架空输电线路工程激光点云分类方法技术

本发明专利技术涉及一种输电线路工程中数据处理中的分类方法，特别是一种架空输电线路工程激光点云分类方法，其要点在于：将最大安全弧垂面与点云制作的DSM进行相交分析，确定危险范围，避免人工主观判断危险区域出错和遗漏；利用地形分析方法对区域地形分类后，可以避免人工主观带来的偏差，同时，通过迭代分类参数进行点云分类，减少人工配置分类参数造成的主观影响，提高自动分类结果的准确性；针对不同危险区域采用不同的点云编辑方法，保证了关键位置DEM成果的准确性，提高点云数据处理的效率和成果质量，为输电线路安全设计、施工和运维提供良好的技术基础。

【技术实现步骤摘要】
架空输电线路工程激光点云分类方法
本专利技术涉及一种输电线路工程中数据处理中的分类方法，特别是一种架空输电线路工程激光点云分类方法。
技术介绍
在输电线路设计过程中，DEM（数字高程模型（DigitalElevationModel)）主要利用机载激光扫描技术，用于采集线路断面、塔基断面等，可以获取输电线路走廊的点云数据，经过点云滤波分类和编辑后，得到地面点，构建DEM，为输电线路安全设计提供重要基础高程资料。在植被茂盛地区，传统基于影像的摄影测量技术无法避免的植被遮挡问题，导致植被下方地面高程无法准确测量，因此制作的DEM精度无法保证，而激光点云技术具备一定的植被穿透能力，是目前解决植被遮挡问题最优测量方案。现有在激光点云数据处理过程中，点云的滤波和分类提取在整个数据处理中大约占60%~80%的工作量，尤其是植被茂盛遮挡严重的地区，需要进行全面的人工检查和编辑。然而人工处理误差大，效率低，且最重要的是容易遗漏输电线路走廊的危险点，这将导致线路施工或运营难以进行，从而产生重大改线情况，甚至是安全事故，造成经济损失、工期延误以及人身和财产损失。
技术实现思路
本专利技术的目的在于根据现有技术的不足之处而提供一种处理效率高、有效避免遗漏危险点、确保施工运营稳定运行、提高线路工程安全性的架空输电线路工程激光点云分类方法。本专利技术所述目的是通过以下途径来实现的：架空输电线路工程激光点云分类方法，其要点在于，包括如下步骤：1）提供点云数据处理系统，导入所获取的输电线路走廊的激光点云数据，并对激光点云数据进行滤波，以剔除明显错误点；2）根据滤波后的激光点云数据制作数字地表模型DSM；3）获取输电线路走廊上全部杆塔的设计数据，包括三维坐标、塔型、高程值、绝缘子串长度和最大风偏角，其中高程值为实测高程值；4）根据各个杆塔的设计数据，遍历全部相邻杆塔，利用悬链线方程模拟各线路弧垂，获取线路最大弧垂并计算最大风偏角；在模拟各线路弧垂基础上，以各高程值统一减去对对线最大安全距离作为缓冲安全距离，并以该缓冲安全距离作为相应的安全弧垂线；5）以两绝缘子串或导线挂点连线作为旋转轴，分别将线路中心线、左边线和右边线的安全弧垂线连同绝缘子串共同旋转，向左和向右分别旋转0.5倍的最大风偏角，并以线路中心线、左边线和右边线的安全弧垂线因旋转分别构成的三个曲面为各自相应的安全弧垂面；6）对三个安全弧垂面进行相交处理，并在相交处获取高程最低值，从而构成最大安全弧垂面；7）将相邻杆塔间的DSM按照边线和范围线分割为5个范围面：①两条边线范围内的为边线面，设为a面；②左边线与左范围线的区域为左范围面，设为b面；③右边线与右范围线的区域为右范围面，设为c面；④左范围线到DSM数据边缘为左风偏面，设为d面；右范围线到DSM数据边缘为右风偏面，设为e面；8）遍历a~e全部范围面，分别与最大安全弧垂面进行3D相交分析，查找两者相交的范围，提取相交边的闭合线，即危险范围线，并赋不同的颜色：①边线面与最大安全弧垂面的相交生成边线危险范围线，设置为红色；②左范围面和右范围面与最大安全弧垂面相交生成平面危险范围线，设置为洋红色；③左风偏面、右风偏面分别与最大安全弧垂面相交生成风偏危险范围线，设为黄色；9）根据输电线路电压等级，将风偏危险范围线沿垂直线路且远离线路的方向延伸指定的距离；并将全部的危险范围线制作为点云数据处理系统支持的矢量文件格式；10）在点云数据处理系统中，按照输电线路走廊地形设定地面点分类参数，包括最大建筑物的边长Maxbuildingsize、地表所允许的最大坡度Terrainangle和反复参数，并生成初始DEM；11）对初始DEM进行地形分析，提取反映地形的各个因子，包括坡度、坡向、高程分带和地形校正，按照地形坡度进行分级以划分为不同的地形类别，然后按照地形类别将点云数据划分为多个子区域；12）遍历子区域，在初始的地面点分类参数的基础上，对地面点分类参数的反复参数和最大坡度进行迭代，重新开始自动分类，直到分类出的地面点增加小于5%，然后根据得到的自动分类地面点并重新制作DEM；13）在点云数据处理系统中将自动分类地面点渲染出的高程模型与危险范围线文件同时显示，进一步遍历全部危险范围线，计算危险范围线内的地面点密度；14）对照影像及外业实测高程点，并根据精度设定，查找危险范围线内存在的地面点缺失或密度不足区域，并进行编辑，包括采集高程点和地形拟合；15）利用外业实测高程点和编辑后的点云地面点，构建最终DEM用于制作断面图。综上所述，本专利技术提供了一种架空输电线路工程激光点云分类方法，其技术要点和技术效果包括：1、拟合最大弧垂及最大风偏角下的电力曲线并考虑安全距离，制作最大安全弧垂面，将极端条件下的电力线位置考虑到设计范围中，可以最大程度上模拟现实电力曲线的位置。将最大安全弧垂面与点云制作的DSM进行相交分析，确定危险范围，避免人工主观判断危险区域出错和遗漏。2、利用地形分析方法对区域地形分类后，可以避免人工主观带来的偏差，同时，通过迭代分类参数进行点云分类，减少人工配置分类参数造成的主观影响，提高自动分类结果的准确性。3、针对不同危险区域采用不同的点云编辑方法，一方面剔除了对线路绝对无安全影响的区域点云的编辑工作，另一方面可以提高点云处理的针对性，减少了点云编辑的工作量，保证了关键位置DEM成果的准确性，更加适应输电线路对DEM数据的特殊要求。4、将外业实测地面高程点与点云中的地面点融合，同时构建DEM，提高了数据的利用效率和成果精度。5、本专利技术针对影响输电线路工程安全设计过程中，对地理信息数据的特殊要求，进行针对性的处理。通过拟合输电线路和最大工况下的弧垂，查找架空输电线路走廊中的危险区域，通过对点云数据处理方法的优化，对危险区域内的点云进行针对性的检查和重点分析，在避免遗漏危险点的同时，提高点云数据处理的效率和成果质量，为输电线路安全设计、施工和运维提供良好的技术基础。附图说明图1为本专利技术所述的架空输电线路工程激光点云分类方法的步骤流程示意图。下面结合实施例对本专利技术做进一步描述。具体实施方式最佳实施例：为提供更好的理解本专利技术，以下提供本专利技术所述输电线路及点云数据技术中各名词定义：线路中心线：输电线路杆塔中心点的连线。线路边线：输电线路导线边线。输电线路断面图：沿线路中心先的剖面线，标志沿中心线的地形、被夸地物的位置和高程。输电线路的断面线共三根，左右边线及中心线各截取一根断面。线路平面图范围：沿线路中心线向左右各20-75m带状区域。DSM：数字地表模型（DigitalSurfaceModel）是指包含了地表建筑物、桥梁和树木等高度的地面高程模型。DEM：数字高程模型（DigitalElevationModel)，简称DEM，是通过有限的地形高程数据实现对地面地形的数字化模拟（即本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.架空输电线路工程激光点云分类方法，其特征在于，包括如下步骤：/n1）提供点云数据处理系统，导入所获取的输电线路走廊的激光点云数据，并对激光点云数据进行滤波，以剔除明显错误点；/n2）根据滤波后的激光点云数据制作数字地表模型DSM；/n3）获取输电线路走廊上全部杆塔的设计数据，包括三维坐标、塔型、高程值、绝缘子串长度和最大风偏角，其中高程值为实测高程值；/n4）根据各个杆塔的设计数据，遍历全部相邻杆塔，利用悬链线方程模拟各线路弧垂，获取线路最大弧垂并计算最大风偏角；在模拟各线路弧垂基础上，以各高程值统一减去对对线最大安全距离作为缓冲安全距离，并以该缓冲安全距离作为相应的安全弧垂线；/n5）以两绝缘子串或导线挂点连线作为旋转轴，分别将线路中心线、左边线和右边线的安全弧垂线连同绝缘子串共同旋转，向左和向右分别旋转0.5倍的最大风偏角，并以线路中心线、左边线和右边线的安全弧垂线因旋转分别构成的三个曲面为各自相应的安全弧垂面；/n6）对三个安全弧垂面进行相交处理，并在相交处获取高程最低值，从而构成最大安全弧垂面；/n7）将相邻杆塔间的DSM按照边线和范围线分割为5个范围面：①两条边线范围内的为边线面，设为a面；②左边线与左范围线的区域为左范围面，设为b面；③右边线与右范围线的区域为右范围面，设为c面；④左范围线到DSM数据边缘为左风偏面，设为d面；右范围线到DSM数据边缘为右风偏面，设为e面；/n8）遍历a~e全部范围面，分别与最大安全弧垂面进行3D相交分析，查找两者相交的范围，提取相交边的闭合线，即危险范围线，并赋不同的颜色：①边线面与最大安全弧垂面的相交生成边线危险范围线，设置为红色；②左范围面和右范围面与最大安全弧垂面相交生成平面危险范围线，设置为洋红色；③左风偏面、右风偏面分别与最大安全弧垂面相交生成风偏危险范围线，设为黄色；/n9）根据输电线路电压等级，将风偏危险范围线沿垂直线路且远离线路的方向延伸指定的距离；并将全部的危险范围线制作为点云数据处理系统支持的矢量文件格式；/n10）在点云数据处理系统中，按照输电线路走廊地形设定地面点分类参数，包括最大建筑物的边长Max building size、地表所允许的最大坡度Terrain angle和反复参数，并生成初始DEM；/n11）对初始DEM进行地形分析，提取反映地形的各个因子，包括坡度、坡向、高程分带和地形校正，按照地形坡度进行分级以划分为不同的地形类别，然后按照地形类别将点云数据划分为多个子区域；/n12）遍历子区域，在初始的地面点分类参数的基础上，对地面点分类参数的反复参数和最大坡度进行迭代，重新开始自动分类，直到分类出的地面点增加小于5%，然后根据得到的自动分类地面点并重新制作DEM；/n13）在点云数据处理系统中将自动分类地面点渲染出的高程模型与危险范围线文件同时显示，进一步遍历全部危险范围线，计算危险范围线内的地面点密度；/n14）对照影像及外业实测高程点，并根据精度设定，查找危险范围线内存在的地面点缺失或密度不足区域，并进行编辑，包括采集高程点和地形拟合；/n15）利用外业实测高程点和编辑后的点云地面点，构建最终DEM用于制作断面图。/n...

【技术特征摘要】
1.架空输电线路工程激光点云分类方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）提供点云数据处理系统，导入所获取的输电线路走廊的激光点云数据，并对激光点云数据进行滤波，以剔除明显错误点；
2）根据滤波后的激光点云数据制作数字地表模型DSM；
3）获取输电线路走廊上全部杆塔的设计数据，包括三维坐标、塔型、高程值、绝缘子串长度和最大风偏角，其中高程值为实测高程值；
4）根据各个杆塔的设计数据，遍历全部相邻杆塔，利用悬链线方程模拟各线路弧垂，获取线路最大弧垂并计算最大风偏角；在模拟各线路弧垂基础上，以各高程值统一减去对对线最大安全距离作为缓冲安全距离，并以该缓冲安全距离作为相应的安全弧垂线；
5）以两绝缘子串或导线挂点连线作为旋转轴，分别将线路中心线、左边线和右边线的安全弧垂线连同绝缘子串共同旋转，向左和向右分别旋转0.5倍的最大风偏角，并以线路中心线、左边线和右边线的安全弧垂线因旋转分别构成的三个曲面为各自相应的安全弧垂面；
6）对三个安全弧垂面进行相交处理，并在相交处获取高程最低值，从而构成最大安全弧垂面；
7）将相邻杆塔间的DSM按照边线和范围线分割为5个范围面：①两条边线范围内的为边线面，设为a面；②左边线与左范围线的区域为左范围面，设为b面；③右边线与右范围线的区域为右范围面，设为c面；④左范围线到DSM数据边缘为左风偏面，设为d面；右范围线到DSM数据边缘为右风偏面，设为e面；
8）遍历a~e全部范围面，分别与最大安全弧垂面进行3D相交分析，查找两者相交的范围，提取相交边的闭合线，即危险...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亚男，凃道勇，刘丰，陈西强，魏锦德，王骏，曾庆权，宋志辉，王寅珂，赖建雯，
申请(专利权)人：中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35