一种基于三维点云的隧道电缆附件检测方法及系统技术方案

一种基于三维点云的隧道电缆附件检测方法及系统，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，利用激光扫描仪采集隧道电缆点云数据，建立坐标系并对所述点云数据进行预处理；步骤2，从经过预处理后的点云数据中筛除非电缆点云，并对电缆点云进行一次分割，以获得单根电缆点云实例；步骤3，基于所述单根电缆点云实例的几何和颜色特征差异设置分割算法，以对单根电缆点云实例中的电缆部件进行二次分割，从而获取到所述单根电缆点云实例中的电缆附件的质量参数

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维点云的隧道电缆附件检测方法及系统


[0001]本专利技术涉及电力系统领域，更具体的，涉及一种基于三维点云的隧道电缆附件检测方法及系统
。

技术介绍

[0002]电缆线路的主要故障因素存在于电缆附件上，而造成故障增多的首要因素是安装质量问题
。
目前，电缆敷设施工环节，以人工安装为主，存在安装不规范等诸多漏洞，并且引起附件故障后，难以找到问题根源
。
虽然敷设之后有质量验收环节，但敷设验收人员仅依靠经验进行复核和验收，使用的常规测量控制工具如千分尺
、
游标深度尺
、
专用检测样板等仅能测量单点局部尺寸，不能检测整体形位尺寸，单一的检测数据和结果难以分析敷设过程的缺陷和问题
。
[0003]可见，电缆敷设质量直接影响电缆的安全运行，据统计数据表明，电缆敷设过程不规范是导致电力电缆绝缘故障的主要原因
。
电缆敷设施工过程中，一些关键敷设区域的几何尺寸
(
如电缆绝缘间距
、
封铅长度等
)
可作为质量参数用于评估施工质量
。
当前，技术人员多使用游标卡尺等接触式测量工具对敷设区域的几何参数进行测量
,
并通过照相记录关键敷设工序的完工状态
。
这种测量方式主观性强
、
精度差，容易对敷设区域造成二次损伤；同时，二维图像也很难准确记录敷设区域的工况状态，后续出现质量问题时难以精确分析故障原因
>。
[0004]当现有的工程质量问题和工程风险发生时，虽然在建设过程同步开展了系统的第三方监测工作，但未能开展除此之外的其他数据的采集，造成处理各类质量和风险控制问题时，没有直接的过程工况采集，使得各类问题或事故的处理时对于起因处于“猜测”、“推断”的状态，不利于工程的建设管理
。
[0005]近年来，基于计算机视觉的电缆参数非接触测量技术取得了显著进展；魏煌涛等使用彩色图提取电缆的中心线，通过贝塞尔曲线模型拟合得到电缆的曲线表达式，获得电缆相关参数；邹丽君等采用基于相位信息的边缘检测算法提取边缘轮廓，实现了对电缆绝缘层厚度的测量；张格悠等采用金字塔
L
‑
K
光流法和
SURF
特征点检测实现了对电缆护套断裂伸长率的测量；阴法明等采用
Sobel
边缘检测和亚像素重定位算法实现了对电缆护套厚度的测量
。
上述基于图像的电缆参数测量技术对物体真实尺寸的表征能力较弱，测量精度不高
。
[0006]激光扫描和计算机三维点云处理技术，能够对敷设施工等关键步骤进行数字化记录，并对关键参数进行精准测量，辅助施工和验收人员实现电缆敷设位置信息的高效准确分析和施工质量校核
。
基于三维点云的测量技术可精准重建待测物体的三维结构和空间方位，对几何参数的测量更加精准，因此在电力电缆检测领域也逐步得到应用
。
[0007]然而，由于隧道内部的电缆附件存在尺寸小
、
形状相似度高
、
依次连接难以通过点云方式进行合理有效拆分等问题，使得现有技术中仍然难以从电缆附件这一细节层面对电缆点云进行分析，并有效获得电缆附件的状态，提供对于电缆附件层级的合理管控措施
。
另
外，现有基于点云的电缆测量技术多用于对未敷设的电缆附件和敷设完成投入运行的电力电缆进行定位识别或参数测量，难以对电缆敷设施工过程中的质量参数进行检测
。
[0008]针对上述问题，亟需一种新的基于三维点云的隧道电缆附件检测方法及系统
。

技术实现思路

[0009]为解决现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于三维点云的隧道电缆附件检测方法及系统，通过二次拆分三维点云数据实现对于电缆附件层级的有效识别与分割
。
[0010]本专利技术采用如下的技术方案
。
[0011]本专利技术第一方面，涉及一种基于三维点云的隧道电缆附件检测方法，方法包括以下步骤：步骤1，利用激光扫描仪采集隧道电缆点云数据，建立坐标系并对所述点云数据进行预处理；步骤2，从经过预处理后的点云数据中筛除非电缆点云，并对电缆点云进行一次分割，以获得单根电缆点云实例；步骤3，基于所述单根电缆点云实例的几何和颜色特征差异设置分割算法，以对单根电缆点云实例中的电缆部件进行二次分割，从而获取到所述单根电缆点云实例中的电缆附件的质量参数
。
[0012]优选的，利用激光扫描仪采集隧道电缆点云数据还包括：
[0013]利用
FARO Focus Premium
三维激光扫描仪对电缆敷设过程中的电缆导体连接部位
、
中间接头主体以及电缆与金属套封铅部位进行彩色点云数据采集；
[0014]采集彩色点云数据时，将多个标定球摆放在待测电缆附件周围，且确保所有标定球不在同一平面；
[0015]利用
3D Sphere
软件将3组点云数据进行拼接，并采用统计滤波算法将彩色点云数据中点云密度低于预设要求的噪声区域删除，以获得隧道点云集合
。
[0016]优选的，建立坐标系还包括：
[0017]设隧道点云集合
P
＝
{p
i
},i
＝
1,2,
……
m
，其中
m
为点云数量，对集合
P
进行降维运算，将集合的重心坐标作为原点，并将第一特征向量
、
第二特征向量和第三特征向量分别对应至隧道延展方向
、
隧道宽度方向和隧道高度方向上；
[0018]对标准坐标系的
Z
轴进行对齐矫正，使其正方向指向隧道顶部；
[0019]将隧道点云集合中任意点
p
i
从原始坐标系的三维坐标
(p
i
(x)
；
p
i
(y)
；
p
i
(z))
转换到隧道的标准坐标系的三维坐标
(p
i
′
(x)
；
p
i
′
(y)
；
p
i
′
(z))。
[0020]优选的，对所述点云数据进行预处理还包括：
[0021]将
Z
坐标小于
0.1
×
z
max
的点云分割为地面点云，并采用
RANSAC
算法对内壁点云进行圆柱曲面拟合；
[0022]其中，
z
max
为标准坐标系下隧道点云
Z
坐标的最大值
。
[0023]优选的，步骤2还包括：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于三维点云的隧道电缆附件检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，利用激光扫描仪采集隧道电缆点云数据，建立坐标系并对所述点云数据进行预处理；步骤2，从经过预处理后的点云数据中筛除非电缆点云，并对电缆点云进行一次分割，以获得单根电缆点云实例；步骤3，基于所述单根电缆点云实例的几何和颜色特征差异设置分割算法，以对单根电缆点云实例中的电缆部件进行二次分割，从而获取到所述单根电缆点云实例中的电缆附件的质量参数
。2.
根据权利要求1中所述的一种基于三维点云的隧道电缆附件检测方法，其特征在于：所述利用激光扫描仪采集隧道电缆点云数据还包括：利用
FARO Focus Premium
三维激光扫描仪对电缆敷设过程中的电缆导体连接部位
、
中间接头主体以及电缆与金属套封铅部位进行彩色点云数据采集；采集彩色点云数据时，将多个标定球摆放在待测电缆附件周围，且确保所有标定球不在同一平面；利用
3D Sphere
软件将3组点云数据进行拼接，并采用统计滤波算法将彩色点云数据中点云密度低于预设要求的噪声区域删除，以获得隧道点云集合
。3.
根据权利要求1中所述的一种基于三维点云的隧道电缆附件检测方法，其特征在于：所述建立坐标系还包括：设隧道点云集合
P
＝
{p
i
},i
＝
1,2,
……
m
，其中
m
为点云数量，对集合
P
进行降维运算，将集合的重心坐标作为原点，并将第一特征向量
、
第二特征向量和第三特征向量分别对应至隧道延展方向
、
隧道宽度方向和隧道高度方向上；对标准坐标系的
Z
轴进行对齐矫正，使其正方向指向隧道顶部；将隧道点云集合中任意点
p
i
从原始坐标系的三维坐标
(p
i
(x)
；
p
i
(y)
；
p
i
(z))
转换到隧道的标准坐标系的三维坐标
(p
i
′
(x)
；
p
i
′
(y)
；
p
i
′
(z))。4.
根据权利要求1中所述的一种基于三维点云的隧道电缆附件检测方法，其特征在于：所述对所述点云数据进行预处理还包括：将
Z
坐标小于
0.1
×
z
max
的点云分割为地面点云，并采用
RANSAC
算法对内壁点云进行圆柱曲面拟合；其中，
z
max
为标准坐标系下隧道点云
Z
坐标的最大值
。5.
根据权利要求1中所述的一种基于三维点云的隧道电缆附件检测方法，其特征在于：所述步骤2还包括：将点云的
X
坐标连续性和
Z
坐标分布作为先验知识辅助电缆点云分割；提取
Z
坐标大于
a
×
z
max
的点云作为支撑钢架中的顶部横梁，采用欧式聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑维刚，赵振威，黄珂，郝建成，鲁旭臣，郭铁，唐红，李冠华，何建营，杨长龙，张宏志，张忠瑞，许童羽，苗腾，杨鑫，于丰华，
申请(专利权)人：国家电网有限公司沈阳农业大学，
类型：发明
国别省市：