基于布料模拟算法的电力线提取方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于布料模拟算法的电力线提取方法和系统，提取方法包括如下步骤：获取激光雷达的激光点云，提取其中的电力线点；设置布料网格尺寸，将布料粒子和激光雷达点云中的电力线点投影到同一平面中；在所述平面中，每个激光雷达点对应一个布料粒子点；计算下布料粒子点在重力作用下和内力作用的位移，得到位于设定高程范围内的电力线点；在平面坐标系内拟合直线，从设定高程范围的电力线点中提取各电力线。本发明专利技术所提供的技术方案，能够解决现有技术中对电力线检测结果不准确的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于布料模拟算法的电力线提取方法和系统
本专利技术属于电力线提取的
，具体涉及一种基于布料模拟算法的电力线提取方法和系统。
技术介绍
为了保证供配电系统运行的安全性和可靠性，需要对其供电线路进行巡检，以观察供电线路是否出现断线或者电力线是否被盗。对电力线的巡检方法包括人工巡检法和智能巡检法，人工巡检法是由巡检人员沿着电力线进行巡检，这种方法不仅成本高、效率低，而且受到地形的限制，很多区域的电力线无法被人工巡检。智能巡检法是借助无人机或激光雷达进行巡检，即通过无人机或激光雷达获取电力线的图像，然后借助图像识别算法从图像中识别出电力线，判断其是否存在异常，从而实现对电力线的巡检。目前识别图像中电力线的方法有两种：第一种是采用二维投影方法进行电力线识别，以及曲线方程拟合进行线模型构建。这种方法存在投影重叠线路漏检，曲线拟合贴合不完全等问题，如基于二维图像Hough变换进行检测，对获取的电力线点采用二维霍夫变换和最小二乘拟合的方法计算电力线在XOY投影面内的中心线方程，根据中心线方程求取每条电力线上的激光点。这类方法操作简单，但无法检测出垂直排列的多根电力线，此外将三维点云退化为栅格处理会丢失必要的信息，对电力线识别的精度较低，造成对电力线检测结果不准确的问题。第二种基于三维点云数据进行电力线识别，通过确定电塔位置、电塔数量、线路轨迹、总档数等信息将线路分档，确定每一档的二维空间范围和相应的电力线激光雷达点云，并分别对每一档的电力线激光雷达点云进行中心化投影和聚类将每一个电力线激光雷达点划分到相应的根，该类方法易受数据量和地形因素影响，且针对单档电力线提取，需要设置分档或分段参数，没有考虑电力线的整体提取，造成对电力线检测结果不准确的问题。总上所述，现有技术中对电力线识别的方法，都存在检测结果不准确的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于布料模拟算法的电力线提取方法和系统，以解决现有技术中对电力线检测结果不准确的问题。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：基于布料模拟算法的电力线提取方法，包括如下步骤：(1)获取激光雷达的激光点云，提取其中的电力线点；(2)设置布料网格尺寸，将布料粒子和激光雷达点云中的电力线点投影到同一平面中；在所述平面中，每个激光雷达点对应一个布料粒子点；(3)计算下布料粒子点在重力作用下和内力作用的位移，得到位于设定高程范围内的电力线点；(4)在平面坐标系内拟合直线，从设定高程范围的电力线点中提取各电力线。进一步的，获取激光雷达的激光点云之后，首先对其进行滤波处理，然后识别其中的非地面点，最后从非地面点中识别电力线点。进一步的，在从非地面点中识别电力线点时，根据特征值判断其中的植被点，根据电塔的形状判断电塔云点，排除其中的植被点和电塔云点，得到其中的电力线点。进一步的，计算重力作用下粒子位移的公式为：其中，m是布料点的质量，设其为常数1，Δt是时间步长，G是常数，根据时间步长和初始位置给定，则可以直接计算布料粒子点的当前位置，X(t)为t时刻节点的位置；计算内力作用下粒子位移的公式为：其中，代表布料粒子点的位移矢量，b为布料粒子点可移动性的标识，当布料粒子点可动时为1，否则为0；和为两个邻近的布料粒子点的位置，为垂直方向上的标准向量，进一步的，所述步骤(4)中，首先将设定高程范围的电力线点拟合成直线方程，然后计算设定高程范围内电力线点到拟合直线的距离，将距离小于设定距离的电力线点删除，并将拟合成的直线方程作为其中一条电力线的直线方程。基于布料模拟算法的电力线提取系统，包括处理器和存储器，所述存储器上存储有用于在所述处理器上执行的计算机程序；所述处理器执行所述计算机程序时，实现如下基于布料模拟算法的电力线提取方法：(1)获取激光雷达的激光点云，提取其中的电力线点；(2)设置布料网格尺寸，将布料粒子和激光雷达点云中的电力线点投影到同一平面中；在所述平面中，每个激光雷达点对应一个布料粒子点；(3)计算下布料粒子点在重力作用下和内力作用的位移，得到位于设定高程范围内的电力线点；(4)在平面坐标系内拟合直线，从设定高程范围的电力线点中提取各电力线。进一步的，获取激光雷达的激光点云之后，首先对其进行滤波处理，然后识别其中的非地面点，最后从非地面点中识别电力线点。进一步的，在从非地面点中识别电力线点时，根据特征值判断其中的植被点，根据电塔的形状判断电塔云点，排除其中的植被点和电塔云点，得到其中的电力线点。进一步的，计算重力作用下粒子位移的公式为：其中，m是布料点的质量，设其为常数1，Δt是时间步长，G是常数，根据时间步长和初始位置给定，则可以直接计算布料粒子点的当前位置，X(t)为t时刻节点的位置；计算内力作用下粒子位移的公式为：其中，代表布料粒子点的位移矢量，b为布料粒子点可移动性的标识，当布料粒子点可动时为1，否则为0；和为两个邻近的布料粒子点的位置，为垂直方向上的标准向量，进一步的，所述步骤(4)中，首先将设定高程范围的电力线点拟合成直线方程，然后计算设定高程范围内电力线点到拟合直线的距离，将距离小于设定距离的电力线点删除，并将拟合成的直线方程作为其中一条电力线的直线方程。本专利技术所提供的技术方案，首先获取包含电力线点的激光点云，然后采用布料模拟算法计算设定高程范围内的电力线点，最后根据拟合的直线从其中识别出各电力线，从而提高对电力线检测的准确性，解决现有技术中对电力线检测结果不准确的问题。附图说明图1为方法实施例中基于布料模拟算法的电力线提取方法的流程图；图2为方法实施例中设定高程范围内存在奇数条电力线的示意图；图3为方法实施例中设定高程范围内存在偶数条电力线的示意图。具体实施方式本专利技术的目的是提供一种基于布料模拟算法的电力线提取方法和系统，以解决现有技术中对电力线检测结果不准确的问题。方法实施例：本实施例所提供的一种基于布料模拟算法的电力线提取方法，其流程如图1所示，包括如下步骤：步骤一：获取激光雷达点云，并对其进行预处理，得到其中的电力线点。对获取的激光雷达点云进行预处理的方法包括如下子步骤：1.1：采用布料模拟滤波算法对激光雷达点云进行滤波处理，滤除地面点，得到其中的非地面点；1.2：对激光雷达点云中的非地面点进行分类，对其中的电力线点进行识别，得到其中的电力线点，计算其中各点到其近邻点的最小距离和平均距离；如果有电力线点到其近邻点的最小距离和平均距离均大于设定距离阈值，则判断该电力线点为粗差点，将其从电力线点中删除。将非地面点设置在三维坐标系中，三维坐标系的XOY平面为与地面平行的平面；利用非地面点的几何特征，采用最小化熵函数确定每个激光点的最佳邻域，用计算的特征值λ1、λ2、λ3构建维数特征，其中λ1＞λ2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于布料模拟算法的电力线提取方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)获取激光雷达的激光点云，提取其中的电力线点；/n(2)设置布料网格尺寸，将布料粒子和激光雷达点云中的电力线点投影到同一平面中；在所述平面中，每个激光雷达点对应一个布料粒子点；/n(3)计算下布料粒子点在重力作用下和内力作用的位移，得到位于设定高程范围内的电力线点；/n(4)在平面坐标系内拟合直线，从设定高程范围的电力线点中提取各电力线。/n

【技术特征摘要】
1.基于布料模拟算法的电力线提取方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)获取激光雷达的激光点云，提取其中的电力线点；
(2)设置布料网格尺寸，将布料粒子和激光雷达点云中的电力线点投影到同一平面中；在所述平面中，每个激光雷达点对应一个布料粒子点；
(3)计算下布料粒子点在重力作用下和内力作用的位移，得到位于设定高程范围内的电力线点；
(4)在平面坐标系内拟合直线，从设定高程范围的电力线点中提取各电力线。


2.根据权利要求1所述的基于布料模拟算法的电力线提取方法，其特征在于，获取激光雷达的激光点云之后，首先对其进行滤波处理，然后识别其中的非地面点，最后从非地面点中识别电力线点。


3.根据权利要求2所述的基于布料模拟算法的电力线提取方法，其特征在于，在从非地面点中识别电力线点时，根据特征值判断其中的植被点，根据电塔的形状判断电塔云点，排除其中的植被点和电塔云点，得到其中的电力线点。


4.根据权利要求1所述的基于布料模拟算法的电力线提取方法，其特征在于，计算重力作用下粒子位移的公式为：



其中，m是布料点的质量，设其为常数1，Δt是时间步长，G是常数，根据时间步长和初始位置给定，则可以直接计算布料粒子点的当前位置，X(t)为t时刻节点的位置；
计算内力作用下粒子位移的公式为：



其中，代表布料粒子点的位移矢量，b为布料粒子点可移动性的标识，当布料粒子点可动时为1，否则为0；和为两个邻近的布料粒子点的位置，为垂直方向上的标准向量，


5.根据权利要求1所述的基于布料模拟算法的电力线提取方法，其特征在于，所述步骤(4)中，首先将设定高程范围的电力线点拟合成直线方程，然后计算设定高程范围内电力线点到拟合直线的距离，将距离小于设定距离的电力线点删除，并将拟合成的直线方程作为其中一条电力线的直线方程。


6.基于布料模拟算法的电力线提取系统，包括处理器和存储器...

【专利技术属性】
技术研发人员：王果，王松果，
申请(专利权)人：河南工程学院，
类型：发明
国别省市：河南;41