一种输电线路多旋翼无人机精细化巡视航线提取方法技术

本发明专利技术公开了一种输电线路多旋翼无人机精细化巡视航线提取方法，所述方法包括：步骤1、获取已分类的输电线路激光点云数据和杆塔文件；步骤2、根据已分类的输电线路激光点云数据和杆塔文件，从小号侧往大号侧依次确定每个杆塔的空间坐标系；步骤3、提取杆塔关键点坐标；步骤4、确定无人机拍摄点位置；步骤5、面向大号侧先右后左，从上至下，先小号侧后大号侧，根据步骤4中获取的拍摄点位置，固化作业拍摄点，建立标准化航线库；解决了无人机精细化巡视航线规划效率低以及准确性差的问题。视航线规划效率低以及准确性差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种输电线路多旋翼无人机精细化巡视航线提取方法


[0001]本专利技术属于无人机电力巡检
；尤其涉及一种输电线路多旋翼无人机精细化巡视航线提取方法。

技术介绍

[0002]输电线路大多架设在崇山峻岭之中，跨区域分布，点多面广，所处地形复杂，自然环境恶劣。输电线路设备长期暴露在野外，受到持续的风吹日晒、机械张力、雷击闪络、材料老化等因素的影响，导致杆塔部件产生腐蚀、磨损、断股、自爆等现象，这些情况必须及时得到修复或更换。因此，需要定期对输电线路开展巡视，以消除隐患。
[0003]随着无人机技术的逐渐成熟和国家对相关产业的进一步支持，无人机在各行业的应用出现井喷式发展。无人机电力巡检已经成为输电线路运行维护的主要手段之一。其中，多旋翼无人机具有飞行速度慢、定点悬停、灵活性好等优点，能够对输电线路杆塔特定部件进行精细化巡视，有利于缺陷的排查。
[0004]目前，输电线路精细化巡视航线规划主要有两种方式：第一种是通过巡检人员手动操作无人机，现场采集关键点坐标，根据采集的关键点坐标生成精细化巡视航线；第二种是利用输电线路激光点云，人工提取关键点坐标，根据关键点坐标生成航线。这两种方法都需要大量的人工干预，工作量较大，效率较低。另外，由于人为因素，可能导致采集的关键点坐标不准确，导致航线存在偏差。因此如何提升无人机精细化巡视航线规划效率以及准确性是本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是：提供一种输电线路多旋翼无人机精细化巡视航线提取方法，以解决输电线路精细化巡视航线规划需要大量的人工干预，工作量较大及效率较低；由于人为因素导致采集的关键点坐标不准确，导致航线存在偏差等技术问题。
[0006]本专利技术技术方案：
[0007]一种输电线路多旋翼无人机精细化巡视航线提取方法，所述方法包括：
[0008]步骤1、获取已分类的输电线路激光点云数据和杆塔文件；
[0009]步骤2、根据已分类的输电线路激光点云数据和杆塔文件，从小号侧往大号侧依次确定每个杆塔的空间坐标系；
[0010]步骤3、提取杆塔关键点坐标；
[0011]步骤4、确定无人机拍摄点位置；
[0012]步骤5、面向大号侧先右后左，从上至下，先小号侧后大号侧，根据步骤4中获取的拍摄点位置，固化作业拍摄点，建立标准化航线库。
[0013]所述输电线路激光点云数据包括电力线点云、杆塔点云以及绝缘子点云；杆塔文件包括杆塔坐标和杆塔编号。
[0014]杆塔的空间坐标系的确定方法包括：
[0015]步骤2.1、计算杆塔的中心坐标T
i
(X0,Y0)，i＝1，2，3
…
，n；其中i表示杆塔序号，n表示杆塔总数，将杆塔的中心坐标作为每个杆塔独立空间坐标系的原点；
[0016]步骤2.2、遍历每个杆塔点云集，计算点集中离中心点平面距离最大的4个点
[0017]步骤2.3、计算点集高程最低点Z
min
和高程最高点Z
max
；以4个点P
mtax
(X
t
,Y
t
)为边界，Z
min
和Z
max
作为最低点和最高点，划定一个外包长方体，完全包围杆塔点集，基于杆塔中心点与长方体框建立独立坐标系，长方体的长边方向为x轴，短边方向为y轴；
[0018]步骤2.4、根据导线点云计算维度特征，获取导线的点云集合，并利用PCA主元分析法计算点云集合的协方差，获得协方差矩阵，求协方差矩阵的特征值和特征向量，获得导线在平面方面的主方向，进而根据导线主方向确定输电线路的走向；
[0019]步骤2.5、根据杆塔点云的外包围长方体与相应的导线主方向，调整杆塔坐标轴角度，从而确定坐标轴的主方向，建立每个杆塔的空间坐标系，导线主方向为y轴，垂直于主方向为x轴。
[0020]杆塔关键点包括入塔辅助点、离塔辅助点和导线挂点；入塔辅助点坐标提取方法包括：
[0021]入塔辅助点是指面向大号侧，杆塔右侧位于x轴和z轴组成的平面内，距离原点距离最大的点；首先根据建立的空间坐标系，遍历杆塔点云数据，提取xz平面内的点云坐标，即P
i
(x,0,z)，然后基于xz平面内的点云数据，提取其中z值最大的点P
i
(x,0,z
max
)，最后在点集P
i
(x,0,z
max
)中提取x值最大的点，即为入塔辅助点P1(x
max
,0,z
max
)。
[0022]离塔辅助点坐标提取方法包括：
[0023]离塔辅助点是指面向大号侧，杆塔左侧位于x轴和z轴组成的平面内，距离原点距离最大的点；首先根据建立的空间坐标系，遍历杆塔点云数据，提取xz平面内的点云坐标，即P
i
(x,0,z)，然后基于xz平面内的点云数据，提取其中z值最大的点P
i
(x,0,z
max
)，最后在点集P
i
(x,0,z
max
)中提取x值最小的点，即为离塔辅助点P2(x
min
,0,z
max
)。
[0024]导线挂点坐标提取方法包括：首先建立两个点云数据容器，第一个容器V1存放杆塔点云数据，第二个容器V2存放电力线拟合数据，在存放杆塔点云数据的容器V1中提取杆塔点云的最高点T(x,y,z
max
)，设定阀值为2m至30m；然后以T(x,y,z
max
)为搜索中心，根据设定的阀值搜索得到非架空地线电力线拟合数据，在阀值30m范围内搜索离点T(x,y,z
max
)最近的点，作为每个绝缘子的两个下端点；根据绝缘子之间距离大于1m，而两个下端点之间距离小于1m，设定阀值对提取的两个端点进行取舍，最终提取绝缘子下端点N1(x
下
,y
下
,z
下
)；绝缘子上端点的坐标为N2(x
下
,y
下
,z
下
+L)，将绝缘子上端点坐标作为挂点坐标，依据此方法依次得到各个挂点坐标G
i
(x,y,z)。
[0025]本专利技术的有益效果：
[0026]本专利技术所述的输电线路多旋翼无人机精细化巡视航线提取方法是输电线路精细化巡视的基础，实现高效率、高精度的航线提取至关重要；本专利技术针对目前航线规划效率低、准确性差的问题，首先根据架空输电线路杆塔以及电力线点云数据，建立空间坐标系，提供数据的空间基准，然后提取杆塔关键点的坐标，基于关键点的坐标确定无人机拍摄点的位置，最后将各个拍摄点的位置依据巡视原则生成标准化航线库，得到无人机精细化巡视航线，从而解决了无人机精细化巡视航线规划效率低以及准确性差的问题。
具体实施方式
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种输电线路多旋翼无人机精细化巡视航线提取方法，其特征在于：所述方法包括：步骤1、获取已分类的输电线路激光点云数据和杆塔文件；步骤2、根据已分类的输电线路激光点云数据和杆塔文件，从小号侧往大号侧依次确定每个杆塔的空间坐标系；步骤3、提取杆塔关键点坐标；步骤4、确定无人机拍摄点位置；步骤5、面向大号侧先右后左，从上至下，先小号侧后大号侧，根据步骤4中获取的拍摄点位置，固化作业拍摄点，建立标准化航线库。2.根据权利要求1所述的一种输电线路多旋翼无人机精细化巡视航线提取方法，其特征在于：所述输电线路激光点云数据包括电力线点云、杆塔点云以及绝缘子点云；杆塔文件包括杆塔坐标和杆塔编号。3.根据权利要求1所述的一种输电线路多旋翼无人机精细化巡视航线提取方法，其特征在于：杆塔的空间坐标系的确定方法包括：步骤2.1、计算杆塔的中心坐标T
i
(X0,Y0)，i＝1，2，3
…
，n；其中i表示杆塔序号，n表示杆塔总数，将杆塔的中心坐标作为每个杆塔独立空间坐标系的原点；步骤2.2、遍历每个杆塔点云集，计算点集中离中心点平面距离最大的4个点步骤2.3、计算点集高程最低点Z
min
和高程最高点Z
max
；以4个点P
mtax
(X
t
,Y
t
)为边界，Z
min
和Z
max
作为最低点和最高点，划定一个外包长方体，完全包围杆塔点集，基于杆塔中心点与长方体框建立独立坐标系，长方体的长边方向为x轴，短边方向为y轴；步骤2.4、根据导线点云计算维度特征，获取导线的点云集合，并利用PCA主元分析法计算点云集合的协方差，获得协方差矩阵，求协方差矩阵的特征值和特征向量，获得导线在平面方面的主方向，进而根据导线主方向确定输电线路的走向；步骤2.5、根据杆塔点云的外包围长方体与相应的导线主方向，调整杆塔坐标轴角度，从而确定坐标轴的主方向，建立每个杆塔的空间坐标系，导线主方向为y轴，垂直于主方向为x轴。4.根据权利要求1所述的一种输电线路多旋翼无人机精细化巡视航线提取方法，其特征在于：杆塔关键点包括入塔辅助点、离塔辅助点和导线挂点；入塔辅助点坐标提取方法包括：入塔辅助点是指面向大号侧，杆塔右侧位于x轴和z轴组成的平面内，距离原点距离最大的点；首先根据建立的空间坐标系，遍历杆塔点云数据，提取xz平面...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘奇，赵健，余江顺，犹珀玉，陈雨然，伍思睿，王远洋，王迪，方伟，张辉，朱莎，吴姗，冯钰玮，刘丹丹，赵平，
申请(专利权)人：中国电建集团贵州电力设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：