一种输电通道场景中分裂导线的建模方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种输电通道场景中分裂导线的建模方法及系统，包括：基于电力线点云数据将分裂导线进行沿导线走向的分段，获取分段后的数据；基于所述点分段后的数据进行逐段聚类分析，以分离来自不同分裂导线的点云；逐段将归属同一根电力线的点云进行合并；对每一分裂导线进行二阶曲线的拟合，得到分类导线模型，以完成分裂导线的建模。通过本发明专利技术能够实现单股分裂导线的快速精确建模。现单股分裂导线的快速精确建模。现单股分裂导线的快速精确建模。

【技术实现步骤摘要】
一种输电通道场景中分裂导线的建模方法及系统


[0001]本专利技术涉及输电
，并且更具体地，涉及一种输电通道场景中分裂导线的建模方法及系统。

技术介绍

[0002]高压、超高压、特高压输电线路架设中，为抑制电晕放电和线路电抗，一般采用分裂线的方式进行导线架设。分裂导线的每相导线由几根直径较小的分导线组成，各分导线之间的距离一般在20cm至45cm之间，且一般呈多边形状分布，如四分裂导线呈分布在矩形的四个顶点上，同时，沿输电线路方向，每隔一段距离，通常采用间隔棒对分裂导线进行固定。因此，相比常见的非分裂输电线，分裂导线的空间结构更加复杂，精细建模的难度更大。
[0003]当前国内外在利用机载L i DAR技术于电网应用的研究主要关注输电线走廊点云分类、电力线点云提取和非分裂导线建模等等，而鲜有研究涉及了分裂导线建模。相近的研究如，戴大昌等通过将点云投影到输电线路走向方向上，并建立电力线拟合的最佳平面坐标系，对每一根电力线进行最小二乘曲线拟合，但没有对多分裂导线进行拟合和分析；McLaugh l i n基于电力线走向预测模型，通过迭代计算来分离和连接导线点云，但是并未进行多分裂导线情况下模型预测精度的测试。Jw等提出了电力线分段生长算法，利用假设检验的方法，找出最优拟合的电力线，一定程度上能够将分裂导线进行分离，但其计算过程较为复杂，点云缺失对模型的生长影响较大，而且需要预先设置分裂导线的数目。Cheng等等从车载激光点云中提取城区的电力线点云并进行建模，其算法考虑了电力线间空间距离较近的情况，但由观测平台不同导致点云数据分布特征的不同,如车载电力线点云是从侧面或者下方扫描得到的，而直升机平台的电力线点云是从输电线路上方获取的，因而造成数据缺失和点云密度分布情况的不同，再者由于分裂导线间距更小，跨度更长，因此，该方法也不能适用于分裂导线的建模。
[0004]结合上述研究和分析，当前分裂导线精细建模的主要难点在于：(1)分裂导线跨度大，相邻导线间的空间距离小(往往小于0.5m)，常用的最小二乘曲线拟合等方法难以区分不同分类导线并拟合出不定数目的分裂线；(2)由于激光雷达系统噪声，观测环境影响(如数据采集时候的导线风偏)，分裂导线点云的噪声水平比一般导线更高，尤其在导线间的空间内会存在较多的噪声点，这直接影响了导线的相互分离和拟合；(3)一般的机载点云由于获取时的飞行高度较高(>200米)，因此从记录的点云中甚至无法观测到明显的分裂线特征，另外还存在数据缺失等情况，这也限制了分裂导线精细建模的研究。
[0005]因此，基于上述问题与工程应用现状，针对高密度的直升机平台输电线路点云数据，需要一种分裂导线精细建模方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术提出一种输电通道场景中分裂导线的建模方法及系统，以解决如何实现分类导线的精细建模的问题。
[0007]为了解决上述问题，根据本专利技术的一个方面，提供了一种输电通道场景中分裂导线的建模方法，所述方法包括：
[0008]基于电力线点云数据将分裂导线进行沿导线走向的分段，获取分段后的数据；
[0009]基于所述点分段后的数据进行逐段聚类分析，以分离来自不同分裂导线的点云；
[0010]逐段将归属同一根电力线的点云进行合并；
[0011]对每一分裂导线进行二阶曲线的拟合，得到分类导线模型，以完成分裂导线的建模。
[0012]优选地，其中所述基于电力线点云数据将分裂导线进行沿导线走向的分段，获取分段后的数据，包括：
[0013]将导线点云投影到二维水平面上，将投影面上的点云视作线状分布；
[0014]利用二维平面上所有的点云进行直线拟合，拟合得到的直线视为导线点云集合的水平走向，同时，将点云中横坐标或纵坐标的最小值对应的走向线上的点作为导线的起始端点；
[0015]从起始端点开始，沿着走向线方向，基于预设距离阈值将原始三维导线点云进行分段管理，获取点云分段数据。
[0016]优选地，其中所述基于所述分段后的数据进行逐段聚类分析，以分离来自不同分裂导线的点云，包括：
[0017]对于每个区段，将对应的点云数据的坐标投影到能够对分裂导线点云进行分类的平面上，将与区段点云主方向垂直的平面作为投影平面，并采用k
‑
means聚类算法进行聚类分析，以使得投影平面上的点云被自适应地分配到相应的类别中，利用投影平面内点与原始坐标的对应关系，可获得每个区段内的点云聚类，而每个聚类表示来自不同分裂导线的激光点云集合。
[0018]优选地，其中所述方法还包括：
[0019]在对第一个区段的点云数据进行聚类分析时，设置一个分裂数，再计算聚类分析后各个类别间的三维距离，如果三维距离小于预设距离阈值，则分裂数减1，直到所有的三维距离均大于所述预设距离阈值，确定此时的分裂数为整条导线的最终分裂数；从第二区段开始，根据所述最终分裂数进行聚类分析。
[0020]优选地，其中所述逐段将归属同一根电力线的点云进行合并，包括：
[0021]a.依据分裂导线数目，采用全排列方法求出相邻区段聚类间所有可能的合并方式，如分裂导线数目为n，则所有可能的连接组合共有种；
[0022]b.在每一种组合中，累计合并聚类间的空间距离；
[0023]c.比较所有组合的空间距离和，最小值对应的连接方式被认为是正确的组合；
[0024]d.沿着电力线走向，重复步骤a
‑
d，直到所有的聚类被分配到某一分裂导线中。
[0025]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种输电通道场景中分裂导线的建模方法系统，所述系统包括：
[0026]分段模块，用于基于电力线点云数据将分裂导线进行沿导线走向的分段，获取分段后的数据；
[0027]聚类分析模块，用于基于所述点分段后的数据进行逐段聚类分析，以分离来自不同分裂导线的点云；
[0028]合并模块，用于逐段将归属同一根电力线的点云进行合并；
[0029]拟合模块，用于对每一分裂导线进行二阶曲线的拟合，得到分类导线模型，以完成分裂导线的建模。
[0030]优选地，其中所述分段模块，基于电力线点云数据将分裂导线进行沿导线走向的分段，获取分段后的数据，包括：
[0031]将导线点云投影到二维水平面上，将投影面上的点云视作线状分布；
[0032]利用二维平面上所有的点云进行直线拟合，拟合得到的直线视为导线点云集合的水平走向，同时，将点云中横坐标或纵坐标的最小值对应的走向线上的点作为导线的起始端点；
[0033]从起始端点开始，沿着走向线方向，基于预设距离阈值将原始三维导线点云进行分段管理，获取点云分段数据。
[0034]优选地，其中所述聚类分析模块，基于所述分段后的数据进行逐段聚类分析，以分离来自不同分裂导线的点云，包括：
[0035]对于每个区段，将对应的点云数据的坐标投影到能够对分裂导线点云进行分类的平面上，将与区段点云主方向垂直的平面作为投本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种输电通道场景中分裂导线的建模方法，其特征在于，所述方法包括：基于电力线点云数据将分裂导线进行沿导线走向的分段，获取分段后的数据；基于所述点分段后的数据进行逐段聚类分析，以分离来自不同分裂导线的点云；逐段将归属同一根电力线的点云进行合并；对每一分裂导线进行二阶曲线的拟合，得到分类导线模型，以完成分裂导线的建模。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于电力线点云数据将分裂导线进行沿导线走向的分段，获取分段后的数据，包括：将导线点云投影到二维水平面上，将投影面上的点云视作线状分布；利用二维平面上所有的点云进行直线拟合，拟合得到的直线视为导线点云集合的水平走向，同时，将点云中横坐标或纵坐标的最小值对应的走向线上的点作为导线的起始端点；从起始端点开始，沿着走向线方向，基于预设距离阈值将原始三维导线点云进行分段管理，获取点云分段数据。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述分段后的数据进行逐段聚类分析，以分离来自不同分裂导线的点云，包括：对于每个区段，将对应的点云数据的坐标投影到能够对分裂导线点云进行分类的平面上，将与区段点云主方向垂直的平面作为投影平面，并采用k
‑
means聚类算法进行聚类分析，以使得投影平面上的点云被自适应地分配到相应的类别中，利用投影平面内点与原始坐标的对应关系，可获得每个区段内的点云聚类，而每个聚类表示来自不同分裂导线的激光点云集合。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在对第一个区段的点云数据进行聚类分析时，设置一个分裂数，再计算聚类分析后各个类别间的三维距离，如果三维距离小于预设距离阈值，则分裂数减1，直到所有的三维距离均大于所述预设距离阈值，确定此时的分裂数为整条导线的最终分裂数；从第二区段开始，根据所述最终分裂数进行聚类分析。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述逐段将归属同一根电力线的点云进行合并，包括：a.依据分裂导线数目，采用全排列方法求出相邻区段聚类间所有可能的合并方式，如分裂导线数目为n，则所有可能的连接组合共有种；b.在每一种组合中，累计合并聚类间的空间距离；c.比较所有组合的空间距离和，最小值对应的连接方式被认为是正确的组合；d.沿着电力线走向，重复步骤a
‑
d，直到所有的聚类被分配到某一分裂导线中。6.一种输电通道场景中分裂导线的建模方法系统，其特征在于，所述系统包...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜伟，王佳颖，杨国柱，张嘉琳，李玉容，吴建雄，周振华，孔令宇，张伟，彭涛，
申请(专利权)人：国网电力空间技术有限公司，
类型：发明
国别省市：