The invention relates to a method and system for power line segmentation of point cloud, which belongs to the electric power survey equipment maintenance field, in particular relates to a power line with the airport and random forest point cloud segmentation method and system based on. The invention combines Markov random field and random forest power line point cloud segmentation based on point cloud voxelization combined with Markov random field (MRF) linear segmentation, and then the power line extraction based on detection and recognition on the tower segments, so as to extract power line point cloud, automatically complete the power line extraction has. Higher automation level and higher extraction accuracy. The invention aims at large power line 3D complex scene detection is presented. A power line fast, accurate and fully automated, is generally applicable to different power line channel scene, plays an important role in automatic extraction and reconstruction of power line.
【技术实现步骤摘要】
基于随机场和随机森林的电力线点云分割方法及系统
本专利技术涉及一种电力线点云分割方法及系统，属于电力设备勘测维护领域，具体是涉及一种基于随机场和随机森林的电力线点云分割方法及系统。
技术介绍
机载激光雷达(AirborneLightDetectionAndRanging，LiDAR)是一种主动式航空遥感对地观测系统，是九十年代初首先由西方国家发展起来并投入商业化应用的一门新兴技术，它集成激光测距技术、全球定位系统(GPS)、惯性测量技术和计算机技术于一身。该技术在三维空间信息的实时获取方面产生了重大突破，为获取高时空分辨率的地球空间信息提供了一种全新的技术手段。机载激光雷达能够快速直接获取高精度的三维地表信息，有着传统的摄影测量手段和人工量测无法比拟的优势，目前广泛应用于各种测绘工程之中，包括地形测绘、电力电网、三维城市建模等。现有技术中的传统电力线检测任务主要通过人工检查来完成，成本昂贵，耗时长，且结果准确性不高，难以满足实际生产需求。利用机载激光雷达技术采集和处理的输电线通道数据，可以对包括电力线在内的输电线路通道信息进行提取，进而通过构建三维场景对电力线网络...
【技术保护点】
1.一种基于随机场和随机森林的电力线点云分割方法，其特征在于，包括：点云采集步骤，利用在飞行平台上配置和安装的机载激光雷达和POS系统采集机载激光雷达数据并生成三维点云数据；点云体素分割步骤，体素化采集到的三维点云数据,并基于马尔可夫随机场对线性体素进行分割，提取电力线候选线性段；目标识别步骤，将提取的电力线候选线性段转换为二进制图像，并利用随机森林分类器进行杆塔段识别；目标剔除步骤，利用线性段的上下文属性设计评估准则，对非杆塔段进行剔除；电力线提取步骤，设定圆柱形搜索框，对落入搜索区域内的线性段进行标记，提取电力线分割段。
【技术特征摘要】
1.一种基于随机场和随机森林的电力线点云分割方法，其特征在于，包括：点云采集步骤，利用在飞行平台上配置和安装的机载激光雷达和POS系统采集机载激光雷达数据并生成三维点云数据；点云体素分割步骤，体素化采集到的三维点云数据,并基于马尔可夫随机场对线性体素进行分割，提取电力线候选线性段；目标识别步骤，将提取的电力线候选线性段转换为二进制图像，并利用随机森林分类器进行杆塔段识别；目标剔除步骤，利用线性段的上下文属性设计评估准则，对非杆塔段进行剔除；电力线提取步骤，设定圆柱形搜索框，对落入搜索区域内的线性段进行标记，提取电力线分割段。2.根据权利要求1所述的一种基于随机场和随机森林的电力线点云分割方法，其特征在于，所述点云体素分割步骤具体包括以下子步骤：条件设定子步骤，设定多叉树非空节点的点云个数阈值并设定子立方体划分终止条件；求取输入点集的最大外包，并以此外包建立一个立方体；迭代体素化子步骤，细分所述立方体得到若干个子立方体，将内部点云个数少于点云个数阈值的子立方体标记为空节点，并将剩余立方体标记为非空节点；将满足立方体划分终止条件的子立方体标记为体素，继续细分未满足立方体划分终止条件的子立方体直至将所有子立方体划分为空节点和体素；特征计算子步骤，采用PCA对每个体素内的点进行特征值的计算，求取每个点的协方差矩阵，获取特征值λ1，λ2，λ3，识别线性结构点；线性评估子步骤，计算每个体素内线性结构点所占比例，根据该比例评估体素属于线性结构的概率；模型构建子步骤，将线性体素内的点转换为线性段V；结合线性段V和线性段之间的连接边E生成马尔可夫随机场MRF图模型G＝(V,E)；保留MRF图模型中的局部连接，舍弃距离大于阈值的连接；线段筛选子步骤，获取每个线性段V的数据项及上下文项的势能函数，构建全局能量方程，迭代获取全局最小化下具有最高能量的线性段，并提取电力线的候选线性段。3.根据权利要求1所述的一种基于随机场和随机森林的电力线点云分割方法，其特征在于，所述目标识别步骤具体包括以下子步骤：线段分类子步骤，基于线性段最大方向变化MOV和方向平行度OP，训练得到随机森林RF分类器，对线性段进行分类；结果筛选子步骤，使用形态滤波器筛选出连接的杆塔段，剔除离散杆塔段，得到杆塔检测结果。4.根据权利要求1所述的一种基于随机场和随机森林的电力线点云分割方法，其特征在于，所述目标剔除步骤具体包括以下子步骤：杆塔连接子步骤，对连接边长小于给定阈值的杆塔段，在杆塔段之间进行所有可能的连接；概率评估子步骤，基于以下评分函数(f)评估每个边作为杆塔边的可能性：f(Fi,W,b)＝WFi+b式中，i表示三个准则的序号，取值为1，2，3，W和b通过训练集确定；F1：min(Ai,Aj)/max(Ai,Aj)，其中Ai和Aj是从在某一区域内从杆塔段Si和Sj扩展到另一杆塔段的电力线像素数；F2：max(|θi-θe|,|θj-θe|)，其中θi和θj是Si和Sj的方位，θe是eij的方位。F3：θij-θe，其中θij是Si和Sj之间的电力线像素的平均方位；杆塔分类子步骤，基于下式选择三个准则中的最低值作为每个边的可能性，并基于该可能性对杆塔边和非杆塔边进行分类：g(F1,F2,F3)＝min(f(F1),f(F2),f(F3))。5.根据权利要求1所述的一种基于随机场和随机森林的电力线点云分割方法，其特征在于，所述电力线提取步骤具体包括以下子步骤：电力线分割段提取子步骤，设定圆柱形搜索框，将属于搜索区域内的线性段标记为电力线分割段；电力线点提取子步骤，对标记为电力线分割段的线性段所在体素内的所有点进行标记，...
【专利技术属性】
技术研发人员：张良，张帆，张谦，周佳雯，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42
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