基于SAR图像的输电线垂悬变化检测方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术是关于一种基于SAR图像的输电线垂悬变化检测方法和装置，所述方法包括：获取输电塔的空间位置信息和SAR卫星的轨道数据信息；根据所述输电塔的空间位置信息和SAR卫星的轨道数据信息，确定输电塔在SAR图像上的位置信息；基于所述输电塔在所述SAR图像上的位置信息，建立输电线范围区域，并截取不同时刻输电线范围内的目标SAR图像；基于所述目标SAR图像识别所述输电线的散射信号；确定存在散射信号变化的目标输电线，并确定所述目标输电线的空间位置信息；根据所述目标输电线的空间位置信息和散射信号变化确定所述目标输电线的垂悬变化信息。通过该技术方案，为输电线垂悬状态巡检提供了快捷有效的手段。状态巡检提供了快捷有效的手段。状态巡检提供了快捷有效的手段。

【技术实现步骤摘要】
基于SAR图像的输电线垂悬变化检测方法和装置


[0001]本公开涉及合成孔径雷达
，尤其涉及一种基于SAR图像的输电线垂悬变化检测方法和装置。

技术介绍

[0002]高压线路巡检是国家电网每年重要的运营维护工作之一，近年来由于地理环境复杂和自然灾害频发，国网电塔倒塌、输电线路断裂造成的断电事故时有发生。当前人工巡检是当前电塔巡检的主要方式。这种方式存在巡检效率低，巡检结果受主观影响大等方面问题，同时在人迹罕至的偏远地区难以开展巡检工作。
[0003]输电线垂悬是电路设计和维护的重要指标，它的状态直接影响到线路的安全稳定运行。

技术实现思路

[0004]为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种基于SAR（Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达）图像的输电线垂悬变化检测方法和装置，可以通过检测输电线在不同SAR图像中的散射信号变化来反演输电线的垂悬变化特征，为输电线垂悬状态巡检提供了快捷有效的手段。
[0005]根据本公开实施例的第一方面，提供一种基于SAR图像的输电线垂悬变化检测方法，所述方法包括：获取输电塔的空间位置信息和SAR卫星的轨道数据信息；根据所述输电塔的空间位置信息和SAR卫星的轨道数据信息，确定输电塔在SAR图像上的位置信息；基于所述输电塔在所述SAR图像上的位置信息，建立输电线范围区域，并截取不同时刻输电线范围内的目标SAR图像；基于所述目标SAR图像识别所述输电线的散射信号；确定存在散射信号变化的目标输电线，并确定所述目标输电线的空间位置信息；根据所述目标输电线的空间位置信息和散射信号变化确定所述目标输电线的垂悬变化信息。
[0006]在一个实施例中，优选地，所述确定存在散射信号变化的目标输电线，并确定所述目标输电线的空间位置信息包括：根据所述目标SAR图像建立SAR幅度影像差异图，检测存在散射信号变化的目标输电线，并提取所述目标输电线的空间位置信息。
[0007]在一个实施例中，优选地，根据所述目标输电线的空间位置信息和散射信号变化确定所述目标输电线的垂悬变化信息，包括：采用以下公式，确定所述输电线的散射信号在SAR图像中可被检测的两个边界位置与输电线最低点位置之间的变化关系：
其中，y1表示所述输电线的散射信号在所述SAR图像中可被检测的第一边界对应的输电线目标空间位置，y2表示所述输电线的散射信号在所述SAR图像中可被检测的第二边界对应的输电线目标空间位置，z
Low
表示所述输电线最低点的高程，l表示所述输电线的水平长度，k表示悬链线参数；根据所述变化关系确定所述垂悬变化信息。
[0008]在一个实施例中，优选地，所述输电线的散射信号在SAR图像中可被检测的两个边界位置与输电线最低点位置之间的变化关系的确定过程包括：建立空间直角坐标系，X轴指向正东方向，Y轴指向正北方向，Z轴指向天空方向；将输电线分割成长度相等的小圆柱体集合，则第i段圆柱体方向向量表示为:设定输电线走向沿Y轴方向，则圆柱体方向向量的微分表达形式为：基于以下悬链线方程：则有：简化为：计算圆柱体方向向量与卫星照射方向向量的夹角角度θ
s
:其中，设定圆柱体方向向量与卫星照射方向向量分布在范围[θ
1,
θ2]内时，输电线的散射信号在SAR图像中可检测；令cosθ
s
=cosθ1时，构建关于y1、k的函数：其中，y1为θ1条件下时，输电线的散射信号在SAR图像中可被检测的边界：基于隐函数的求导公式，计算得到:同理，当令cosθ
s
=cosθ2时，计算得到：
对于输电线而言，悬链线参数k的变化会引起输电线最低点高度的变化；定义输电线最低点的高程为z
Low
，当输电线的水平长度为l的条件下，z
Low
的数学表达式为：根据求导理论，计算得到：最终，针对两个边界条件y1和y2，得到：，得到：在一个实施例中，优选地，θ1和θ2分别取值为89.5
°
和90.5
°
。
[0009]在一个实施例中，优选地，根据所述输电塔的空间位置信息和SAR卫星的轨道数据信息，确定输电塔在SAR图像上的位置信息，包括：通过零多普勒方程计算输电站对应的方位时刻t
a
；根据所述方位时刻计算所述输电塔在所述SAR图像上的粗略坐标；以输电塔的粗略坐标为窗口中心，在SAR图像中建立窗口，并搜索幅度最强的信号位置，确定输电塔在SAR图像上的位置信息。
[0010]在一个实施例中，优选地，零多普勒方程为：其中，S(t
a
)为SAR卫星在(t
a
)时刻的三维空间位置坐标，T为所述输电塔的空间位置信息，V(t
a
)为SAR卫星在t
a
时刻的速度；采用以下计算公式计算所述输电塔在所述SAR图像上的粗略坐标[l，p]；式中，l为SAR图像的方位坐标，p为SAR图像的距离坐标，t
a1
为SAR图像的方位起始时刻，t
r1
为SAR图像的距离起始时刻，PRF为SAR图像的方位向采样频率，RSR为SAR图像的距离向采样频率，t
r
为输电塔对应的距离向时间，c为光速。
[0011]根据本公开实施例的第二方面，提供一种基于SAR图像的输电线垂悬变化检测装置，所述装置包括：
获取模块，用于获取输电塔的空间位置信息和SAR卫星的轨道数据信息；第一确定模块，用于根据所述输电塔的空间位置信息和SAR卫星的轨道数据信息，确定输电塔在SAR图像上的位置信息；截取模块，用于基于所述输电塔在所述SAR图像上的位置信息，建立输电线范围区域，并截取不同时刻输电线范围内的目标SAR图像；识别模块，用于基于所述目标SAR图像识别所述输电线的散射信号；第二确定模块，用于确定存在散射信号变化的目标输电线，并确定所述目标输电线的空间位置信息；第三确定模块，用于根据所述目标输电线的空间位置信息和散射信号变化确定所述目标输电线的垂悬变化信息。
[0012]根据本公开实施例的第三方面，提供一种基于SAR技术的水域电力线弧垂反演装置，所述装置包括：处理器；用于存储处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为：获取输电塔的空间位置信息和SAR卫星的轨道数据信息；根据所述输电塔的空间位置信息和SAR卫星的轨道数据信息，确定输电塔在SAR图像上的位置信息；基于所述输电塔在所述SAR图像上的位置信息，建立输电线范围区域，并截取不同时刻输电线范围内的目标SAR图像；基于所述目标SAR图像识别所述输电线的散射信号；确定存在散射信号变化的目标输电线，并确定所述目标输电线的空间位置信息；根据所述目标输电线的空间位置信息和散射信号变化确定所述目标输电线的垂悬变化信息。
[0013]根据本公开实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现第一方面中任一项所述方法的步骤。
[0014]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于SAR图像的输电线垂悬变化检测方法，其特征在于，所述方法包括：获取输电塔的空间位置信息和SAR卫星的轨道数据信息；根据所述输电塔的空间位置信息和SAR卫星的轨道数据信息，确定输电塔在SAR图像上的位置信息；基于所述输电塔在所述SAR图像上的位置信息，建立输电线范围区域，并截取不同时刻输电线范围内的目标SAR图像；基于所述目标SAR图像识别所述输电线的散射信号；确定存在散射信号变化的目标输电线，并确定所述目标输电线的空间位置信息；根据所述目标输电线的空间位置信息和散射信号变化确定所述目标输电线的垂悬变化信息。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定存在散射信号变化的目标输电线，并确定所述目标输电线的空间位置信息包括：根据所述目标SAR图像建立SAR幅度影像差异图，检测存在散射信号变化的目标输电线，并提取所述目标输电线的空间位置信息。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述目标输电线的空间位置信息和散射信号变化确定所述目标输电线的垂悬变化信息，包括：采用以下公式，确定所述输电线的散射信号在SAR图像中可被检测的两个边界位置与输电线最低点位置之间的变化关系：其中，y1表示所述输电线的散射信号在所述SAR图像中可被检测的第一边界对应的输电线目标空间位置，y2表示所述输电线的散射信号在所述SAR图像中可被检测的第二边界对应的输电线目标空间位置，z
Low
表示所述输电线最低点的高程，l表示所述输电线的水平长度，k表示悬链线参数；根据所述变化关系确定所述垂悬变化信息。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述输电线的散射信号在SAR图像中可被检测的两个边界位置与输电线最低点位置之间的变化关系的确定过程包括：建立空间直角坐标系，X轴指向正东方向，Y轴指向正北方向，Z轴指向天空方向；将输电线分割成长度相等的小圆柱体集合，则第i段圆柱体方向向量表示为:设定输电线走向沿Y轴方向，则圆柱体方向向量的微分表达形式为：基于以下悬链线方程：
则有：简化为：计算圆柱体方向向量与卫星照射方向向量的夹角角度θ
s
:其中，设定圆柱体方向向量与卫星照射方向向量分布在范围[θ
1,
θ2]内时，输电线的散射信号在SAR图像中可检测；令cosθ
s
=cosθ1时，构建关于y1、k的函数：其中，y1为θ1条件下时，输电线的散射信号在SAR图像中可被检测的边界：基于隐函数的求导公式，计算得到:同理，当令cosθ
s
=cosθ2时，计算得到：对于输电线而言，悬链线参数k的变化会引起输电线最低点高度的变化；定义输电线最低点的高程为z
Low
，当输电线的水平长度为l的条件下，z
Low
的数学表达式为：根据求导理论，计算得到：最终，针对两个边界条件y1和y2，得到：最终，针对两个边界条件y1和y2，得到：。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，θ1和θ2分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱茂，王松松，李吉平，葛春青，王大伟，周海兵，肖恒，
申请(专利权)人：北京东方至远科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：