顾及风偏环境的激光点云输电线模型重建方法技术

本发明专利技术涉及人工智能模型相关领域，公开了一种顾及风偏环境的激光点云输电线模型重建方法，在分析了风荷载作用于输电线受力变化的基础上，提出了风偏环境下输电线三维空间形态描述的理论模型(抛物线

【技术实现步骤摘要】
顾及风偏环境的激光点云输电线模型重建方法


[0001]本专利技术涉及人工智能模型相关领域，具体是顾及风偏环境的激光点云输电线模型重建方法。

技术介绍

[0002]能源的长距离持续输送，电网运行维护管理部门需耗费大量人力和物力进行周期性巡检，传统人工地面巡检方法费时费力且存在峡谷、沼泽等人员不便到达的巡检“盲区”，难以满足当前电网建设快速发展的需求，在传感器和国家需求的双重驱动下，轻小型载体平台搭载高分辨率精细遥感系统得到了快速的发展，其中有/无人机载激光雷达技术(Light Detection and Ranging，LiDAR)利用激光测距原理，在不拉闸断电的前提下经过一次飞行就可以获取输电线路走廊高精度、高密度的三维空间信息—点云数据，具有扫描速度快、自动化程度高的优势，弥补了传统人工巡检劳动强度大、巡检结果精度低等缺陷，已成为输电线路巡检智能化和电网管理数字化研究的热点。
[0003]输电线模型重建是机载激光雷达技术电力巡检研究的主要内容，但现有的激光点云输电线模型大多基于无风偏理想环境的输电线空间形态描述，忽略了实时自然环境中风荷载的作用效果，输电线模型重建的适应性和普适性有待提高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供顾及风偏环境的激光点云输电线模型重建方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]顾及风偏环境的激光点云输电线模型重建方法，包含以下步骤：
[0007]通过预设的小型激光雷达系统获取多组点云数据，每组所述点云数据分别对应不同的环境变量，所述点云数据指通过测量获取的目标表面特征的海量点集合；
[0008]根据目标模型方程对多组所述点云数据进行处理，从而获取样本点的模型残差，其中，残差表征实际值与拟合值的偏差；
[0009]当损失函数取最小值时，求解计算以获取模型参数最优解，所述损失函数为将随机事件或与其有关随机变量的取值映射为非负实数以表示该随机事件的“风险”或“损失”的函数。
[0010]作为本专利技术的进一步方案：还包括模型评价的步骤，模型评价具体包括定性评价以及定量评价；
[0011]所述定性评价包括步骤：根据点云分布的中心线对模型曲线进行贴合判定，并根据贴合判定结果对模型的重建效果划分多个效果等级，所述效果等级与所述模型曲线对所述中心线的贴合程度成正比；
[0012]所述定量评价包括步骤：随机取多个激光点云中的激光点与模型曲线的最近距离为误差变量，并根据多个所述误差变量统计生成最大误差、中位误差以及平均误差，分别用
于衡量模型曲线偏离激光点云的分布分为、模型曲线偏离激光点云的程度以及模型曲线偏离激光点云的距离。
[0013]作为本专利技术的再进一步方案：还包括风偏理论模型的建立步骤，所述风偏理论模型的建立具体包括步骤：
[0014]水平面内曲线模型的建立，
[0015]铅垂面内曲线模型的建立，
[0016]基于所述水平面内曲线模型与所述铅垂面内曲线模型，组合建立风偏环境下输电线三维空间形态模型，所述输电线三维空间形态模型通过抛物线方程表述。
[0017]作为本专利技术的再进一步方案：所述水平面内曲线模型的建立的步骤具体包括：
[0018]通过预设的空间转化程序将风偏环境下输电线三维空间模型曲线进行分解，从而获取水平面内风荷载作用下模型曲线以及铅垂面内自重荷载作用下的模型曲线；
[0019]基于模型曲线所在水平面内，以起始悬挂点为基准，建立水平投影直角坐标系；
[0020]当处于平衡状态时，输电线上任意点处风压载荷、自重载荷和导线张力的合力矢量为零，基于任意点两侧输电线建立多组力矩平衡方程式，并根据所述力矩平衡方程式获取风偏理论模型的抛物线方程表述。
[0021]作为本专利技术的再进一步方案：所述铅垂面内曲线模型的建立的步骤中：
[0022]铅垂面投影直角坐标系以两悬挂点连线为横轴，垂直竖直方向为纵轴建立；
[0023]铅垂面内所述输电线等效视为水平面内只承受风荷作用，铅垂面内仅承受自重载荷作用，所述铅垂面内曲线模型通过抛物线方程表述。
[0024]作为本专利技术的再进一步方案：所述基于所述水平面内曲线模型与所述铅垂面内曲线模型，组合建立风偏环境下输电线三维空间形态模型的步骤中：
[0025]所述水平投影直角坐标系所在平面与所述铅垂面投影直角坐标系所在平面相交于两悬挂点投影连线，根据空间几何关系组合所述水平面内曲线模型与所述铅垂面内曲线模型的抛物线方程，建立风偏环境下输电线三维空间形态模型的抛物线方程组。
[0026]作为本专利技术的再进一步方案：不同输电线的激光点云数据聚类为不同类别，其中，单根分裂导线聚类为单独类簇，作为模型重建的最小单元。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：在分析了风荷载作用于输电线受力变化的基础上，提出了风偏环境下输电线三维空间形态描述的理论模型(抛物线
‑
抛物线方程)，建立了一种顾及风偏因素的激光点云输电线模型重建方法，选择三组典型代表性的实验数据，涉及不同风速、地形条件及输电线类型；本文提出的抛物线
‑
抛物线方程能很好的顾及水平风荷载作用的输电线空间形态特性，相比已有模型直线
‑
抛物线方程，具有较高的模型重建精度和普遍适用性，研究对提高激光点云输电线模型重建具有重要的理论参考价值。
附图说明
[0028]图1为顾及风偏环境的激光点云输电线模型重建方法的流程框图。
[0029]图2为顾及风偏环境的激光点云输电线模型重建方法中无风偏输电模型示意图。
[0030]图3为顾及风偏环境的激光点云输电线模型重建方法中风偏输电模型。
[0031]图4为顾及风偏环境的激光点云输电线模型重建方法风偏环境下输电线水平面受力图。
具体实施方式
[0032]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0033]输电线三维空间模型重建是机载激光雷达技术电力巡检研究的主要内容，其精度直接影响后续输电线工况模拟、缺陷检测和风险评估的可靠性；通常情况下，影响激光点云输电线模型重建精度的因素主要有输电线点云数据、模型选择和参数求解；输电线是典型的人工构造物且空间形态规则，其提取方法研究相对较为成熟，现有技术如：根据输电线空间分离的特性采用分层抽样法实现单根输电线提取；将三维激光点云映射到二维残差空间，把点云数据输电线提取操作转化为二维残差聚类过程；将三维点云转换为二维影像，利用数字图像直线检测方法实现单根输电线的提取。
[0034]输电线空间模型是输电线三维形态矢量表达的理论基础，通常情况下，将悬挂于两杆塔之间的单档输电线视为没有刚性的柔性索链，只承受其自身重力而无弯矩处于静止平衡状态，此时输电线悬弧曲线处于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.顾及风偏环境的激光点云输电线模型重建方法，其特征在于，包含以下步骤：通过预设的小型激光雷达系统获取多组点云数据，每组所述点云数据分别对应不同的环境变量，所述点云数据指通过测量获取的目标表面特征的海量点集合；根据目标模型方程对多组所述点云数据进行处理，从而获取样本点的模型残差，其中，残差表征实际值与拟合值的偏差；当损失函数取最小值时，求解计算以获取模型参数最优解，所述损失函数为将随机事件或与其有关随机变量的取值映射为非负实数以表示该随机事件的“风险”或“损失”的函数。2.根据权利要求1所述的顾及风偏环境的激光点云输电线模型重建方法，其特征在于，还包括模型评价的步骤，模型评价具体包括定性评价以及定量评价；所述定性评价包括步骤：根据点云分布的中心线对模型曲线进行贴合判定，并根据贴合判定结果对模型的重建效果划分多个效果等级，所述效果等级与所述模型曲线对所述中心线的贴合程度成正比；所述定量评价包括步骤：随机取多个激光点云中的激光点与模型曲线的最近距离为误差变量，并根据多个所述误差变量统计生成最大误差、中位误差以及平均误差，分别用于衡量模型曲线偏离激光点云的分布分为、模型曲线偏离激光点云的程度以及模型曲线偏离激光点云的距离。3.根据权利要求2所述的顾及风偏环境的激光点云输电线模型重建方法，其特征在于，还包括风偏理论模型的建立步骤，所述风偏理论模型的建立具体包括步骤：水平面内曲线模型的建立，铅垂面内曲线模型的建立，基于所述水平面内曲线模型与所述铅垂面内曲线模型，组合建立风偏环境下输电线三维空间形态模型，所述输电线三维空间形态模型通过抛物线方程表述。4.根据权利要求3所述的顾及风偏环境的激光点云输电线模型重建...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁磊香，孙亚飞，张志敏，高宁，侯绍洋，朱宝训，
申请(专利权)人：河南城建学院，
类型：发明
国别省市：