一种基于制造技术

本发明专利技术提供一种基于

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D点云的输电通道树障隐患检测方法


[0001]本专利技术提供一种基于
3D
点云的输电通道树障隐患检测方法，属于输电通道树障隐患检测

。

技术介绍

[0002]随着电网建设规模的日益扩增，对于输电通道巡检维护工作的效率和可靠性要求也在不断提高，这给输电通道巡检维护工作带来了更多难题
。
目前输电通道巡检工作中树障检测是极为重要的一环，输电通道树障隐患主要指距离输电线路小于电网安全规范距离的树木障碍，受限于线路所处地形环境及设备性能影响，传统人工巡检效率低
、
质量差，难以及时发现输电通道中存在的树障隐患
。
[0003]针对该问题，可通过无人机搭载激光雷达可快速获取输电通道三维点云信息，对点云信息进行算法处理可实现高效
、
高质量的输电通道树障检测；目前在基于
3D
点云处理技术的输电通道树障检测方面提出了多种解决方案，大多通过
Hough
变换提取输电线并结合空间索引结构进行树障检测，但这些方法并无较强的适用性，且并未关注到输电通道原始点云数据庞大导致检测算法效率低的问题
。
此外，目前针对于输电通道树障隐患的检测算法检测精度多受限于输电线提取精度，对于树木密集区域无法高精度提取输电线，导致树障检测结果不尽人意
。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于
3D
点云的输电通道树障隐患检测方法的改进
。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基于
3D
点云的输电通道树障隐患检测方法，包括如下的检测步骤：
[0006]步骤1：基于归一化数字表面模型的高程直方图法过滤法，过滤在输电通道原始点云数据中存在的地面
、
建筑物
、
树木的干扰点云，对输电线点云数据进行初步提取和预处理：
[0007]步骤
1.1
：采用归一化数字表面模型处理输电通道点云数据，实现点云数据高程归一化，消除地势高度差对高程直方图初步提取输电线点云能力的影响；
[0008]步骤
1.2
：采用高程直方图对归一化后的原始点云数据进行处理，去除地面
、
建筑物
、
树木的干扰点云，遍历此时点云数据得到点云数据高程分布图，设置阈值进行背景点过滤，实现对输电线点云数据的初步提取；
[0009]步骤2：基于随机采样一致性
RANSAC
算法的输电线提取方式，对数据预处理后的点云数据进行输电线点云提取：
[0010]步骤
2.1
：将经过步骤1处理后的点云数据记作数据
S
，将
S
投影至
X
‑
O
‑
Y
平面；
[0011]步骤
2.2
：算法开始迭代，从投影后的数据中随机选择最小样本量的数据点，每次迭代随机初始化两个数据点作为内点；
[0012]步骤
2.3
：根据所选内点由公式
ax+by+c
＝0计算出本次所拟合直线的参数，并计算剩余数据点到该直线的欧式距离
s
，计算公式为：
[0013][0014]设定一个阈值，将距离小于阈值的数据点视为内点，大于阈值的数据点视为外点，计算所有内点的总距离
L
k
，计算公式为：
[0015][0016]算法在此步骤中拟合
k
次，
k
值视线路情况进行确定，拟合结束后选取
K
次中
L
k
最小的结果作为本次迭代结果；
[0017]步骤
2.4
：根据实际线路中输电线条数设置算法迭代次数
m
，对步骤
2.3
进行迭代并将每次迭代结果所得直线进行剔除，最终可提取出此平面中的
m
条输电线点云；
[0018]步骤
2.5
：将数据
S
投影至
X
‑
O
‑
Z
平面重复执行步骤
2.2
至
2.4
，同样采用
RANSAC
算法在
X
‑
O
‑
Z
平面中进行直线检测提取输电线点云，在
X
‑
O
‑
Z
平面中拟合出的直线即对应
X
‑
O
‑
Y
平面提取输电线时所缺少的弧度，将
X
‑
O
‑
Y
与
X
‑
O
‑
Z
平面所提取出的输电线点云进行结合得出完整的输电线点云；
[0019]步骤3：针对输电线路进行树障检测，具体测量输电线路周围树障到输电线的距离，对步骤2所提取的输电线采用悬链线方程进行三维重建：
[0020]采用的悬链线方程具体描述导线弧垂与应力
、
比载
、
档距之间的基本关系，表达式为：
[0021][0022]式中，
σ0为导线最低点应力，
g
为重力加速度，
y
表示导线的弧垂，
x
表示弧长档距，
cosh
是双曲余弦函数，
C1和
C2为积分常数，其值根据坐标原点位置及初始条件而定；
[0023]根据所采集数据类型，将悬链线公式按照泰勒级数进行展开为
y
＝
ax2+bx+c
；
[0024]将泰勒展开表达式转化为三维空间中的多项式方程，表达式为：
[0025][0026]式中，
p、q
是输电线在二维平面上投影直线的参数，最后采用最小二乘法进行拟合求解多项式模型系数；
[0027]步骤4：对输电线提取完成后，建立空间索引结构搜索除输电线点云外的点，若某点与任一输电线距离小于安全阈值则判断为障碍物点，并对此时的障碍物点云进行杆塔点剔除：
[0028]步骤
4.1
：以非输电线点云为数据建立空间索引结构，进行遍历计算非输电线点云中所有点与输电线的欧式距离，将所有距离小于安全阈值的点云标记为障碍物点云；
[0029]步骤
4.2
：采用自适应高程数量统计法进行杆塔点定位，通过计算点云高程密度因子
H
i
，基于
H
i
绘制统计直方图，根据图中极值点定位杆塔位置，并对杆塔障碍物点云进行剔除；
[0030]步骤5：基于杆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于
3D
点云的输电通道树障隐患检测方法，其特征在于：包括如下的检测步骤：步骤1：基于归一化数字表面模型的高程直方图法过滤法，过滤在输电通道原始点云数据中存在的地面
、
建筑物
、
树木的干扰点云，对输电线点云数据进行初步提取和预处理：步骤
1.1
：采用归一化数字表面模型处理输电通道点云数据，实现点云数据高程归一化，消除地势高度差对高程直方图初步提取输电线点云能力的影响；步骤
1.2
：采用高程直方图对归一化后的原始点云数据进行处理，去除地面
、
建筑物
、
树木的干扰点云，遍历此时点云数据得到点云数据高程分布图，设置阈值进行背景点过滤，实现对输电线点云数据的初步提取；步骤2：基于随机采样一致性
RANSAC
算法的输电线提取方式，对数据预处理后的点云数据进行输电线点云提取：步骤
2.1
：将经过步骤1处理后的点云数据记作数据
S
，将
S
投影至
X
‑
O
‑
Y
平面；步骤
2.2
：算法开始迭代，从投影后的数据中随机选择最小样本量的数据点，每次迭代随机初始化两个数据点作为内点；步骤
2.3
：根据所选内点由公式
ax+by+c
＝0计算出本次所拟合直线的参数，并计算剩余数据点到该直线的欧式距离
s
，计算公式为：设定一个阈值，将距离小于阈值的数据点视为内点，大于阈值的数据点视为外点，计算所有内点的总距离
L
k
，计算公式为：算法在此步骤中拟合
k
次，
k
值视线路情况进行确定，拟合结束后选取
K
次中
L
k
最小的结果作为本次迭代结果；步骤
2.4
：根据实际线路中输电线条数设置算法迭代次数
m
，对步骤
2.3
进行迭代并将每次迭代结果所得直线进行剔除，最终可提取出此平面中的
m
条输电线点云；步骤
2.5
：将数据
S
投影至
X
‑
O
‑
Z
平面重复执行步骤
2.2
至
2.4
，同样采用
RANSAC
算法在
X
‑
O
‑
Z
平面中进行直线检测提取输电线点云，在
X
‑
O
‑
Z
平面中拟合出的直线即对应
X
‑
O
‑
Y
平面提取输电线时所缺少的弧度，将
X
‑
O
‑
Y
与
X
‑
O
‑
Z
平面所提取出的输电线点云进行结合得出完整的输电线点云；步骤3：针对输电线路进行树障检测，具体测量输电线路周围树障到输电线的距离，对步骤2所提取的输电线采用悬链线方程进行三维重建：采用的悬链线方程具体描述导线弧垂与应力
、
比载
、
档距之间的基本关系，表达式为：式中，
σ0为导线最低点应力，
g
为重力加速度...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦靖哲，景超，王慧民，张兴忠，程永强，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：