站位区域；
基于所述碰撞检测模型，遍历所述输电线路的虚拟施工场景中的其他模型，逐一与所述站位区域内的所述吊装机械模型进行碰撞检测；
根据所述碰撞检测的结果，确定所述吊装机械是否在所述站位区域内出现碰撞现象；
在出现碰撞现象的情况下，重新定义所述吊装机械模型的仿真站位区域。
通过上述技术方案，通过获取输电线路施工区域的倾斜摄影点云数据，并生成倾斜摄影测量模型，用于获得高精度的地形和地貌信息；将倾斜摄影测量模型与预设的输电线路网格信息模型进行融合，得到综合模型，用于构建输电线路的虚拟施工场景；通过虚拟施工场景，用于模拟和仿真不同工序的施工过程；在虚拟施工场景中，对关键工序下的输电线路施工进行安全分析，便于评估施工过程中的潜在风险和安全问题，输出的分析结果便于确保输电线路施工的安全性和可靠性。；综上所述，本申请实施例可以通过构建的虚拟的施工场景确定施工地点周围的障碍物，且可以自动生成分析结果，无需技术人员根据经验判断施工地点周围的障碍物的影响，有效降低了施工风险。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1是本申请实施例提供的一种基于三维建模的输电线路关键工序分析方法的整体流程图。
图2是本申请实施例提供的一种基于三维建模的输电线路关键工序分析方法的悬链线模型。
图3是本申请实施例提供的一种基于三维建模的输电线路关键工序分析方法的输电线路交叉跨越的空间模型。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的一种基于三维建模的输电线路关键工序分析方法进行详细地说明。
本申请实施例公开一种基于三维建模的输电线路关键工序分析方法。
参照图1，一种基于三维建模的输电线路关键工序分析方法包括如下步骤：
S101、获取输电线路施工区域的倾斜摄影点云数据。
输电线路施工区域的倾斜摄影点云数据基于无人机倾斜摄影得到，无人机倾斜摄影是一种利用无人机搭载倾斜摄影仪器进行航测的技术，具体的，倾斜摄影仪器包括多个相机和激光扫描仪，用于获取输电线路施工区域的三维点云数据即倾斜摄影点云数据。
S102、根据倾斜摄影点云数据，生成倾斜摄影测量模型。
在得到倾斜摄影点云数据后，本实施例中，可以对倾斜摄影点云数据首先进行数据预处理，包括去除噪声、滤波、配准等，用于将倾斜摄影点云数据进行清洗和校正，以提高后续数据处理的准确性和可靠性。
根据倾斜摄影点云数据，可以通过地面提取算法提取出地面点云数据，并根据地面点云数据生成倾斜摄影测量模型。具体的，地面提取算法用于从点云数据中提取地面点云。在倾斜摄影中，地面点云包括地面上的地物，如建筑物、道路等，而非地面点云包含了地面上的障碍物、植被等，地面提取算法可以为机器学习算法，例如支持向量机(SVM)、随机森林(Random Forest)等。
在提取到地面点云后，基于预设的模型生成工具，生成倾斜摄影测量模型，倾斜摄影测量模型用于描述和表示输电线路区域的地面和地物的三维形态和特征。
S103、将倾斜摄影测量模型与预设的输电线路网格信息模型进行融合，得到综合模型，其中，综合模型包括输电线路区域的地形信息和线路参数。
本实施例中，综合模型包括输电线路区域的地形信息和线路参数，地形信息包括地面高度、地面起伏、地形变化等，用于展示输电线路所处的地理环境和地形特征；线路参数指输电线路的相关参数和属性信息，包括但不限于导线的材质、直径、电气特性、绝缘子的类型、支架的高度、形状、连接方式等。综合模型为倾斜摄影测量模型与预设的输电线路网格信息模型融合得到，其中，输电线路网格信息模型是用于描述和表示输电线路的拓扑结构和属性的模型，用于表示输电线路的支架、导线、绝缘子等组成部分，并记录其位置、形状、连接关系、电气属性等信息。
具体的，将倾斜摄影测量模型和输电线路网格信息模型进行配准，以确保两者在空间上对应一致，即可实现倾斜摄影测量模型与预设的输电线路网格信息模型的融合。可以采用点云配准算法、特征匹配算法等算法进行配准。
S104、根据综合模型，构建输电线路的虚拟施工场景。
本实施例中，将综合模型导入预设的虚拟施工场景的软件平台或引擎，并在虚拟施工场景中布置地形、环境和其他相关元素，根据综合模型中的线路参数，在虚拟施工场景中布置输电线路，即可构建输电线路的虚拟施工场景。
S105、在输电线路的虚拟施工场景中，对关键工序下的输电线路施工进行安全分析，生成分析结果。
输电线路的施工的工序包括土石方工序、基础工序、杆塔工序、架线工序、接地装置工序等，其中，土石方工序指在输电线路施工前，对输电线路所经过的地形进行土方开挖和填方的工作，以便于调整地形，使其适应输电线路的布置；基础工序指为输电线路的杆塔建立基础，需要基础的测量、挖掘和混凝土浇筑等工作；杆塔工序指对输电线路的杆塔进行杆塔的运输、吊装和组装等工作；架线工序指将导线和绝缘子等组成部分安装在杆塔上，形成完整的输电线路；接地装置工序指为输电线路的杆塔和设备建立接地系统，用于保障线路的安全运行。
其中本实施例中关键工序包括架线工序中的跨越架搭设、吊装作业等。
在构建虚拟施工场景后，为了确保施工的安全进行，本实施例对关键工序下的输电线路施工进行安全分析，即用于确定输电线路施工是否安全，分析结果用于展示输电线路施工时可能出现的问题或确定施工安全与否，以便于施工人员基于分析结果进行输电线路施工，保障了输电线路施工的安全性和可靠性。
本实施例提供的基于三维建模的输电线路关键工序分析方法，通过获取输电线路施工区域的倾斜摄影点云数据，并生成倾斜摄影测量模型，用于获得高精度的地形和地貌信息；将倾斜摄影测量模型与预设的输电线路网格信息模型进行融合，得到综合模型，用于构建输电线路的虚拟施工场景；通过虚拟施工场景，用于模拟和仿真不同工序的施工过程；在虚拟施工场景中，对关键工序下的输电线路施工进行安全分析，便于评估施工过程中的潜在风险和安全问题，输出的分析结果便于确保输电线路施工的安全性和可靠性。；综上，本申请实施例可以通过构建的虚拟的施工场景确定施工地点周围的障碍物，且可以自动生成分析结果，无需技术人员根据经验判断施工地点周围的障碍物的影响，有效降低了施工风险。
在本实施例的其中一种实施方式中，将倾斜摄影测量模型与预设的输电线路网格信息模型进行融合，得到综合模型，包括如下步骤：
S201、根据输电线路网格信息模型，获取网格点云数据。
本实施例中，输电线路网格信息模型是一种用于描述输电线路结构和参数的数学模型，以网格的形式表示输电线路的形状、位置和连接关系，并包含线路的各种参数信息，故可基于输电线路网格信息模型，获取得到网格点云数据。
S202、对倾斜摄影点云数据和网格数据进行点云配准，得到配准结果。
点云配准指将两个或多个点云数据集对齐，使两个或多个点云数据集在同一坐标系下具有一致的位置和朝向，用于使点云数据集在三维空间中重叠或对齐。可以使用最小二乘法或RANSAC算法等，对点云数据之间的位姿变换进行初始位姿估计，并优化位姿变换，使点云数据集的重叠区域最大化，实现倾斜摄影点云数据和网格数据的点云配准。
配准结果本实施例中指点云数据之间的位置和朝向，用于表示点云数据是否配准。
S203、根据配准结果对输电线路网格信息模型中的网格数据的坐标进行调整。
在配准结果为未配准的情况下，则对输电线路网格信息模型中网格数据的网格坐标进行调整，使输电线路网格信息模型中网格数据的网格坐标与对应的点云数据进行对齐配准。
S204、将网格坐标调整后的输电线路网格信息模型与倾斜摄影测量模型进行纹理映射、属性关联和几何融合，得到包括输电线路区域的地形信息和线路参数的综合模型。
由于倾斜摄影测量模型在输电线路上存在模型缺失和扭曲现象，无法直观地获取完整的地形信息，且输电线路网格信息模型缺乏倾斜摄影模型的直观性，故将输电线路网格信息模型与倾斜摄影测量模型进行融合。
纹理映射指将倾斜摄影测量模型中的影像数据与调整后的网格数据进行纹理映射，将影像数据投影到网格表面上。具体的，通过将影像像素与网格顶点或网格单元进行对应，将影像数据贴合到网格表面上。
属性关联指根据倾斜摄影测量模型中的属性数据，如颜色、纹理、反射率等，将属性数据与调整后的网格数据进行关联。具体的，通过将属性数据与网格顶点或网格单元进行对应，将属性数据赋予网格表面。
几何融合指将调整后的网格数据与倾斜摄影测量模型中的几何数据进行融合，以获取综合的地形信息和线路参数模型。具体的，通过将网格数据与倾斜摄影测量模型中的点云数据进行融合，将点云数据的高程信息与网格数据的拓扑结构相结合，即可得到包括输电线路区域的地形信息和线路参数的综合模型。
需要说明的是，可以使用计算机视觉和图形处理技术，如纹理映射算法、属性插值算法和几何融合算法等实现综合模型的生成。
本实施方式通过将输电线路网格信息模型与倾斜摄影测量模型进行融合，得到包括输电线路区域的地形信息和线路参数的综合模型，用于解决倾斜摄影测量模型在输电线路上存在模型缺失、扭曲的问题，综合输电线路网格信息模型与倾斜摄影测量模型的优势，使得融合后的综合模型同时具备准确的地形信息和直观的线路设计信息，更全面地描述输电线路的特征和参数。
在本实施例的其中一种实施方式中，对倾斜摄影点云数据和网格点云数据进行点云配准，得到配准结果，包括如下步骤：
S301、对倾斜摄影点云数据和网格点云数据进行粗配准。
在进行倾斜摄影点云数据和网格点云数据的配准之前，首先对倾斜摄影点云数据和网格点云数据进行初步的粗略对齐。具体的，可以通过首先选择一部分特征点，使用预设的粗配准算法，将特征点进行匹配，估计得到初始的变换矩阵，根据初始变换矩阵，对网格点云数据进行变换即可对倾斜摄影点云数据和网格点云数据进行粗配准。
S302、对粗配准后的倾斜摄影点云数据和网格点云数据进行精配准，得到配准结果。
对粗配准后的倾斜摄影点云数据和网格点云数据进行精配准表示在粗配准的基础上，进一步对粗配准后的倾斜摄影点云数据和网格点云数据进行更精确的对齐，以获得更准确的配准结果。
具体的，可以采用预设的点云匹配算法对粗配准后的倾斜摄影点云数据和网格点云数据进行精配准，即可得到配准结果。
本实施方式首先对倾斜摄影点云数据和网格点云数据进行粗配准，并对粗配准后的倾斜摄影点云数据和网格点云数据进行精配准，以便于得到更准确的配准结果，便于后续进行数据融合。
在本实施例的其中一种实施方式中，对倾斜摄影点云数据和网格点云数据进行粗配准，包括如下步骤：
S401、对倾斜摄影点云数据和网格点云数据进行预处理。
本实施例中，对倾斜摄影点云数据和网格点云数据进行预处理的步骤可以为数据清洗、数据滤波和数据采样，即首先对倾斜摄影点云数据和网格点云数据进行数据清洗，以去除可能存在的无效或噪声点；对倾斜摄影点云数据和网格点云数据进行数据滤波，以减少点云数据中的噪声和不规则性，提高数据的质量和准确性；最后对倾斜摄影点云数据和网格点云数据进行数据采样，数据采样可以通过随机采样、网格采样或体素采样等实现，使得采样后的数据可以更快地进行计算和处理，同时保留数据的主要特征。
S402、采用LOF因子算法对预处理后的倾斜摄影点云数据和网格点云数据进行去噪过滤。
LOF(Local Outlier Factor)因子算法用于检测局部离群点，用于识别数据集中的异常数据点。具体的，LOF算法的基本思想是通过比较每个数据点与其周围邻近点的密度来确定其异常程度。具体来说，对于每个数据点，计算其与其k个最近邻点的密度比值，即局部可达密度(Local Reachability Density，LRD)，通过计算该数据点的LOF值，表示其相对于其邻近点的离群程度，LOF值越大，表示该数据点越可能是一个离群点，LOF算法通过比较数据点的LOF值来识别离群点，将LOF值大于某个阈值的数据点标记为离群点。
首先通过LOF因子算法识别并过滤出离群点，即可对预处理后的倾斜摄影点云数据和网格点云数据进行去噪过滤。
S403、计算去噪过滤后的倾斜摄影点云数据和网格点云数据的局部特征。
在进行去噪过滤后，可以计算去噪后的倾斜摄影点云数据和网格点云数据的局部特征。局部特征用于表示数据的局部形状和结构信息。具体的，局部特征可以为法线向量法、邻域特征法等，其中，计算每个点的法线向量可以提供点云数据的表面方向信息即局部特征，通过最近邻法或基于曲面拟合的方法计算每个点的法线向量；计算每个点的邻近点的特征亦可以获取局部特征，每个点的邻近点的特征包括平均距离、标准差、最大距离等。
S404、采用预设的配准算法计算倾斜摄影点云数据和网格点云数据的局部特征的变换矩阵。
本实施例中，配准算法为SAC-IA(Sample Consensus Initial Alignment)算法，用于估计两个点云之间的初始变换矩阵，即计算倾斜摄影点云数据和网格点云数据的局部特征的变换矩阵。
S405、基于变换矩阵，采用迭代终止旋转坐标算法对倾斜摄影点云数据和网格点云数据进行粗配准。
迭代终止旋转坐标算法(Iterative Closest Point with Termination onRotation and Coordinate，ICP-TRIC)是一种点云配准算法，用于估计两个点云之间的最佳刚体变换。
具体的，基于变换矩阵，采用迭代终止旋转坐标算法对倾斜摄影点云数据和网格点云数据进行粗配准的步骤，包括：
初始化变换矩阵：选择一个初始的变换矩阵作为估计的刚体变换。
迭代配准：使用迭代终止旋转坐标算法，对倾斜摄影点云数据和网格点云数据进行配准操作。在每次迭代中，执行以下步骤：
a.对于倾斜摄影点云数据中的每个点，通过寻找网格点云数据中与其最近的点来建立点对。
b.使用点对来计算最佳的刚体变换矩阵。
c.判断当前的旋转和坐标变换是否满足终止条件，例如旋转角度小于阈值或坐标变换的差异小于阈值。
d.如果不满足终止条件，将计算得到的刚体变换应用于倾斜摄影点云数据，并更新其位置。
e.重复步骤a至d，直至满足终止条件。
需要说明的是，本申请实施例的粗配准是用于为精配准提供更好的点云初始姿态。
本实施方式通过粗配准，使倾斜摄影点云数据和网格点云数据在初步配准的基础上更加准确地对齐。
在本实施例的其中一种实施方式中，对粗配准后的倾斜摄影点云数据和网格点云数据进行精配准，得到配准结果，包括如下步骤：
S501、根据粗配准后的倾斜摄影点云数据，构建三维R树。
三维R树是一种空间索引结构，用于组织和管理三维空间中的对象，其将空间中的对象划分为不相交的边界框，并按照一定的规则构建树结构，每个节点都代表一个边界框，叶子节点存储实际的数据对象，而非叶子节点存储子节点的边界框信息。
根据粗配准后的倾斜摄影点云数据，构建三维R树索引结构用于提高倾斜摄影点云数据的查询效率和空间分析的速度。
S502、将粗配准后的网格点云数据逐一插入至三维R树中。
通过逐一插入网格点云数据到三维R树中，可以构建一个高效的索引结构，用于快速查询和空间分析。
S503、对于每个网格点云数据，通过查询三维R树，得到对应的倾斜摄影点云数据，并建立每个网格点云数据与对应的倾斜摄影点云数据的点对关系。
通过查询三维R树，即可得到与每个网格点云数据对应的倾斜摄影点云数据。具体的，可以使用网格点云数据的边界框或坐标作为查询条件，在三维R树中进行范围查询，得到对应的倾斜摄影点云数据。
将每个网格点云数据与对应的倾斜摄影点云数据建立点对关系，本实施例中采用点云数据的ID或其他唯一标识符来进行匹配和关联。点对关系是指每个网格点云数据与对应的倾斜摄影点云数据之间的对应关系，例如方向向量角度。
S504、计算每个点对关系的方向特征，并基于方向向量角度阈值，筛除大于或等于方向向量角度阈值的点对关系。
通过计算点云数据的局部特征，例如法线向量、曲率等得到每个点对关系的方向特征，通过计算网格点云数据与对应的倾斜摄影点云数据的法线向量之间的角度，得到方向向量的角度。
若点对关系大于或等于方向向量角度阈值，表明此点对关系不符合条件，此时筛除此点对关系。
S505、将小于方向向量角度阈值的点对关系作为配准结果。
本实施方式对网格点云数据与倾斜摄影点云数据进行精配准，以便于后续进行更好的数据融合。
在本实施例的其中一种实施方式中，根据综合模型，构建输电线路的虚拟施工场景，包括如下步骤：
S601、根据综合模型的地形信息，构建地形模型。
地形信息包括地面高度、地面起伏、地形变化等，用于展示输电线路所处的地理环境和地形特征，采用预设的模型构建工具，根据地形信息，构建地形模型。
S602、根据综合模型的线路参数，在地形模型上，构建输电线路模型，得到场景模型。
线路参数指输电线路的相关参数和属性信息，包括但不限于导线的材质、直径、电气特性、绝缘子的类型、支架的高度、形状、连接方式等，采用预设的模型构建工具，根据线路参数，在地形模型上，构建输电线路模型，得到场景模型。
S603、设置场景模型的施工参数，得到输电线路的虚拟施工场景。
根据关键工序下的输电线路施工要求，设置虚拟施工场景的施工参数，如工程设备、施工人员、施工时间等，以模拟真实的施工场景，设置场景模型的施工参数后，即得到输电线路的虚拟施工场景。
本实施方式构建的输电线路的虚拟施工场景用于模拟真实的施工场景，实现了施工场景的可视化。
在本实施例的其中一种实施方式中，关键工序包括跨越架搭设，在输电线路的虚拟施工场景中，对关键工序下的输电线路施工进行安全分析，生成分析结果，包括如下步骤：
S701、在输电线路的虚拟施工场景中，获取在目标气象条件下输电线路与地表构筑物的安全距离。
由于输电线路的虚拟施工场景中包括输电线路模型与地表构筑物模型，可直接输出在目标气象条件下输电线路与地表构筑物的安全距离。
目标气象条件下包括正常气象条件和极端气象条件。
S702、在安全距离大于预设的标准安全距离的情况下，确定在跨越架搭设下输电线路施工安全，并生成安全分析结果。
若安全距离大于预设的标准安全距离，表明在跨越架搭设下输电线路施工安全，并生成安全分析结果，用于表示在目标气象条件下，施工较安全。
S703、在安全距离小于或等于标准安全距离的情况下，确定在跨越架搭设下输电线路施工危险，并生成危险分析结果。
若安全距离小于或等于预设的标准安全距离，表明在跨越架搭设下输电线路施工危险，并生成危险分析结果，用于表示在目标气象条件下，施工较危险。
举例说明，表1所示为输电线路与地表构筑物即树木的标准安全距离：
表1
标称电压(kV) 110 220 330 500 750
垂直距离(m) 4.0 4.5 5.5 7.0 8.5
最大风偏时净空距离(m) 3.5 4.0 5.0 7.0 8.5
表2所示为在目标气象条件下输电线路与地表构筑物的安全距离：
表2
序号点 距高塔距离(m) 基建工程障碍类型 垂直距离 净空距离
1 112.1 树木 3.31 2.91
2 123.7 树木 3.35 2.93
3 134.2 树木 3.72 3.02
4 139.6 树木 3.75 3.08
由表1和表2可知，序号点1、2、3、4均无法满足标准安全距离，则表明在目标气象条件下输电线路施工危险。
本实施方式通过生成安全分析结果或危险分析结果，便于直观看出施工的安全性，使得对施工安全的评估更加全面。
在本实施例的其中一种实施方式中，在输电线路的虚拟施工场景中，对关键工序下的输电线路施工进行安全分析，生成分析结果，还包括如下步骤：
S801、在输电线路的虚拟施工场景中，根据输电线路网格信息模型，获取预设牵张段线路中的施工数据。
具体的，根据输电线路网格信息模型，可以直接输出预设牵张段线路中的施工数据，施工数据包括杆塔编号、杆塔高度、挂点经纬度和地物数据。其中，牵张段线路是指输电线路中的一段区间，用于承载导线的张力。在输电线路中，输电线路通常会被分成多个牵张段，每个牵张段之间通过杆塔进行支撑和固定。牵张段线路的长度可以是几百米到几千米不等。
S802、根据施工数据，构建输电线路交叉跨越的空间模型。
S803、根据输电线路交叉跨越的空间模型，生成跨越架搭设下输电线路施工的安全交叉跨越距离。
S804、将安全交叉跨越距离作为分析结果进行生成。
由于架空输电线路均具有较大档距跨度，悬于空中的输电线几何形态受材料刚性的影响极低，故本实施例假设输电线为一根柔索，其悬链线模型如图2所示，h和l分别代表悬挂点高差与档距；O代表输电线最低点；C与D分别代表低悬挂点和高悬挂点；H代表低悬挂点C的弧垂；c代表低悬挂点C同输电线最低点O之间的水平间距；d代表高悬挂点D同输电线最低点O之间的水平间距；z代表输电线的垂直坐标。通过悬链线方程表示其数学模型为：
公式中，输电线最低点的水平应力同自重力比载的比值以p表示，即荷重比；输电线的水平坐标以x表示。
荷重比p作为已知量直接影响因素为输电线的结构与材质。通过荷重比p可反映悬链线的高度与形状等信息。为简化运算，选取坐标原点为低悬挂点C位置，此时悬链线方程可表示为：
公式中，H代表弧垂。
在上述分析基础上，选用档端角度法计算输电线悬挂点的弧垂，具体的，通过在档距端点处放置测量仪器，观测人员位于一档线路两侧杆塔下方，通过仪器观测输电线弧垂，当视线同输电线相切时记录测量数据。档端角度法运算输电线弧垂的表达式为：
公式中，观测点同视点输电线悬挂点的竖直夹角以φ表示；观测挡挡距以L表示；观测点同输电线弧垂切点的竖直夹角以λ表示；观测点同输电线悬挂点的垂直距离以b表示。
图3所示为输电线路交叉跨越的空间模型，在图中共有两条输电线路，分别为输电线路CX1D、EX2F,其中，X1与X2分别代表输电线路CX1D和EX2F的交叉跨越点；输电线路EX2F由CX1D下方跨越，在X1X2位置两条输电线路产生交叉；X1X2的对地投影与投影夹角以X′和β表示，两条输电线路交叉跨越距离即为线段X1X2的长度。将输电线路CX1D的低悬挂点C作为坐标原点，创建空间直角坐标系，输电线路CX1D的表达式为：
公式中，输电线路CX1D的荷重比以p1表示；低悬挂点C的弧垂以H1表示；低悬挂点C同最低点水平间距以c表示。
通过极坐标变换与反变换可得出输电线路EX2F，如果将E点坐标设为(xe,ye,ze)，输电线路EX2F的表达式为：
公式中，输电线路EX2F的荷重比以p2表示；低悬挂点F的弧垂以H2表示；低悬挂点F同最低点的水平间距以f表示。
两条输电线路CX1D与EX2F上每个点空间坐标可通过式(4)与式(5)获取，运用所获取到的各点空间坐标创建输电线路交叉跨越的三维空间模型。其中，两条输电线路交叉跨越的位置信息可通过X1 X2的对地投影点X′反映出，将此投影点的水平面坐标设为(yecotβ+xe,0)，代入式(4)与式(5)内后所得交叉跨越距离为：
本实施方式通过交叉跨越空间模型的构建，分析其中坐标点之间的关系，创建输电线路交叉跨越的三维空间模型，完成输电线路安全交叉跨越距离的测量。
在本实施例的其中一种实施方式中，关键工序还包括吊装作业，在输电线路的虚拟施工场景中，对关键工序下的输电线路施工进行安全分析，生成分析结果，包括如下步骤：
S901、在输电线路的虚拟施工场景中，获取吊装作业的作业信息和吊装作业中吊装模型的模型数据。
具体的，作业信息包括吊装作业半径范围、吊装构建的初始位置和就位位置。吊装作业中吊装模型的模型数据包括吊装机械的几何形状、尺寸和运动参数等。
S902、根据作业信息，确定吊装作业中吊装机械的移动轨迹和位置。
根据作业信息，即可确定吊装机械在施工过程中的移动轨迹和位置，本实施例中通过作业信息对吊装机械的运动和路径规划进行模拟，确定吊装作业中吊装机械的移动轨迹和位置。
S903、基于模型数据和吊装机械的移动轨迹和位置进行碰撞分析，确定吊装机械的站位区域和最佳站位点。
本实施例中，通过采用碰撞检测算法对模型数据和吊装机械的移动轨迹和位置进行碰撞分析，即可确定吊装机械的站位区域和最佳站位点。具体的，碰撞检测算法可以为包围盒碰撞检测算法、几何体间的碰撞检测算法等。
S904、将站位区域和最佳站位点作为分析结果进行生成。
本实施方式通过生成站位区域和最佳站位点，以便于对吊装作业进行可视化，确保施工过程的安全性和高效性。
在本实施例的其中一种实施方式中，基于模型数据和吊装机械的移动轨迹和位置进行碰撞分析，确定吊装机械的站位区域和最佳站位点，包括如下步骤：
S1001、根据模型数据和吊装机械的移动轨迹和位置，构建碰撞检测模型。
采用预设模型生成工具，根据吊装机械的模型数据和移动轨迹，构建碰撞检测模型，即将吊装机械的几何形状和运动参数转化为碰撞检测算法所需的数据结构和参数，以便进行碰撞检测。
S1002、执行循环步骤，至吊装机械在仿真站位区域内未出现碰撞现象。
S1003、若吊装机械在仿真站位区域内未出现碰撞现象，确定仿真站位区域为吊装机械的站位区域。
S1004、在站位区域内，根据碰撞检测模型，确定吊装机械的最佳站位点。
当吊装机械在仿真站位区域内未出现碰撞现象时，确定该仿真站位区域为吊装机械的站位区域。然后，根据碰撞检测模型，在站位区域内确定吊装机械的最佳站位点，以确保吊装操作的安全性和效率。
具体的，在站位区域内，根据碰撞检测模型确定吊装机械的最佳站位点，步骤如下：首先根据吊装机械的站位区域和施工要求，定义搜索范围，限定吊装机械的站位点的可能位置，这个搜索范围可以是站位区域的边界或者是站位区域内划分的离散网格；其次，在定义的搜索范围内，遍历所有可能的站位点，对于每个遍历到的站位点，使用碰撞检测模型，将吊装机械模型与其他模型进行碰撞检测，判断是否发生卡杆情况；根据碰撞检测的结果，判断站位点是否会发生卡杆情况，如果站位点满足不会发生卡杆情况的要求，则此站位点为吊装机械的可行站位点；最后，从所有可行的站位点中选择一个最佳的站位点，根据预设要求进行评估和权衡，例如离目标位置的距离、站位点所在的地面是否符合吊装机械吊装工作的需求、吊装机械的稳定性等，确定最佳站位点。
卡杆是指吊车在进行吊装操作时，由于吊杆或吊臂与其他物体之间的碰撞或卡住，导致吊车无法自由移动或回转的情况。若站位点所在的地面不符合吊装机械吊装工作的需求，会发生超载情况，超载是指站位点所在的地面或施工基础不平衡，导致吊装机械在站位点上出现倾斜或不稳定，进而导致超载的情况。
其中，循环步骤包括：
S1101、定义吊装机械模型的仿真站位区域。
根据吊装机械的尺寸和预设的限制条件，定义吊装机械模型的仿真站位区域。
S1102、基于碰撞检测模型，遍历输电线路的虚拟施工场景中的其他模型，逐一与站位区域内的吊装机械模型进行碰撞检测。
逐一遍历虚拟施工场景中的其他模型，包括输电线路的杆塔、导线等。对于每个模型，进行碰撞检测，判断其与站位区域内的吊装机械模型是否发生碰撞。
S1103、根据碰撞检测的结果，确定吊装机械是否在站位区域内出现碰撞现象。
S1104、在出现碰撞现象的情况下，重新定义吊装机械模型的仿真站位区域。
根据碰撞检测算法，判断吊装机械模型与其他模型是否发生碰撞。如果发生碰撞，执行下一步；如果未发生碰撞，继续进行下一次循环。
需要说明的是，每个重新定义的吊装机械模型的仿真站位区域，均与之前定义的仿真站位区域完全不同。
本实施方式根据模型数据和吊装机械的移动轨迹和位置进行碰撞分析，确定吊装机械的站位区域和最佳站位点，以保证吊装作业的安全性和效率。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种基于三维建模的输电线路关键工序分析方法，其特征在于，包括：
获取输电线路施工区域的倾斜摄影点云数据；
根据所述倾斜摄影点云数据，生成倾斜摄影测量模型；
将所述倾斜摄影测量模型与预设的输电线路网格信息模型进行融合，得到综合模型，其中，所述综合模型包括所述输电线路区域的地形信息和线路参数；
根据所述综合模型，构建输电线路的虚拟施工场景；
在所述输电线路的虚拟施工场景中，对关键工序下的输电线路施工进行安全分析，生成分析结果。
2.根据权利要求1所述的基于三维建模的输电线路关键工序分析方法，其特征在于，所述将所述倾斜摄影测量模型与预设的输电线路网格信息模型进行融合，得到综合模型，包括：
根据所述输电线路网格信息模型，获取网格点云数据；
对所述倾斜摄影点云数据和所述网格数据进行点云配准，得到配准结果；
根据所述配准结果对所述输电线路网格信息模型中的网格数据的坐标进行调整；
将网格坐标调整后的所述输电线路网格信息模型与所述倾斜摄影测量模型进行纹理映射、属性关联和几何融合，得到包括所述输电线路区域的地形信息和线路参数的综合模型。
3.根据权利要求2所述的基于三维建模的输电线路关键工序分析方法，其特征在于，所述对所述倾斜摄影点云数据和所述网格点云数据进行点云配准，得到配准结果，包括：
对所述倾斜摄影点云数据和所述网格点云数据进行粗配准；
对粗配准后的所述倾斜摄影点云数据和所述网格点云数据进行精配准，得到所述配准结果。
4.根据权利要求3所述的基于三维建模的输电线路关键工序分析方法，其特征在于，所述对所述倾斜摄影点云数据和所述网格点云数据进行粗配准，包括：
对所述倾斜摄影点云数据和所述网格点云数据进行预处理；
采用LOF因子算法对预处理后的所述倾斜摄影点云数据和所述网格点云数据进行去噪过滤；
计算去噪过滤后的所述倾斜摄影点云数据和所述网格点云数据的局部特征；
采用预设的配准算法计算所述倾斜摄影点云数据和所述网格点云数据的局部特征的变换矩阵；
基于所述变换矩阵，采用迭代终止旋转坐标算法对所述倾斜摄影点云数据和所述网格点云数据进行粗配准。
5.根据权利要求3所述的基于三维建模的输电线路关键工序分析方法，其特征在于，所述对粗配准后的所述倾斜摄影点云数据和所述网格点云数据进行精配准，得到所述配准结果，包括。
根据粗配准后的所述倾斜摄影点云数据，构建三维R树；
将粗配准后的所述网格点云数据逐一插入至所述三维R树中；
对于每个所述网格点云数据，通过查询所述三维R树，得到对应的倾斜摄影点云数据，并建立每个所述网格点云数据与对应的所述倾斜摄影点云数据的点对关系；
计算每个所述点对关系的方向特征，并基于方向向量角度阈值，筛除大于或等于所述方向向量角度阈值的点对关系；
将小于所述方向向量角度阈值的点对关系作为所述配准结果。
6.根据权利要求1所述的基于三维建模的输电线路关键工序分析方法，其特征在于，所述根据所述综合模型，构建输电线路的虚拟施工场景，包括：
根据所述综合模型的地形信息，构建地形模型；
根据所述综合模型的线路参数，在所述地形模型上，构建输电线路模型，得到场景模型；
设置所述场景模型的施工参数，得到输电线路的虚拟施工场景。
7.根据权利要求1所述的基于三维建模的输电线路关键工序分析方法，其特征在于，所述关键工序包括跨越架搭设，所述在所述输电线路的虚拟施工场景中，对关键工序下的输电线路施工进行安全分析，生成分析结果，包括：
在所述输电线路的虚拟施工场景中，获取在目标气象条件下输电线路与地表构筑物的安全距离；
在所述安全距离大于预设的标准安全距离的情况下，确定在所述跨越架搭设下输电线路施工安全，并生成安全分析结果；
在所述安全距离小于或等于所述标准安全距离的情况下，确定在所述跨越架搭设下输电线路施工危险，并生成危险分析结果。
8.根据权利要求7所述的基于三维建模的输电线路关键工序分析方法，其特征在于，所述在所述输电线路的虚拟施工场景中，对关键工序下的输电线路施工进行安全分析，生成分析结果，还包括：
在所述输电线路的虚拟施工场景中，根据所述输电线路网格信息模型，获取预设牵张段线路中的施工数据；
根据所述施工数据，构建输电线路交叉跨越的空间模型；
根据所述输电线路交叉跨越的空间模型，生成所述跨越架搭设下输电线路施工的安全交叉跨越距离；
将所述安全交叉跨越距离作为所述分析结果进行生成。
9.根据权利要求1所述的基于三维建模的输电线路关键工序分析方法，其特征在于，所述关键工序还包括吊装作业，所述在所述输电线路的虚拟施工场景中，对关键工序下的输电线路施工进行安全分析，生成分析结果，包括：
在所述输电线路的虚拟施工场景中，获取吊装作业的作业信息和所述吊装作业中吊装模型的模型数据；
根据所述作业信息，确定所述吊装作业中吊装机械的移动轨迹和位置；
基于所述模型数据和所述吊装机械的移动轨迹和位置进行碰撞分析，确定所述吊装机械的站位区域和最佳站位点；
将所述站位区域和所述最佳站位点作为所述分析结果进行生成。
10.根据权利要求9所述的基于三维建模的输电线路关键工序分析方法，其特征在于，所述基于所述模型数据和所述吊装机械的移动轨迹和位置进行碰撞分析，确定所述吊装机械的站位区域和最佳站位点，包括：
根据所述模型数据和所述吊装机械的移动轨迹和位置，构建碰撞检测模型；
执行循环步骤，至所述吊装机械在仿真站位区域内未出现碰撞现象；
若所述吊装机械在所述仿真站位区域内未出现碰撞现象，确定所述仿真站位区域为所述吊装机械的站位区域；
在所述站位区域内，根据所述碰撞检测模型，确定所述吊装机械的最佳站位点；
其中，所述循环步骤包括：
定义所述吊装机械模型的仿真站位区域；
基于所述碰撞检测模型，遍历所述输电线路的虚拟施工场景中的其他模型，逐一与所述站位区域内的所述吊装机械模型进行碰撞检测；
根据所述碰撞检测的结果，确定所述吊装机械是否在所述站位区域内出现碰撞现象；
在出现碰撞现象的情况下，重新定义所述吊装机械模型的仿真站位区域。
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