基于机载激光雷达系统的电网基建建设校核方法技术方案

本发明专利技术基于机载激光雷达系统的电网基建建设校核方法，实现了在高精度三维电网数字化场景中，根据灵活设置对电网基建建设中的房屋拆迁量自动校核、植被树木砍伐量自动校核、电网线路隐患自动校核以及工程预算自动校核，极大地提升了工作效率，其技术方案概况为，构建三维数字化电力杆塔模型，根据三维数字化电力杆塔模型进行杆塔之间导线弧垂拟合，生成输电线路数字高程模型DEM与输电线路数字正射影像数据DOM，将三维数字化电力杆塔模型、输电线路数字高程模型DEM以及输电线路数字正射影像数据DOM进行场景构建，得到高精度三维电网数字化场景，在高精度三维电网数字化场景中，根据设置自动校核需求，适用于基于三维数字化模型的电网基建建设校核方法。

Checking method of power grid construction based on airborne lidar system

【技术实现步骤摘要】
基于机载激光雷达系统的电网基建建设校核方法
本专利技术涉及电网建设领域，具体涉及机载激光雷达系统以及基于机载激光雷达系统的电网基建建设校核方法。
技术介绍
电网建设是一个跨越大区域的工程，输电线路作为电网的毛细血管，对电能输送起着不可代替的作用，而线路走廊的地形、地貌、地物等都对线路的设计、施工建设和安全运行产生重大的影响。在线路设计阶段，需要在初步选定线路的一定宽度范围内进行高精度三维测量，以进行线路路径和杆塔定位的优化，尽最大程度地降低建设投资。目前，国内电力线路走廊空间数据采集手段主要有人工测绘、可见光航测和遥感等，输电线路和部分高压线路在施工图设计阶段采用航空摄影。航空摄影测量相较于手工测量来说是一个大的突破，但只能获取线路的图片，易受遮挡影响，测量精度低，仍然存在数据不直观、外业工作量大、推广难度大、工作量估计难和预算资金准确率低等问题，因此如何快速获取输电线路走廊基础地理信息数据，并结合杆塔模型建立可交互的三维数字化场景，在该场景中实现动态交互的基建设计校核工作，是电网基建校核的迫切需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种机载激光雷达系统以及基于机载激光雷达系统的电网基建建设校核方法，实现了在高精度三维电网数字化场景中，对电网基建建设中的房屋拆迁量自动校核、植被树木砍伐量自动校核、电网线路隐患自动校核以及工程预算自动校核，极大地提升了工作效率。本专利技术采取如下技术方案实现上述目的，机载激光雷达系统，包括飞行设备、激光雷达以及正射相机，所述飞行设备、激光雷达以及正射相机的相对位置固定不变；所述飞行设备用于搭载激光雷达与正射相机航飞输电线路，激光雷达在航飞过程中扫描输电线路获取激光点云数据，正射相机在航飞过程中拍摄输电线路的正射影像图。进一步的是，为了提高系统的灵活性，所述激光雷达与飞行设备固定电连接，正射相机与飞行设备固定电连接。进一步的是，为了提高系统集成度，所述激光雷达与飞行设备固定电连接，正射相机与激光雷达固定连接，正射相机与飞行设备电连接。基于机载激光雷达系统的电网基建建设校核方法，应用于上述任意一项所述机载激光雷达系统，包括以下步骤：步骤(1)、建立常见杆塔类型的矢量化模板模型，确定呼高、横担长度、塔高以及塔基中心参数值，再通过基于横担的挂点偏移量及绝缘子长度自动化确定绝缘子串的长度，得到三维数字化电力塔杆模型；步骤(2)、根据三维数字化电力杆塔模型，利用最小二乘方法建立其悬链线数学方程进行导线弧垂拟合，得到塔杆之间导线弧垂拟合；步骤(3)、机载激光雷达系统航飞输电线路，扫描输电线路获取激光点云数据，然后对激光点云数据进行滤波处理，分类出地面点激光点云数据、植被激光点云数据以及建筑物激光点云数据，然后将地面点激光点云数据生成输电线路数字高程模型DEM，然后将正射相机在航飞过程中拍摄的输电线路正射影像图生成输电线路数字正射影像数据DOM；步骤(4)、将导线弧垂拟合后的三维数字化电力杆塔模型、输电线路数字高程模型DEM以及输电线路数字正射影像数据DOM进行场景构建，得到高精度三维电网数字化场景；步骤(5)、在高精度三维电网数字化场景中，根据设置自动对电网基建建设中房屋拆迁量、植被树木砍伐量、线路隐患以及工程预算进行动态校核并输出校核结果。进一步的是，在步骤(1)中，为了提高电力杆塔适应性，所述常见杆塔类型为干字型杆塔或猫头型杆塔或V型杆塔。进一步的是，在步骤(1)中，为了提高工作效率，所述确定呼高、横担长度、塔高以及塔基中心参数值可以通过人工制定或设计数据批量导入的方式来确定。进一步的是，在步骤(3)中，所述将地面点激光点云数据生成数字高程模型DEM包括以下步骤：A.点云剔除：去除激光点云数据中最高点云数据以及最低点云数据；B.回波剔除：去除多次回波中的首次回波点云数据和中间次回波点云数据；C.格网划分：根据点云数据在x、y方向的坐标范围，构建一个点云数据的最小包围核；D.选择初始种子点：每个格网单元格中选取格网中高程最低的激光点，作为地面种子点；E.构建初始种子点的不规则三角网：将具有分割好的激光点云和区域外包矩形的四个角点作为种子点，一起构建初始地形的不规则三角网；F.地面点滤波：依次计算每一个点云数据，找到该点落入的三角形，计算该点到三角形构成的平面的距离及其该点到三角形三点的夹角。满足给定的高程差阈值或者角度阈值，则认为该点是地面点；G.构建DEM:在不规则三角网的基础上进行线性内插，转换为栅格数字高程模型DEM文件。进一步的是，在步骤(5)中，根据设置自动对电网基建建设中房屋拆迁量、植被树木砍伐量、线路隐患以及工程预算进行动态校核包括以下步骤：A.以相邻电力杆塔为端点，连接相邻电力杆塔之间的导线构成输电线路线段，设置一个校核距离，到输电线路线段上任意一点的距离小于等于该校核距离的点所构成的区域为校核区域；B.自动计算校核在校核区域内的房屋建筑面积、障碍物数量、以及超出电力杆塔接腿高度的植被树木的数量；C.设置拆迁房屋建筑的单位面积赔偿价格，砍伐植被树木的单位赔偿价格；D.自动计算出拆迁房屋建筑需要的工程预算，砍伐植被树木需要的工程预算；E.输出校核后的房屋拆迁量、植被树木的砍伐量、障碍物数量以及工程预算。本专利技术首先建立三维数字化电力杆塔模型，在根据三维数字化电力杆塔模型进行杆塔之间导线弧垂拟合，然后将机载激光雷达系统采集的激光点云数据经过处理生成输电线路数字高程模型DEM与输电线路数字正射影像数据DOM，然后将导线弧垂拟合后的三维数字化电力杆塔模型、输电线路数字高程模型DEM以及输电线路数字正射影像数据DOM进行场景构建，得到高精度三维电网数字化场景，在高精度三维电网数字化场景中，可以根据不同工程项目需求，灵活设置校核范围，动态校核在该设置范围内的房屋建筑面积、障碍物数量、以及超出电力杆塔接腿高度的植被树木的数量并输出校核结果，还根据当地具体情况，设置拆迁房屋建筑的赔偿价格，砍伐植被树木的价格，人工价格等，然后动态的输出相应的工程预算，极大地的提升了工作效率。附图说明图1是本专利技术机载激光雷达系统的一种结构框图。图2是本专利技术的方法流程图。图3是本专利技术导线弧垂拟合中受力分析图。附图中，X为横坐标，Y为纵坐标，O为坐标原点，A、B两点为等高的悬挂点，C点为OB段导线任取一点，T0为导线最低点的张力，σx为导线任意一点的应力，Tx为导线任意一点张力，S为导线截面，g为导线比载，Lx为导线OC段导线的弧长，G为重力。具体实施方式为便于理解，首先对本专利技术中涉及的部分技术术语进行解释：数字正射影像数据DOM(DigitalOrthophotoMap)：是利用数字高程模型(DEM)对经过扫描处理的数字化航空像片，经逐像元进行投影差改正、镶嵌，按国家基本比例尺地形图图幅范围剪裁生成的数字正射影像数据集。它是同时具有地图几何精度和影像本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.机载激光雷达系统，其特征在于：包括飞行设备、激光雷达以及正射相机，所述飞行设备、激光雷达以及正射相机的相对位置固定不变；/n所述飞行设备用于搭载激光雷达与正射相机航飞输电线路，激光雷达在航飞过程中扫描输电线路获取激光点云数据，正射相机在航飞过程中拍摄输电线路的正射影像图。/n

【技术特征摘要】
1.机载激光雷达系统，其特征在于：包括飞行设备、激光雷达以及正射相机，所述飞行设备、激光雷达以及正射相机的相对位置固定不变；
所述飞行设备用于搭载激光雷达与正射相机航飞输电线路，激光雷达在航飞过程中扫描输电线路获取激光点云数据，正射相机在航飞过程中拍摄输电线路的正射影像图。


2.根据权利要求1所述的机载激光雷达系统，其特征在于：所述激光雷达与飞行设备固定电连接，正射相机与飞行设备固电定连接。


3.根据权利要求1所述的机载激光雷达系统，其特征在于：所述激光雷达与飞行设备固定电连接，正射相机与激光雷达固定连接，正射相机与飞行设备电连接。


4.基于机载激光雷达系统的电网基建建设校核方法，应用于如权利要求1-3任意一项所述机载激光雷达系统，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)、建立常见杆塔类型的矢量化模板模型，确定呼高、横担长度、塔高以及塔基中心参数值，再通过基于横担的挂点偏移量及绝缘子长度自动化确定绝缘子串的长度，得到三维数字化电力塔杆模型；
步骤(2)、根据三维数字化电力杆塔模型，利用最小二乘方法建立其悬链线数学方程进行导线弧垂拟合，得到塔杆之间导线弧垂拟合；
步骤(3)、机载激光雷达系统航飞输电线路，扫描输电线路获取激光点云数据，然后对激光点云数据进行滤波处理，分类出地面点激光点云数据、植被激光点云数据以及建筑物激光点云数据，然后将地面点激光点云数据生成输电线路数字高程模型DEM，然后将正射相机在航飞过程中拍摄的输电线路正射影像图生成输电线路数字正射影像数据DOM；
步骤(4)、将导线弧垂拟合后的三维数字化电力杆塔模型、输电线路数字高程模型DEM以及输电线路数字正射影像数据DOM进行场景构建，得到高精度三维电网数字化场景；
步骤(5)、在高精度三维电网数字化场景中，根据设置自动对电网基建建设中房屋拆迁量、植被树木砍伐量、线路隐患以及工程预算进行动态校核并输出校核结果。


5.根据权利要求4所述的基于机载激光雷达系统的电网基建建设校核方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述常见杆塔类型为干字型杆塔或猫头型杆塔或V型杆塔。...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢剑翔，刘华，宋长青，吴彦伟，刘艳军，王学良，刘鉴栋，刘福来，苟娟，李艳，杨少艳，张宁波，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司广州供电局，成都纵横融合科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44