基于高精度三维点云数据计算雷击保护角的方法技术

本申请涉及基于高精度三维点云数据计算雷击保护角的方法，包括如下步骤：采集目标区域的点云数据：根据所述点云数据计算塔顶点的位置；计算杆塔点云分布直方图；根据所述直方图确定横担和地线位置；基于所述横担和地线位置，通过计算获得雷击保护角。本申请的输入数据易于获取，自动化程度高。易于采用计算机程序语言实现，复杂度不高。输入数据采用无人机点云，易于获取。相较于人工测量而言自动化程度大幅提升。实时性强，成本低。采用点云获取的方式实时性强，发生自然灾害或突发事件时表现出一定的灵活性，节省成本。结果准确，效率高。点云是基于杆塔的真实数据扫描而来，测量结果依赖于点云的精度。因此保护角测量的精度可以达厘米级。达厘米级。达厘米级。

【技术实现步骤摘要】
基于高精度三维点云数据计算雷击保护角的方法


[0001]本专利技术涉及防雷工程
，具体而言，涉及基于高精度三维点云数据计算雷击保护角的方法。

技术介绍

[0002]输电线路规模大、覆盖范围广、所经过的地形环境复杂，需要定期对线路和杆塔本体进行检测评估。输电线路的地线保护角为：杆塔处，不考虑风偏，地线对水平面的垂线和地线与导线或分裂导线最外侧子导线连线之间的夹角。如下图1所示：
[0003]雷击保护角根据公式计算，公式为：其中，h表示导线和避雷线的垂直距离；b表示导线和避雷线的水平距离；
[0004]地线保护角与线路雷电跳闸率有很大关系。雷电引起的跳闸主要分成两种情况，一是绕击，非常高的雷电电压直接施加在导线上，直接导致绝缘子串放电；二是反击，即雷电击中杆塔塔顶或邻近的地线，塔顶电位升高，在塔顶和导线间产生电位差而使绝缘子串放电。雷电绕击的危害相当严重，减小保护角有利于减小绕击的情况，但同时会增加反击的概率。保护角在施工放样时已经确定，在输电线路常年运营过程中，铁塔会遭受导线的拉力、大风、覆冰、高温等环境因素变得弯折，其保护角亦发生了变化。
[0005]现有的测量相间距离的技术方案可以分成以下几种：
[0006]人工量测。人工量测需要使用全站仪等仪器直接对保护角进行量测。这种方法精度高，但效率低下，输电线路范围广，跨度大，大量采用人工量测势必会大大增加维护成本和人力投入。
[0007]专利CN201210261333.0一种输电线路实际防雷保护角的测定方法。这种方法首先需要利用二维输电线路走廊的分布图和海拔高程地图。通过扫描和投影叠置分析得到输电线路走廊的三维分布，然后再的通过在任意档距段做垂线的方式确定误差角，最后通过误差角修正得到实际保护角。这种方法需要大量的前置数据，虽然能准确计算出实际的防雷保护角，但步骤繁琐，实时性差。该方法需要输入准确的海拔高程地图和输电线路走廊分布图，这本身就要投入许多人力和物力，实际操作时有一定的困难。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供基于高精度三维点云数据计算雷击保护角的方法，以解决上述的问题。
[0009]为了实现本专利技术的上述目的，采用以下技术方案：
[0010]本申请提供了一种基于高精度三维点云数据计算雷击保护角的方法，包括如下步骤：
[0011]步骤100：采集目标区域的点云数据：
[0012]步骤200：根据所述点云数据计算塔顶点的位置；
[0013]步骤300：计算杆塔点云分布直方图；
[0014]步骤400：根据所述直方图确定横担和地线位置；
[0015]步骤500：基于所述横担和地线位置，通过计算获得雷击保护角。
[0016]进一步地，步骤100：采集目标区域的点云数据，具体方法是：
[0017]通过三维激光雷达扫描周围环境，采集周围环境的点云数据，将采集的周围环境的点云数据进行分类，提取出目标区域的点云数据。
[0018]进一步地，步骤200：根据所述点云数据计算塔顶点的位置，具体方法是：
[0019]提取已经分类好的杆塔数据，计算塔杆点云数据包围盒，将包围盒中心作为杆塔点坐标，该杆塔点坐标在顺线路方向落在杆塔中心上。
[0020]进一步地，步骤300：计算杆塔点云分布直方图，具体方法是：
[0021]将杆塔点云抽取出来,假设顺线路方向为Dir
顺
，垂直线路方向为Dir
垂
，天顶方向为Dir
天
，则以步骤200所求杆塔中心为平面上一点，顺线路方向Dir
顺
为平面法向，对杆塔进行平面投影,投影后，全部杆塔数据将被投影到以杆塔中心为原点，x轴为Dir
垂
，y轴为Dir
天
的二维平面坐标系中,将三维点云变成二维点云，对二维点云按预设高度进行分层，从而得到投影长度直方图和密度直方图。
[0022]进一步地，对二维点云按预设高度进行分层，从而得到投影长度直方图和密度直方图的具体方法是：
[0023]将二维点云按每层高度为0.5m进行分层，分层后，计算每一层点云以原点为中心在Dir
垂
方向上的投影，计算完成后，各个层的投影大小就形成了点云的投影长度直方图；
[0024]同时计算的还有各个层的点云的相对密度，计算完成后，形成密度直方图。
[0025]进一步地，各个层的点云的相对密度的计算方式为：ε
i
＝proj
biggest
/num
i
[0026]其中，proj
biggest
表示所有层中的最大投影值；num
i
表示假设各个层的点个数，ε
i
表示各个层的点云的相对密度。
[0027]进一步地，步骤400：根据直方图确定横担和地线位置，具体方法为：
[0028]按照从最上层到最下层的顺序进行遍历，最上层作为地线层；
[0029]对每一层的点云，取上下各三层共7层点云，分别对其投影长度和点云密度进行对比，判断当前层是否为横担。
[0030]进一步地，判断当前层是否为横担的判断标准为：
[0031]在投影长度直方图中，该当前层的投影值大于其余六层的投影值，即该当前层的投影值为局部峰值，即可判断满足第一个标准；
[0032]在密度直方图中，该当前层的密度大于密度阈值，即可判断满足第二个标准；
[0033]同时满足第一个标准和第二个标准的情况下，该当前层即可判断为横担层。
[0034]进一步地，密度阈值设置为全部层密度的平均值ε
mean
，该层的密度大于平均值ε
mean
，即可判断满足第二个标准。
[0035]进一步地，步骤500：基于横担和地线位置，计算雷击保护角，具体方法是：
[0036]基于步骤400中获取的横担层和地线层，分别求出横担层和地线层投影最大的点云，通过计算得到雷击保护角。
[0037]采用上述技术方案，本专利技术具有如下有益效果：
[0038]1、本申请的输入数据易于获取，自动化程度高。
[0039]本方法易于采用计算机程序语言实现，复杂度不高。输入数据采用无人机点云，易于获取。相较于人工测量而言自动化程度大幅提升。
[0040]2、实时性强，成本低。
[0041]采用点云获取的方式实时性强，发生自然灾害或突发事件时表现出一定的灵活性，节省成本。
[0042]3、结果准确，效率高。
[0043]点云是基于杆塔的真实数据扫描而来，测量结果依赖于点云的精度。因此保护角测量的精度可以达厘米级。
附图说明
[0044]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于高精度三维点云数据计算雷击保护角的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤100：采集目标区域的点云数据：步骤200：根据所述点云数据计算塔顶点的位置；步骤300：计算杆塔点云分布直方图；步骤400：根据所述直方图确定横担和地线位置；步骤500：基于所述横担和地线位置，通过计算获得雷击保护角。2.根据权利要求1所述的基于高精度三维点云数据计算雷击保护角的方法，其特征在于，步骤100：采集目标区域的点云数据，具体方法是：通过三维激光雷达扫描周围环境，采集周围环境的点云数据，将采集的周围环境的点云数据进行分类，提取出目标区域的点云数据。3.根据权利要求2所述的基于高精度三维点云数据计算雷击保护角的方法，其特征在于，步骤200：根据所述点云数据计算塔顶点的位置，具体方法是：提取已经分类好的杆塔数据，计算塔杆点云数据包围盒，将包围盒中心作为杆塔点坐标，该杆塔点坐标在顺线路方向落在杆塔中心上。4.根据权利要求3所述的基于高精度三维点云数据计算雷击保护角的方法，其特征在于，步骤300：计算杆塔点云分布直方图，具体方法是：将杆塔点云抽取出来,假设顺线路方向为Dir
顺
，垂直线路方向为Dir
垂
，天顶方向为Dir
天
，则以步骤200所求杆塔中心为平面上一点，顺线路方向Dir
顺
为平面法向，对杆塔进行平面投影,投影后，全部杆塔数据将被投影到以杆塔中心为原点，x轴为Dir
垂
，y轴为Dir
天
的二维平面坐标系中,将三维点云变成二维点云，对二维点云按预设高度进行分层，从而得到投影长度直方图和密度直方图。5.根据权利要求4所述的基于高精度三维点云数据计算雷击保护角的方法，其特征在于，对二维点云按预设高度进行分层，从而得到投影长度直方图和密度直方图的具体方法是：将二维点云按每层高度为0.5m进行分层，分层后，计算每一层点云以原点为中心在Dir
垂
...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴芳芳，郭庆华，
申请(专利权)人：武汉绿土图景科技有限公司，
类型：发明
国别省市：