一种基于无人机巡检的配电施工项目模型关联方法技术

本申请属于无人机巡检数据处理技术领域，尤其涉及一种基于无人机巡检的配电施工项目模型关联方法。包括如下步骤：基于无人机巡检获取航拍视频图像；建立配电施工项目动态工程模型；配电施工项目动态工程模型的可视化处理；建立巡检相机位置坐标与导航视角坐标的关联模型；建立相机位置坐标关联模型；建立巡检相机位置坐标与导航视角光学透视关联模型；本申请的基于无人机巡检的配电施工项目模型关联方法主要用于在配电施工项目的规划执行过程中，实现动态工程模型随巡检视频进行自适应同步跟踪，实现随巡检视频视角同步获取模型相应影像资料，以便于进行对比分析的目的。以便于进行对比分析的目的。以便于进行对比分析的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无人机巡检的配电施工项目模型关联方法


[0001]本申请属于无人机巡检数据处理
，尤其涉及一种基于无人机巡检的配电施工项目模型关联方法。

技术介绍

[0002]在输电线路沿线的配电项目施工过程中，由于施工范围大，施工点多，在进行施工状态的评估和规划过程中往往难以依靠人力来准确获取不同施工区的实时状态，通过无人机巡检技术能够在几乎不受空间和距离的限制的情况下快速获取施工现场的影像资料，以便于对施工状态、施工进度等进行实时跟踪和分析，提高施工规划以及各种任务的调度管理的效率，但受限于现有方案，人们一般只能通过人工分析处理的方式来进行运用，通过不断检索和拆解视频片段以及模型资料，来实现对比分析，因为需要同时要对实时数据和项目规划涉及资料进行分别处理，限制了生产工作的效率。

技术实现思路

[0003]本申请的目的在于，提供一种通过将无人机巡检视频以及施工项目动态工程模型进行关联处理，实现基于无人机巡检视频同步获取施工项目动态工程模型对应视角影像资料的方法，以便于简化基于无人机巡检视频的施工项目监测任务的工作，提高效率。
[0004]为实现上述目的，本申请采用如下技术方案。
[0005]本申请的一种基于无人机巡检的配电施工项目模型关联方法，包括如下步骤：
[0006]步骤一、基于无人机巡检获取航拍视频图像
[0007]具体是指，基于无人机巡检作业任务获取配电施工项目的巡检视频，同时采集无人机巡检飞行数据，所述无人机巡检飞行数据包括巡检过程中无人机的机体坐标、摄像姿态、摄像参数；
[0008]步骤二、建立配电施工项目动态工程模型
[0009]具体是指，以配电施工项目中的监测对象、空间以及相对位置关系等建模目标为主要的元数据或独立结构，建立以元数据或结构化组织联合形成的项目动态工程模型；
[0010]步骤三、配电施工项目动态工程模型的可视化处理
[0011]具体是指，基于浏览器端的图像交互引擎(如HTML5、JavaScrip或者WebGL)建立可视化框架，对原始配电施工项目动态工程模型进行相应的轻量化和对应配置后进行分割转换，以使其符合可视化框架的输出标准，最终得到配电施工项目的可视化动态工程模型；在可视化框架内选择合适的视角切入点，配置导航视角以模拟无人机巡检视角；
[0012]步骤四、建立巡检相机位置坐标与导航视角坐标的关联模型
[0013]具体是指：建立巡检视角与导航视角在物理参数和光学参数上的关联，以使无人机巡检图像与导航视角获取的图像相互对应；
[0014]其中物理参数包括：由无人机巡检飞行数据中抽取的巡检相机的物理空间坐标参数以及姿态参数；其中，物理空间坐标是由位置传感器获得的实时卫星定位坐标，包括经纬
度数据以及海拔数据；姿态参数是由相机姿态传感器获取的相机的偏航角、俯仰角以及横滚角；其中光学参数包括巡检相机的焦距以及分辨率；具体步骤包括：
[0015]4.1建立相机位置坐标关联模型
[0016]其中巡检相机位置坐标与导航视角坐标的关联模型为：P
virtual
＝f
trans
(P
ture
)
[0017]其中P
virtual
为导航视角在可视化动态工程模型中的坐标位置(x,y,z)；P
ture
为巡检相机的真实坐标位置(l
o
,l
a
,a
l
)，l
o
为经度，l
a
为纬度，a
l
为海拔；f
trans
(x)为坐标转换函数；f
trans
(x)为坐标转换函数，是基于实际采用的坐标系统进行多次转换后得到的多级转换函数，本申请中，需要将无人机坐标位置与导航视角坐标位置进行关联，由于无人机坐标位置由卫星定位获取，一般是基于WGS84地心坐标系或者GPS坐标系建立；而导航视角坐标系一般是根据实际建模过程基于地区坐标系建立，因此在进行坐标转换过程中，坐标转换函数涉及如下转换模型：
[0018]a、由地心坐标系或者GPS坐标系向国家坐标系的坐标系转换模型
[0019][0020]其中(x0,y0,z0)
T
为地心坐标系或者GPS坐标系系下的无人机坐标向量；(x1,y1,z1)
T
为国家坐标系下的无人机坐标向量；k1为地心坐标系或者GPS坐标系至国家坐标系的缩放因子；ε
x
、ε
y
、ε
z
分别为地心坐标系或者GPS坐标系至国家坐标系的旋转角；(Δx1,Δy1,Δz1)
T
为地心坐标系或者GPS坐标系至国家坐标系的平移向量；
[0021]b、基于地理坐标系向平面坐标转换的投影转换模型
[0022](x2,y2,z2)
T
＝f2[(x1,y1,z1)
T
][0023]其中f2(x)为基于实际采用的投影方法得到的转换函数，该函数由GIS程序提供；(x2,y2,z2)
T
＝f2[(x1,y1,z1)
T
]为(x2,y2,z2)
T
为平面坐标转换结果；
[0024]c、由国家坐标系的坐标系向地方平面坐标系的转换模型
[0025][0026]其中(x3,y3,z3)
T
为无人机坐标位置在当地坐标系统下得平面坐标向量，μ为旋转角；k3为国家坐标系的坐标系转换至地方平面坐标系的缩放因子；(Δx3,Δy3,Δz3)
T
为国家坐标系的坐标系至地方平面坐标系的平移向量；
[0027]4.2建立巡检相机位置坐标与导航视角关联模型
[0028][0029][0030]其中，其中v
e
为可视化动态工程模型中导航视角的观察方向向量，v
u
为可视化动态工程模型中导航视角的上方向向量，a为巡检相机的偏航角，β为巡检相机的俯仰角，γ为巡检相机的横滚角；
[0031]4.3建立巡检相机位置坐标与导航视角光学透视关联模型
[0032]为避免巡检相机自身光学参数等影响因素导致其直接或取得图像与直视影像存在差异，基于光学投影基本原理，建立以前述导航视角为基础的影像透视关联模型，以便于基于导航视角为基础获取的影像与巡检相机获取的影像匹配，建立巡检相机位置坐标与导航视角光学透视关联模型：
[0033][v
fov v
as l
near l
far
]T
＝[t
for h
r
/w
r k+∞]T
[0034]其中v
fov
为导航视角的视场角；t
fov
为巡检相机的视场角；v
as
为透视投影平面的高宽比；h
r
为巡检相机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机巡检的配电施工项目模型关联方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、基于无人机巡检获取航拍视频图像具体是指，基于无人机巡检作业任务获取配电施工项目的巡检视频，同时采集无人机巡检飞行数据，所述无人机巡检飞行数据包括巡检过程中无人机的机体坐标、摄像姿态、摄像参数；步骤二、建立配电施工项目动态工程模型具体是指，以配电施工项目中的监测对象、空间以及相对位置关系等建模目标为主要的元数据或独立结构，建立以元数据或结构化组织联合形成的项目动态工程模型；步骤三、配电施工项目动态工程模型的可视化处理具体是指，基于浏览器端的图像交互引擎(如HTML5、JavaScrip或者WebGL)建立可视化框架，对原始配电施工项目动态工程模型进行相应的轻量化和对应配置后进行分割转换，以使其符合可视化框架的输出标准，最终得到配电施工项目的可视化动态工程模型；在可视化框架内选择合适的视角切入点，配置导航视角以模拟无人机巡检视角；步骤四、建立巡检相机位置坐标与导航视角坐标的关联模型具体是指：巡检相机位置坐标与导航视角坐标的关联模型，以使无人机巡检图像与导航视角获取的图像相互对应；其中物理参数包括：由无人机巡检飞行数据中抽取的巡检相机的物理空间坐标参数以及姿态参数；其中，物理空间坐标是由位置传感器获得的实时卫星定位坐标，包括经纬度数据以及海拔数据；姿态参数是由相机姿态传感器获取的相机的偏航角、俯仰角以及横滚角；其中光学参数包括巡检相机的焦距以及分辨率；具体步骤包括：4.1建立巡检相机位置坐标与导航视角坐标的关联模型其中巡检相机位置坐标与导航视角坐标的关联模型为：P
virtual
＝f
trans
(P
ture
)其中P
virtual
为导航视角在可视化动态工程模型中的坐标位置(x,y,z)；P
ture
为巡检相机的真实坐标位置(l
o
,l
a
,a
l
)，l
o
为经度，l
a
为纬度，a
l
为海拔；f
trans
(x)为坐标转换函数；f
trans
(x)为坐标转换函数，是基于实际采用的坐标系统进行多次转换后得到的多级转换函数，本申请中，需要将无人机坐标位置与导航视角坐标位置进行关联，由于无人机坐标位置由卫星定位获取，一般是基于WGS84地心坐标系或者GPS坐标系建立；而导航视角坐标系一般是根据实际建模过程基于地区坐标系建立，因此在进行坐标转换过程中，坐标转换函数涉及如下转换模型：a、由地心坐标系或者GPS坐标系向国家坐标系的坐标系转换模型其中(x0,y0,z0)
T
为地心坐标系或者GPS坐标系系下的无人机坐标向量；(x1,y1,z1)
T
为国家坐标系下的无人机坐标向量；k1为地心坐标系或者GPS坐标系至国家坐标系的缩放因子；ε
x
、ε
y
、ε
z
分别为地心坐标系或者GPS坐标系至国家坐标系的旋转角；(Δx1,Δy1,Δz1)
T
为地心坐标系或者GPS坐标系至国家坐标系的平移向量；b、基于地理坐标系向平面坐标转换的投影转换模型
(x2,y2,z2)
T
＝f2[(x1,y1,z1)
T
]其中f2(x)为基于实际采用的投影方法得到的转换函数，该函数由GIS程序提供；(x2,y2,z2)
T
＝f2[(x1,y1,z1)
T
]为(x2,y2,z2)
T
为平面坐标转换结果；c、由国家坐标系的坐标系向地方平面坐标系的转换模型其中(x3,y3,z3)
T
为无人机坐标位置在当地坐标系统下得平面坐标向量，μ为旋转角；k3为国家坐标系的坐标系转换至地方平面坐标系的缩放因子；(Δx3,Δy3,Δz3)
T
为国家坐标系的坐标系至地方平面坐标系的平移向量；4.2建立巡检相机位置坐标与导航视角关联模型4.2建立巡检相机位置坐标与导航视角关联模型其中，其中v
e
为可视化动态工程模型中导航视角的观察方向向量，v
u
为可视化动态工程模型中导航视角的上方向向量，α为巡检相机的偏航角，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋中军，徐兴春，戴永东，王茂飞，王神玉，毛锋，方成，张韧，周燚，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司泰州供电分公司，
类型：发明
国别省市：