一种基于激光点云的圆形杆塔倾斜变形快速计算方法技术

本发明专利技术涉及一种基于激光点云的圆形杆塔倾斜变形快速计算方法，属于倾斜检测的技术领域，其包括以下步骤：一、选择合理扫描架站点和扫描角度；二、进行网格密度分割，实现圆形杆塔点云数据的自动提取；三、对步骤二提取的数据进行自动截取任意高度薄层数据；四、将步骤三截取的薄层数据中各个薄层点云环异常点剔除，得到满足圆方程的点云环；五、将点云环中心自动拟合，拟合出任意高度薄层的中心位置；六、计算步骤五得到参考基准中心发生的偏移量后，根据计算公式快速计算圆形杆塔倾斜率。本发明专利技术具有计算速度快、经济适用、自动实现任意高度的倾斜变形测量工作、精度高的效果。

A fast calculation method of tilt deformation of circular tower based on laser point cloud

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光点云的圆形杆塔倾斜变形快速计算方法
本专利技术涉及一种基于激光点云的圆形杆塔倾斜变形快速计算方法，属于倾斜检测的

技术介绍
电力作为全世界重要的能源资源，其电力设施是全世界重要的基础建设，因此电力设施的监测维护就显得尤为重要，尤其是电力杆塔、风机塔筒等的倾斜变形监测。所谓杆塔倾斜是由于基础立柱顶面高低不平引起杆塔中心偏离铅锤位置的现象。当输电线路杆塔或风机处于采空区或滑坡等特殊地质区域时，可能由于上部覆盖岩在重力、应力和自然力等局部环境或外力因素作用下，引起地面裂缝、岩体错位、崩塌、地面塌陷等地质不良现象，进而发生杆塔或风机扭曲、倾斜、甚至倾倒的重大安全事故。杆塔倾斜是影响输电线路与风电场稳定运行的主要威胁之一，因此进行电力杆塔与风机塔筒的倾斜监测是电力检测的重要内容。传统的倾斜测量方式为全站仪测量或平面镜法，这两种倾斜测量方法都不够精确、不够严密，不能全面的反映电力杆塔与风机塔筒倾斜变形情况。地面三维激光扫描技术的发展，大大提高了数据获取的效率、精度与数据量，相较传统测量有了质的飞跃。利用激光测距的原理，一次性获取成千上万个目标点的距离值，并利用辅助测量设备确定发射点的位置和姿态，进而获取目标点的三维坐标、反射率和纹理等信息，构建高精度、高分辨率的地表模型及真实三维建模。相比传统的测量仪器而言，激光扫描可以获得海量的点位信息，能更好地表征物体表面模型。测定杆塔倾斜变形对维护线路、风机运行安全具有重要的意义，是保障电力设施运维安全、维护国家能源安全的重要技术手段。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于激光点云的圆形杆塔倾斜变形快速计算方法，具有计算速度快、经济适用、自动实现任意高度的倾斜变形测量工作、精度高的效果。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于激光点云的圆形杆塔倾斜变形快速计算方法，包括以下步骤：一、选择合理扫描架站点和扫描角度；二、进行圆形杆塔点云数据的自动提取；三、对步骤二提取的数据进行自动截取任意高度薄层数据；四、将步骤三截取的薄层数据中各个薄层点云环异常点剔除，得到满足圆方程的点云环；五、将点云环中心自动拟合，拟合出任意高度薄层的中心位置；六、计算步骤五得到参考基准中心发生的偏移量后，根据倾斜率ρ＝d/h的计算公式计算圆形杆塔倾斜率，式中d为横截面中心相对参考基准中心发生的偏移量，h为高度。本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤一中扫描架站点空旷、地物单一；扫描角度为30度。本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤二圆形杆塔点云数据的自动提取包括以下步骤：①通过扫描架站的位置坐标和杆塔概略高度进行点云自动筛减，从任意点云开始，计算其与扫描架站位置的距离，若距离小于杆塔高度，则该点云被标记为有用点，否则标记为噪声；②重复步骤①，遍历点云，提取圆形杆塔小范围内的所有有用点云；③对圆形杆塔小范围内的点云进行网格密度分割，同时设定网格点云阈值，若网格中点数大于该阈值，则被标定为圆形杆塔点云；④重复步骤③，直到发现所有圆形杆塔点云，自动获取圆形杆塔点云数据。本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤三中从杆塔高度为2米的位置自动截取该高度层2mm厚度的环形点云数据，同时高度每增加1米，依次自动截取该高度层的2mm厚度的环形点云数据。本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤五拟合点云环中心采用的方法为最小二乘算法。本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤③网格大小为0.1m×0.1m，阈值设定为100。由于采用了上述技术方案，本专利技术取得的技术效果有：本专利技术扫描架站选择点空旷、地物单一，易于获取杆塔的点云数据。本专利技术对扫描获取的点云数据进行数据量自动筛减，去掉远离杆塔的噪声点云。通过架站位置坐标和杆塔概略高度进行点云自动筛减，提取圆形杆塔小范围内的点云，过滤掉多余噪声点云。本专利技术对圆形杆塔小范围内的点云进行网格密度分割，考虑圆形杆塔点云在水平面的投影点数量很大，与周围点数据存在较大差异的特点，又设置网格点云阈值，若网格中点数大于该阈值，则被标定为圆形杆塔点云，通过网格和阈值能够不遗漏点云，减小误差，获取的数据可靠。本专利技术从底部高程加2米的位置来截取环形点云数据，消除了杆塔底部信息的影响。本专利技术采用最小二乘原理，完美拟合出任意高度横截面的中心位置，从而实现倾斜变形的倾斜率快速获取。本专利技术的算法可靠，计算速度快，能够自动实现任意高度的倾斜变形测量工作，同时倾斜率测量精度高，并且经济适用。附图说明图1是本专利技术的实施技术路线；图2是本专利技术横截面中轴线示意图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步详细说明：测定杆塔倾斜变形对维护线路、风机运行安全具有重要的意义，是保障电力设施运维安全、维护能源安全的重要技术手段。本专利技术在该实施例中利用徕卡ScanStationP50完成外业点云数据采集工作。徕卡P50采用了高精度的测角测距技术、WFD波形数字化技术、MixedPixels混合像元技术和HDR图像技术，具有更长的测程和更强大的性能，其扫描有效距离超过500米，可360度全景扫描，扫描速率高达1,000,000点/秒。多种技术的应用降低了扫描范围噪音，消除了物体边缘拖影现象，增加了边缘范围精度，加宽了扫描范围、减少了设站次数，满足大场景、长距离及各种扫描任务需求，能很好的满足杆塔倾斜测量需要。本专利技术公开了一种基于激光点云的圆形杆塔倾斜变形快速计算方法，如图1所示为本专利技术的实施技术路线，包括以下步骤：一、选择合理扫描架站点和扫描角度；外业进行圆形杆塔扫描测量时，选择合适的扫描架站位置尤为重要。扫描架站选择的原则为架站点应空旷、地物尽量单一，易于获取杆塔的点云数据，架站点距圆形杆塔一般为1/2或一倍杆塔高度。扫描角度范围可根据杆塔的高度和距离设置为30度，同时控制反射棱镜匀速转动；每一圆形杆塔选择两个相对的架站位置，尽量用最少的点云数据量实现圆形杆塔的全景扫描，减少圆形杆塔以外的多余噪声数据。二、进行圆形杆塔点云数据的自动提取；首先对扫描获取的点云数据进行数据量自动筛减，去掉远离杆塔的噪声点云。通过架站位置坐标和杆塔概略高度进行点云自动筛减，提取圆形杆塔小范围内的点云，过滤掉多余噪声点云。然后对圆形杆塔小范围内的点云进行网格密度分割，考虑圆形杆塔点云在水平面的投影点数量很大，与周围点数据存在较大差异的特点，可设置网格点云阈值，若网格中点数大于该阈值，则被标定为圆形杆塔点云。步骤二的具体操作步骤如下：①通过扫描架站的位置坐标和杆塔概略高度进行点云自动筛减，从任意点云开始，计算其与扫描架站位置的距离，若距离小于杆塔高度，则该点云被标记为有用点，否则标记为噪声；②重复步骤①，遍历点云，提取圆形杆塔小范围内的所有有用点云；③圆形杆塔或风机塔筒点云在水平面的投影密度很大，与周围点数存在较大差异，结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激光点云的圆形杆塔倾斜变形快速计算方法，其特征在于：包括以下步骤：/n一、选择合理扫描架站点和扫描角度；/n二、进行圆形杆塔点云数据的自动提取；/n三、对步骤二提取的数据进行自动截取任意高度薄层数据；/n四、将步骤三截取的薄层数据中各个薄层点云环异常点剔除，得到满足圆方程的点云环；/n五、将点云环中心自动拟合，拟合出任意高度薄层的中心位置；/n六、计算步骤五得到参考基准中心发生的偏移量后，根据倾斜率ρ＝d/h的计算公式计算圆形杆塔倾斜率，式中d为横截面中心相对参考基准中心发生的偏移量，h为高度。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于激光点云的圆形杆塔倾斜变形快速计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
一、选择合理扫描架站点和扫描角度；
二、进行圆形杆塔点云数据的自动提取；
三、对步骤二提取的数据进行自动截取任意高度薄层数据；
四、将步骤三截取的薄层数据中各个薄层点云环异常点剔除，得到满足圆方程的点云环；
五、将点云环中心自动拟合，拟合出任意高度薄层的中心位置；
六、计算步骤五得到参考基准中心发生的偏移量后，根据倾斜率ρ＝d/h的计算公式计算圆形杆塔倾斜率，式中d为横截面中心相对参考基准中心发生的偏移量，h为高度。


2.根据权利要求1所述的一种基于激光点云的圆形杆塔倾斜变形快速计算方法，其特征在于：步骤一中扫描架站点空旷、地物单一；扫描角度为30度。


3.根据权利要求1所述的一种基于激光点云的圆形杆塔倾斜变形快速计算方法，其特征在于：步骤二圆形杆塔点云数据的自动提取包括以下步骤：
①通过扫描架站的位置坐标和杆塔概略高度进行点云自动筛减，从任意点...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘安涛，毛玉丽，张海生，郝建奇，任立华，张焕杰，黄真辉，柴春鹏，赵贞欣，李伟，陈明，霍思燕，
申请(专利权)人：中国电建集团河北省电力勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13