一种架空输电线路通道施工车辆现场监测及测距方法技术

本发明专利技术提供一种架空输电线路通道施工车辆现场监测及测距方法，包括：(1)融合现场摄像机采集的二维像素数据和输电通道三维激光点云数据，建立统一三维空间坐标系；(2)对摄像机进行标定，得到摄像机内外参数，确定二维坐标系和三维坐标系变换矩阵；(3)辨识与提取摄像机采集的像素图中的目标导线轨迹；(4)校正目标导线轨迹；(5)辨识、提取与跟踪像素图中的施工车辆；(6)计算施工车辆的位置深度信息，得到施工车辆空间位置；(7)根据施工车辆空间位置与目标导线空间位置计算施工车辆与目标导线的空间最小距离。本发明专利技术仅需采集输电通道三维激光点云数据并对监测摄像机标定，可利用现有输电通道监测设备实现现场施工车辆实时监测。输电通道监测设备实现现场施工车辆实时监测。输电通道监测设备实现现场施工车辆实时监测。

【技术实现步骤摘要】
一种架空输电线路通道施工车辆现场监测及测距方法


[0001]本专利技术涉及输电线路通道监测
，具体是一种架空输电线路通道施工车辆现场监测及测距方法。

技术介绍

[0002]电力是国家的重要基础产业，电力供应的稳定与安全是保障国民经济稳定快速发展的前提。随着我国城市化进程，大量出现输电线路通道下方施工的情况，吊车、挖机等大型工程车辆作业过程中与输电导线距离过近造成线路跳闸事件时有发生。这不仅影响输电线路可靠运行，也给施工人员人身安全带来较大风险。一直以来，电力部门都将输电通道下方施工作为重要风险隐患管控，通常采用人工蹲守和群众护线等方式监控，这种方式不仅会耗费大量的人力物力，并且效果不理想。目前也有在杆塔上安装视频等监视设备，通过人工远程监控识别现场作业风险，但是准确性和可靠性均得不到保障，并不利于推广应用。
[0003]随着制造可靠的大面积电子感光器件的成本越来越低，使得视频图像成为了一种成本低廉，信息量丰富，可靠性高的数据源。但传统基于视频监控的机器视觉系统，因光信息采集成为视频的过程中数据丢失了深度信息，无法准确测量施工车辆与导线空间距离，容易造成误判，适用场合有限。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种架空输电线路通道施工车辆现场监测及测距方法，其融合现场监拍视频和三维激光点云数据，建立统一空间坐标系统，修正输电导线空间轨迹，识别施工车辆，获取车辆深度信息，计算车辆与输电导线最小空间距离，本专利技术适用于现场实时监测，具有测量速度快、结果准确的优点。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术提供一种架空输电线路通道施工车辆现场监测及测距方法，包括下列步骤：
[0006](1)融合现场摄像机采集的二维像素数据和输电通道三维激光点云数据，建立统一三维空间坐标系，以建立二维像素点和空间三维实体之间的对应关系；
[0007](2)对摄像机进行标定，得到摄像机内外参数，确定二维坐标系和三维坐标系变换矩阵；
[0008](3)辨识与提取摄像机采集的像素图中的目标导线轨迹；
[0009](4)将目标导线的三维激光点云数据按照步骤(2)确定的二维坐标系和三维坐标系变换矩阵影到像素平面，调整线路空间方程中的参数直至目标导线投影到像素平面与当前采集的目标导线轨迹重合，得到目标导线空间位置；
[0010](5)辨识、提取与跟踪像素图中的施工车辆；
[0011](6)计算施工车辆的位置深度信息，得到施工车辆空间位置；
[0012](7)根据步骤(6)确定的施工车辆空间位置与步骤(4)确定的目标导线空间位置，计算施工车辆与目标导线的空间最小距离。
[0013]进一步的，所述步骤(1)融合现场摄像机采集二维像素数据和输电通道三维激光点云数据，建立统一三维空间坐标系步骤为：将摄像机固定于待监测输电通道一端杆塔上，摄像机离地高度约8
‑
10米，以摄像机光心为坐标原点，水平方向为x轴，竖直向下为y轴，顺线路通道方向为z轴建立三维坐标系，将输电通道三维激光点云数据转换到三维坐标系中，并与摄像机采集的像素数据建立关联关系。
[0014]进一步的，所述步骤(2)对摄像机进行标定，得到摄像机内外参数，确定二维坐标系和三维坐标系变换矩阵的步骤具体为：采用棋盘格标定板，按照张氏法对摄像机的内参数α、β、γ、u0、v0进行标定，其中α为x轴上的比例因子，β为y轴上的比例因子，γ为图像坐标与光轴坐标的斜交因子，u0为光轴光心在图像坐标x轴上的位置，v0为光轴光心在图像坐标y轴上的位置，确定二维坐标系和三维坐标系变换矩阵：
[0015][0016]其中(u,v)像素坐标系中的点坐标；(X
C
,Y
C
,Z
C
)为三维场景中的点坐标。
[0017]进一步的，所述步骤(3)辨识与提取摄像机采集的像素图中的目标导线轨迹具体步骤为：基于导线为连续像素点且颜色明显较背景深的特征，提取最下方的一根或两根导线，提取出的导线轨迹即为与施工车辆空间测距的目标导线轨迹。
[0018]进一步的，所述步骤(4)中按线路空间方程调整电线水平应力σ、电线比载μ，直到导线投影到像素平面与当前采集的目标导线轨迹重合，所述线路空间方程为：
[0019][0020]其中σ为电线水平应力，单位为N/mm2；
[0021]μ为电线比载，单位为N/m.mm2；
[0022]k为电线悬挂点到原点的水平距离，单位为m；
[0023]l
AO
为导线最低点到悬挂点z方向距离，单位为m；
[0024]l为档距，单位为m；
[0025]h为高差，单位为m。
[0026]进一步的，所述步骤(5)辨识、提取与跟踪像素图中的施工车辆具体步骤为：通过预先训练的卷积神经网络，在像素图中提取图像特征，确定是否包含施工车辆以及在像素图中的位置信息，如包含则提取施工车辆的二维检测框。
[0027]进一步的，所述步骤(6)计算施工车辆的位置深度信息，得到施工车辆空间位置，具体步骤为：通过截锥体映射变换获得二维检测框的三维边界锥体；按二维检测框下边沿应在地面点云集合的约束条件，三维边界锥体下表面点云与地面点云的交线为施工车辆所在的z方向数值，即为深度信息，即
[0028]l(x,y,z)＝f(x,y,x)∩g(x,y,z)
[0029]式中f(x,y,z)为三维边界锥体下表面点集，g(x,y,z)为地面点集，l(x,y,z)为两个面的交线，其中的z即为深度信息。
[0030]进一步的，所述步骤(7)施工车辆与导线空间最小距离计算具体步骤为：获取二维检测框上边中点的三维坐标值，计算二维检测框上边中点的三维坐标值与当前三维空间中的目标导线轨迹的最小距离。
[0031]本专利技术的优点在于：
[0032]1、本专利技术融合三维激光点云数据和二维现场监拍数据，实现施工车辆与导线空间最小距离的实时测量，可利用安装于输电通道的可视化监测终端，无需额外安装设备，适合于现场监测升级改造；
[0033]2、本专利技术以二维检测框代替施工车辆，通过二维检测框变换到三维边界锥体获取施工车辆深度信息，在确保精度的前提下大幅减少了程序处理的工作量。
附图说明
[0034]图1为本专利技术中摄像机安装位置示意图；
[0035]图2为本专利技术中摄像机成像等效变换示意图；
[0036]图3为本专利技术中统一坐标系示意图；
[0037]图4为本专利技术中目标导线轨迹提取示意图；
[0038]图5为本专利技术中三维边界锥体示意图；
[0039]图6为本专利技术一种架空输电线路通道施工车辆现场监测及测距方法的流程示意图。
[0040]图中附图标记分述如下：1、成像平面；2、相机平面；1
’
、等效成像平面；O、光心；O
’
、成像平面光心；P、物点；P
’
、像点；f、焦距。
具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种架空输电线路通道施工车辆现场监测及测距方法，其特征在于包括如下步骤：(1)融合现场摄像机采集的二维像素数据和输电通道三维激光点云数据，建立统一三维空间坐标系，以建立二维像素点和空间三维实体之间的对应关系；(2)对摄像机进行标定，得到摄像机内外参数，确定二维坐标系和三维坐标系变换矩阵；(3)辨识与提取摄像机采集的像素图中的目标导线轨迹；(4)将目标导线的三维激光点云数据按照步骤(2)确定的二维坐标系和三维坐标系变换矩阵影到像素平面，调整线路空间方程中的参数直至目标导线投影到像素平面与当前采集的目标导线轨迹重合，得到目标导线空间位置；(5)辨识、提取与跟踪像素图中的施工车辆；(6)计算施工车辆的位置深度信息，得到施工车辆空间位置；(7)根据步骤(6)确定的施工车辆空间位置与步骤(4)确定的目标导线空间位置，计算施工车辆与目标导线的空间最小距离。2.如权利要求1所述的架空输电线路通道施工车辆现场监测及测距方法，其特征在于：所述步骤(1)融合现场摄像机采集二维像素数据和输电通道三维激光点云数据，建立统一三维空间坐标系步骤为：将摄像机固定于待监测输电通道一端杆塔上，摄像机离地高度约8
‑
10米，以摄像机光心为坐标原点，水平方向为x轴，竖直向下为y轴，顺线路通道方向为z轴建立三维坐标系，将输电通道三维激光点云数据转换到三维坐标系中，并与摄像机采集的像素数据建立关联关系。3.如权利要求1所述的架空输电线路通道施工车辆现场监测及测距方法，其特征在于：所述步骤(2)对摄像机进行标定，得到摄像机内外参数，确定二维坐标系和三维坐标系变换矩阵的步骤具体为：采用棋盘格标定板，按照张氏法对摄像机的内参数α、β、γ、u0、v0进行标定，其中α为x轴上的比例因子，β为y轴上的比例因子，γ为图像坐标与光轴坐标的斜交因子，u0为光轴光心在图像坐标x轴上的位置，v0为光轴光心在图像坐标y轴上的位置，确定二维坐标系和三维坐标系变换矩阵：其中(u,v)像素坐标系中的点坐标；(X
C
,Y
C
,Z
C
)...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄俊杰，王身丽，汪涛，刘玉普，胡丹晖，周学明，冯志强，史天如，付剑津，
申请(专利权)人：国网湖北省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：