融合线路本体的输电通道树障卫星三维监测方法及系统技术方案

融合线路本体的输电通道树障卫星三维监测方法及系统，包括：基于输电线路台账数据得到输电通道中杆塔的三维坐标，进而得到导线高度；基于无人机获取与若干杆塔相关的点位影像；基于卫星遥感信息、点位影像以及杆塔的三维坐标构建树木冠层三维模型；基于卫星遥感信息获取输电通道中树木的二维坐标，并基于树木冠层三维模型筛选树木的二维坐标所对应的高度，得到树木高度；基于导线高度、树木高度结合预设的安全距离阈值，对输电通道树障进行监测。本发明专利技术基于卫星遥感信息、点位影像以及杆塔的三维坐标构建树木冠层三维模型，使得构建的树木冠层三维模型更精准，进而对树木高度的预测也更精准，且利用卫星遥感信息监测范围大，且不受环境的影响。且不受环境的影响。且不受环境的影响。

【技术实现步骤摘要】
融合线路本体的输电通道树障卫星三维监测方法及系统


[0001]本专利技术涉及输电通道监测领域，具体涉及融合线路本体的输电通道树障卫星三维监测方法及系统。

技术介绍

[0002]目前输电通道树障监测主要采取激光雷达扫描或者倾斜摄影测量等单一的方式进行，且成本高、不适用于大范围的输电通道树障监测。现有技术提出单纯利用卫星遥感进行树障监测方法，但误差在1.5m左右，且工程化应用误差波动较大。
[0003]架空输电线路作为电能输送的重要手段之一，为建设发展提供了基础支撑。架空输电线路建设在野外，往往受到树障隐患的影响，当输电线路周围树木生长到一定高度时，导线与树木之间的净空距离过小则会导致线树之间形成短路，严重时造成跳闸或停电事故。因此，输电通道树障大范围、精细化定期监测是电力运检人员密切关注的重点。
[0004]现有的输电通道树障监测主要采用激光雷达扫描和无人机倾斜摄影的方式开展，首先通过激光雷达扫描或无人机航拍来获取数据，然后建立树障三维模型，最后通过地面采集树木真实高度来对模型误差进行纠正。已有的这些方法对树障监测精度较高，但是存在成本高、监测范围小、人员投入多、受环境影响大等缺点，对于长线路、大跨度的输电线路通道开展大范围树障监测不适用。尤其是在山区、林地、无人区等地形复杂、交通不便、通讯不畅的地区，现有方法难以满足输电通道树障常态化监测。另一方面，现有的树障监测模型需要通过获取真实树木高度信息来进行误差纠正或者树木高度变化监测，树木高度信息获取需要人工测量，不仅耗时耗力，而且人为误差较大。
[0005]相比于激光雷达、无人机等技术，卫星遥感具有获取信息量大、覆盖范围广、受环境影响小、数据更新周期稳定等优势。近年来，随着卫星遥感技术的发展，亚米级立体测绘卫星进入市场，这为输电通道树障大范围定期监测提供了重要的数据支撑。但由于卫星轨道高度较高，卫星影像分辨率最高只能达到1.5m，仅利用卫星立体像对开展树障监测无法满足电力巡检精度要求。
[0006]对申请号为2020110566497，名称为“一种树高预测方法、输电线路树障预警方法及系统”。公开了一种树高预测方法、输电线路树障预警方法及系统，包括：获取被预测区域内两个时刻的卫星遥感立体像对，分别生成两个时刻的数字地表模型；对两个时刻的数字地表模型进行修订；基于修订后的数字地表模型，对被预测区域内的树木生长高度进行预测，并基于上述的树高预测值进行输电线路树障预警，本专利技术的应用克服了卫星遥感数据对树木高度不敏感造成的树高预测不准确问题，使树高预测精度从1.5m
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4m提升到了0.3m，大大提高了树木生长高度预测的准确性，从而整体上实现了在各种复杂环境下对树高进行高效、准确的预测；同时由于本专利技术中树障预警是基于上述树高预测方法实现的，进而也实现了对输电线路的大范围、全覆盖树障准确预警。该专利技术仅使用了卫星遥感影像立体像对来进行树障监测，其监测精度受到卫星遥感影像分辨率的制约。其次，在进行树木高度监测时用到了树木实际测量高度，而实际树高的测量往往需要人工地面采集，存在人为误差的
干扰，且耗时耗力。
[0007]2021年8月由刘兰兰等人发表的名称为“基于卫星遥感影像的线树距离测量与树障预警技术”的论文，依托摄影测量原理,从卫星遥感影像的立体像对中匹配并得到输电线路沿线的点云信息,从而构筑出输电线路沿线的三维立体模型，在此基础上,分别利用监督分类法识别并提取树冠区域空间参数、利用输电线路的悬链线方程获得输电线路的空间参数,从而实现了线树距离的测量。采用卫星遥感影像立体像对进行输电通道模型构建，误差较大，且全文并没有对模型进行误差纠正，最后得到的线树距离误差高达1.72m，误差较大。
[0008]综上，现有输电通道树障监测采用激光雷达扫描和无人机倾斜摄影的方式开展，这些方法虽然精度高，但是存在监测范围小、受环境限制大的缺点，不能够满足树障定期、大范围监测。针对这一不足，近年来利用卫星遥感技术来进行树障监测逐渐发展起来，但是现有的基于卫星遥感的树障监测方法存在精度低、依赖树高真实测量结果的缺点。

技术实现思路

[0009]为了解决采用激光雷达扫描和无人机倾斜摄影的方式进行输电通道树障监测虽然精度高，但监测范围小、受环境限制大，不能满足树障定期、大范围监测，而利用卫星遥感技术进行树障监测存在精度低、依赖树高真实测量结果的缺点，本专利技术提出了融合线路本体的输电通道树障卫星三维监测方法及系统，包括：基于输电线路台账数据得到输电通道中杆塔的三维坐标，进而得到导线高度；基于无人机获取与若干所述杆塔相关的点位影像；基于卫星遥感信息、所述点位影像以及所述杆塔的三维坐标构建树木冠层三维模型；基于所述卫星遥感信息获取所述输电通道中树木的二维坐标，并基于所述树木冠层三维模型筛选所述树木的二维坐标所对应的高度，得到树木高度；基于所述导线高度、所述树木高度结合预设的安全距离阈值，对所述输电通道树障进行监测。
[0010]可选的，所述基于卫星遥感信息、所述点位影像以及所述杆塔的三维坐标构建树木冠层三维模型，包括：采用无人机倾斜摄影方法拍摄输电通道中与若干所述杆塔相关的点位影像，并由所述点位影像构建输电通道的第一数字地表模型；由卫星遥感信息生成输电通道的第二数字地表模型；由杆塔的三维坐标采用克里金插值原理对所述输电通道的第一数字地表模型和所述输电通道的第二数字地表模型进行纠正，得到第三数字地表模型；基于卫星遥感信息获取输电通道中树木的二维坐标，并结合所述第三数字地表模型得到树木冠层三维模型。
[0011]可选的，所述由杆塔的三维坐标采用克里金插值原理对所述输电通道的第一数字地表模型和所述输电通道的第二数字地表模型进行纠正，得到第三数字地表模型，包括：将杆塔的三维坐标与所述输电通道的第二数字地表模型和第一数字地表模型的空间坐标统一到同一坐标系下；从所述输电通道的第二数字地表模型和所述输电通道的第一数字地表模型中查
找所述杆塔所在点位对应的空间坐标；由所述杆塔的三维坐标减去对应的空间坐标，得到三维坐标差值；由克里金插值原理结合所述三维坐标差值对所述输电通道的第二数字地表模型和所述输电通道的第一数字地表模型中每个像素点进行纠正；由纠正后的所述第一数字地表模型对纠正后的第二数字地表模型进行二次修正，得到第三数字地表模型。
[0012]可选的，所述由克里金插值原理结合所述三维坐标差值对所述输电通道的第二数字地表模型和所述输电通道的第一数字地表模型中每个像素点进行纠正，包括：选择杆塔作为控制点，将所述杆塔的三维坐标与所述输电通道的第二数字地表模型和所述输电通道的第一数字地表模型中像素点的空间坐标统一到同一坐标系统下；对所述输电通道的第二数字地表模型和所述输电通道的第一数字地表模型中的每个像素点设定t个控制点，并根据像素点与所述t个控制点的距离设置被关联的控制点的权重系数矩阵，其中t为控制点数量；计算每个像素点与t个控制点的三维空间差值；基于所述权重系数矩阵和所述三维空间差值，结合纠正计算式计算每个像素点的三维纠正坐标值；将所述每个像素点的三维本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.融合线路本体的输电通道树障卫星三维监测方法，其特征在于，包括：基于输电线路台账数据得到输电通道中杆塔的三维坐标，进而得到导线高度；基于无人机获取与若干所述杆塔相关的点位影像；基于卫星遥感信息、所述点位影像以及所述杆塔的三维坐标构建树木冠层三维模型；基于所述卫星遥感信息获取所述输电通道中树木的二维坐标，并基于所述树木冠层三维模型筛选所述树木的二维坐标所对应的高度，得到树木高度；基于所述导线高度、所述树木高度结合预设的安全距离阈值，对所述输电通道树障进行监测。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于卫星遥感信息、所述点位影像以及所述杆塔的三维坐标构建树木冠层三维模型，包括：采用无人机倾斜摄影方法拍摄输电通道中与若干所述杆塔相关的点位影像，并由所述点位影像构建输电通道的第一数字地表模型；由卫星遥感信息生成输电通道的第二数字地表模型；由杆塔的三维坐标采用克里金插值原理对所述输电通道的第一数字地表模型和所述输电通道的第二数字地表模型进行纠正，得到第三数字地表模型；基于卫星遥感信息获取输电通道中树木的二维坐标，并结合所述第三数字地表模型得到树木冠层三维模型。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述由杆塔的三维坐标采用克里金插值原理对所述输电通道的第一数字地表模型和所述输电通道的第二数字地表模型进行纠正，得到第三数字地表模型，包括：将杆塔的三维坐标与所述输电通道的第二数字地表模型和第一数字地表模型的空间坐标统一到同一坐标系下；从所述输电通道的第二数字地表模型和所述输电通道的第一数字地表模型中查找所述杆塔所在点位对应的空间坐标；由所述杆塔的三维坐标减去对应的空间坐标，得到三维坐标差值；由克里金插值原理结合所述三维坐标差值对所述输电通道的第二数字地表模型和所述输电通道的第一数字地表模型中每个像素点进行纠正；由纠正后的所述第一数字地表模型对纠正后的第二数字地表模型进行二次修正，得到第三数字地表模型。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述由克里金插值原理结合所述三维坐标差值对所述输电通道的第二数字地表模型和所述输电通道的第一数字地表模型中每个像素点进行纠正，包括：选择杆塔作为控制点，将所述杆塔的三维坐标与所述输电通道的第二数字地表模型和所述输电通道的第一数字地表模型中像素点的空间坐标统一到同一坐标系统下；对所述输电通道的第二数字地表模型和所述输电通道的第一数字地表模型中的每个像素点设定t个控制点，并根据像素点与所述t个控制点的距离设置被关联的控制点的权重系数矩阵，其中t为控制点数量；计算每个像素点与t个控制点的三维空间差值；基于所述权重系数矩阵和所述三维空间差值，结合纠正计算式计算每个像素点的三维
纠正坐标值；将所述每个像素点的三维纠正坐标值增加至对应像素点的空间坐标上，得到纠正后的第二数字地表模型和纠正后的第一数字地表模型。5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述由纠正后的所述第一数字地表模型对纠正后的第二数字地表模型进行二次修正，得到第三数字地表模型，包括：将纠正后的第一数字地表模型和纠正后的第二数字地表模型统一到同一坐标系统下；以纠正后的第一数字地表模型为基准，计算纠正后的第二数字地表模型上各像素点到纠正后的第一数字地表模型各对应像素点的距离...

【专利技术属性】
技术研发人员：张思航，杨知，窦晓军，刘敬华，梁云丹，程永锋，周立宪，李闯，黄怡，刘畅，刘彬，李翔，赵彬，刘毅，李孟轩，汉京善，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：