一种输电线路无人机巡检影像检测缺陷的精确定位方法技术

本发明专利技术提供了一种输电线路无人机巡检影像检测缺陷的精确定位方法，包括如下步骤：①构建点云空间电气部件分布矢量；②获取缺陷影像方位元素；③建立映射；④精确定位。本发明专利技术通过惯性导航结合GNSS后差分技术获取缺陷影像拍照瞬时相机的高精度POS信息(摄影中心空间坐标、云台角度以及相机焦距等)，在点云空间内模拟摄影中心和成像平面，利用航测共线方程和中心投影成像原理，将激光LiDAR点云空间中电气部件三维点投影到模拟无人机影像二维像平面上，建立巡检影像像素与点云三维点的映射关系，进而实现缺陷像素在点云空间的三维定位。

【技术实现步骤摘要】
一种输电线路无人机巡检影像检测缺陷的精确定位方法
本专利技术涉及一种输电线路无人机巡检影像检测缺陷的精确定位方法，属于输电线路无人机巡检数据处理技术。
技术介绍
随着无人机技术的不断发展，无人机在架空输电线路巡线工作中得到了广泛应用。无人机巡检技术以拍摄输电线路图像为手段，可获取对杆塔、绝缘子、导线、线路走廊、金具等电气设备的高清图像数据，实现对输电线路断线、绝缘子脱落以及异物挂线等缺陷的快速检测。无人机巡检数据处理一般采用图像识别的方式对巡检图像中蕴含缺陷进行自动识别，随着智能化识别技术和手段的不断发展，缺陷自动识别的精度不断提高，基本满足巡检要求。但是，由于无人机巡检图像缺乏检测缺陷的精确位置信息，仅能依靠无人机自带POS信息中存储的无人机拍摄时瞬时坐标，将检测缺陷大致定位到某一杆塔处或某一档中，无法为检修人员明确具体出现缺陷的电气部件，仍需检修人员实地上塔探查。目前，影像检测缺陷的精确定位尚无自动化处理方法，需要检修人员对巡检影像进行目视判别，甚至部分焦距较大、缺乏杆塔整体信息的巡检影像人工无法进行目视判别，仍需要进行实地缺陷定位。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种输电线路无人机巡检影像检测缺陷的精确定位方法，该输电线路无人机巡检影像检测缺陷的精确定位方法通过惯性导航结合GNSS后差分技术获取缺陷影像拍照瞬时相机的高精度POS信息，能够建立巡检影像像素与点云三维点的映射关系，进而实现缺陷像素在点云空间的三维定位，为输电线路运维人员提供明确的缺陷定位信息。本专利技术通过以下技术方案得以实现。本专利技术提供的一种输电线路无人机巡检影像检测缺陷的精确定位方法，包括如下步骤：①构建点云空间电气部件分布矢量：对电力线点云和杆塔点云进行划分，得到电力线和杆塔点云每一个三维点对应的编码，形成电气部件分布矢量文件；②获取缺陷影像方位元素：获取缺陷处影像拍摄瞬时相机的内外方位元素；③建立映射：建立无人机影像像素与点云中三维点之间的映射矩阵；④精确定位：根据映射矩阵，构建影像缺陷在点云空间中的对应点集，同时结合电气部件分布矢量文件中三维点编码属性，形成缺陷定位结果。所述内外方位元素包括内方位元素和外方位元素，其中内方位元素用于描述摄影中心与像片之间位置坐标，外方位元素用于确定摄影光束在摄影瞬间的空间位置和姿态的参数。所述电力线点云编码格式为“类型代码-线路编号-小号连接塔-大号连接塔-电力线编号”。所述杆塔点云编码格式为“类型代码-线路编号-杆塔编号-横担编号”。所述电气部件分布矢量文件中数据格式为“点号，X坐标，Y坐标，Z坐标，编码”。所述步骤③包括如下步骤：a.缺陷粗定位：利用无人机影像的空间坐标值(XS,YS,ZS)以及缺陷类型进行粗定位，得到缺陷位置对应的电力线或者杆塔的编码信息集合；b.三维点投影至像平面框标坐标系：建立三维点至像平面框标坐标系的投影方程，将电气部件分布矢量文件中三维点编码与缺陷粗定位结果进行对比过滤，满足编码要求的三维点通过投影方程投影至像平面，得到其对应框标坐标；c.建立映射矩阵：根据目标影像信息，建立框标坐标与像素坐标系的转换方程，实现三维点到影像像素的映射关系，建立像素坐标与其对应三维点点号的映射关系矩阵。当一像素对应多个三维点时，根据不透视原则，选取距离投影中心最近的三维点点号作为映射矩阵对应位置的最终取值。所述步骤④包括如下步骤：A.构建影像缺陷在点云空间中的对应点集：根据无人机影像缺陷标记的像素范围，遍历像素范围内的像素点并在映射关系矩阵中查询其对应三维点点号，在电气部件分布矢量文件获取对应点号的点信息，加入到缺陷三维点集中；B.缺陷精确定位：结合缺陷类别，以缺陷三维点集出现次数最多的编码作为定位编码，同时根据编码格式将定位编码解析为运维人员明确的定位信息。无人机影像缺陷识别结果包括缺陷类别、概率以及缺陷像素范围。本专利技术的有益效果在于：通过惯性导航结合GNSS后差分技术获取缺陷影像拍照瞬时相机的高精度POS信息(摄影中心空间坐标、云台角度以及相机焦距等)，在点云空间内模拟摄影中心和成像平面，利用航测共线方程和中心投影成像原理，将激光LiDAR点云空间中电气部件三维点投影到模拟无人机影像二维相平面上，建立巡检影像像素与点云三维点的映射关系，进而实现缺陷像素在点云空间的三维定位。具体实施方式下面进一步描述本专利技术的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。本专利技术提供一种输电线路无人机巡检影像检测缺陷的精确定位方法，包括如下步骤：①构建点云空间电气部件分布矢量：对电力线点云和杆塔点云进行划分，得到电力线和杆塔点云每一个三维点对应的编码，形成电气部件分布矢量文件；②获取缺陷影像方位元素：获取缺陷影像拍摄瞬时相机的高精度内外方位元素；③建立映射：建立无人机影像像素与点云中三维点之间的映射矩阵；④精确定位：根据映射矩阵，构建影像缺陷在点云空间中的对应点集，同时结合电气部件分布矢量文件中三维点编码属性，形成缺陷定位结果。所述内外方位元素包括内方位元素和外方位元素，其中内方位元素用于描述摄影中心与像片之间位置坐标，外方位元素用于确定摄影光束在摄影瞬间的空间位置和姿态的参数。所述电力线点云编码格式为“类型代码-线路编号-小号连接塔-大号连接塔-电力线编号”。所述杆塔点云编码格式为“类型代码-线路编号-杆塔编号-横担编号”。所述电气部件分布矢量文件中数据格式为“点号，X坐标，Y坐标，Z坐标，编码”。所述步骤③包括如下步骤：a.缺陷粗定位：利用无人机影像的空间坐标值以及缺陷类型进行粗定位，得到缺陷位置大致对应的电力线或者杆塔的编码信息集合；b.三维点投影至像平面框标坐标系：建立三维点至像平面框标坐标系的投影方程，将电气部件分布矢量文件中三维点编码与缺陷粗定位结果进行对比过滤，满足编码要求的三维点通过投影方程投影至像平面，得到其对应框标坐标；c.建立映射矩阵：根据目标影像信息，建立框标坐标与像素坐标系的转换方程，实现三维点到影像像素的映射关系，建立像素坐标与其对应三维点点号的映射关系矩阵。当一像素对应多个三维点时，根据不透视原则，选取距离投影中心最近的三维点点号作为映射矩阵对应位置的最终取值。所述步骤④包括如下步骤：A.构建影像缺陷在点云空间中的对应点集：根据无人机影像缺陷像素范围，遍历像素范围内的像素点并在映射关系矩阵中查询其对应三维点点号，在电气部件分布矢量文件获取对应点号的点信息，加入到缺陷三维点集中；B.缺陷精确定位：结合缺陷类别，以缺陷三维点集出现次数最多的编码作为定位编码，同时根据编码格式将定位编码解析为运维人员明确的定位信息。无人机影像缺陷识别结果包括缺陷类别、概率以及缺陷像素范围。实施例1机载激光LiDAR技术能够快速获取数十上百米带宽输电线路通道点云数据，其点云数据记录了整个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种输电线路无人机巡检影像检测缺陷的精确定位方法，其特征在于：包括如下步骤：/n①构建点云空间电气部件分布矢量：对电力线点云和杆塔点云进行划分，得到电力线和杆塔点云每一个三维点对应的编码，形成电气部件分布矢量文件；/n②获取缺陷影像方位元素：获取缺陷影像拍摄瞬时相机的内外方位元素；/n③建立映射：建立无人机影像像素与点云中三维点之间的映射矩阵；/n④精确定位：根据映射矩阵，构建影像缺陷在点云空间中的对应点集，同时结合电气部件分布矢量文件中三维点编码属性，形成缺陷定位结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种输电线路无人机巡检影像检测缺陷的精确定位方法，其特征在于：包括如下步骤：
①构建点云空间电气部件分布矢量：对电力线点云和杆塔点云进行划分，得到电力线和杆塔点云每一个三维点对应的编码，形成电气部件分布矢量文件；
②获取缺陷影像方位元素：获取缺陷影像拍摄瞬时相机的内外方位元素；
③建立映射：建立无人机影像像素与点云中三维点之间的映射矩阵；
④精确定位：根据映射矩阵，构建影像缺陷在点云空间中的对应点集，同时结合电气部件分布矢量文件中三维点编码属性，形成缺陷定位结果。


2.如权利要求1所述的输电线路无人机巡检影像检测缺陷的精确定位方法，其特征在于：所述内外方位元素包括内方位元素和外方位元素，其中内方位元素用于描述摄影中心与像片之间位置坐标，外方位元素用于确定摄影光束在摄影瞬间的空间位置和姿态的参数。


3.如权利要求1所述的输电线路无人机巡检影像检测缺陷的精确定位方法，其特征在于：所述电力线点云编码格式为“类型代码-线路编号-小号连接塔-大号连接塔-电力线编号”。


4.如权利要求1所述的输电线路无人机巡检影像检测缺陷的精确定位方法，其特征在于：所述杆塔点云编码格式为“类型代码-线路编号-杆塔编号-横担编号”。


5.如权利要求1所述的输电线路无人机巡检影像检测缺陷的精确定位方法，其特征在于：所述电气部件分布矢量文件中数据格式为“点号，X坐标，Y坐标，Z坐标，编码”。


6.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙新，余容，王迪，吴绍华，胡伟，潘健，赵健，李颜均，李贤烨，刘丹丹，姜苏，陈雨然，
申请(专利权)人：中国电建集团贵州电力设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州;52