【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及树障清理，特别是一种基于点云的城郊输电线网络树障定位及切除方法。
技术介绍
1、随着科技与社会的快速发展进步，人们的生活生产越来越依赖电网系统的稳定运行，而如今输电线路规模愈发庞大，输电线网络的安全运行就变得至关重要。城市周围的输电线路多架设在市郊偏远地区，远离人群，避免寻常的人为威胁。故而这种电力线一般位于低空、环境偏僻恶劣的地区，但随着树木生长，这种低空电力线往往会存在树障威胁。
2、而传统的树障检测是由人工实地观测的方式实现的，巡检人员需要装备各种检测和切割树障的工具，这种巡检方式耗时费力，效率低下。所以如今在山区大规模输电线路巡检工作中，巡检人员多采用无人机倾斜摄影和搭载激光雷达技术进行输电线路巡检。前一种方法，巡检周期长，作业强度大，危险环境下还会危及工作人员的生命，无法保证树障检测的精度与质量，可靠性不高，不足以满足现代社会智能电网的建设与维护。后一种方法满足电网技术进步发展，利用无人机倾斜摄影技术与激光雷达生成三维模型，满足科技发展要求，但这种检测方法成本较高，且无法适用于所有恶劣环境的树障检测，例如城市低空小规模输电线路的树障检测。
3、针对以上问题本专利技术提出一种基于三维点云的城郊输电线树障定位及切除方案，该方案的输电线路树障检测区域主要是城市周边的恶劣环境，对于这种小规模低空电力线巡检工作，采用高端的激光雷达无人机成本太高，所以本方案采取小型数据采集装置采集环境信息，处理器设备完成三维点云模型的生成与模型的处理计算工作，接着用树障切除装置，在计算机规划的树障切割路径的基
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于点云的城郊输电线网络树障定位及切除方法，为城郊输电线网络树障定位及切除问题提供了方案。
2、为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：基于点云的城郊输电线网络树障定位及切除方法，包括以下步骤：
3、a1:小型无人机对城郊输电线网络进行摄影，从影像中截取巡检区域输电线与树木的图片；
4、a2:将图片传回处理器装置，由处理器进行三维点云模型的生成，利用体素化网格与直通滤波的方法对点云模型实现降采样和消除噪点，得到输电线与树木的清晰点云模型，设计位姿调整方法将歪斜的点云数据校正；
5、a3:面对不同的树木生长情况，处理器使用一种改进欧氏聚类分割算法提取巡检区域的单簇输电线点云，对提取出的单簇输电线点云进行ransac及最小二乘法拟合，得到输电线的空间方程；
6、a4:接着处理器依据安全树线距离定位树障的位置并规划生成大型无人机搭载锯链切除树障的路线；
7、a5:操作人员在处理器的帮助下，操作大型无人机按照分型路线切除树障。
8、优选的，所述步骤a1中小型无人机采集巡检区域树木与输电线的影像文件，将文件传回处理器，处理器根据机器视觉识别技术对树木与输电线进行识别并截图。
9、优选的，所述步骤a2中将小型无人机采集到的图片传回处理器，在处理器上进行三维重建，接着利用点云处理技术对所获得的点云数据进行加工，加工后得到清晰可辨的巡检区域树木环境点云，利用点云的基本特征设计一种位姿调整方法，生成点云旋转矩阵，将点云数据校正，得到地面点云与天空平行的点云数据，此时点云数据只包含极少量噪点。
10、优选的，步骤a2具体包括以下步骤：
11、1)确定巡检区域在小型无人机所拍摄的影像中的帧，截取符合要求的帧图；
12、2)使用截取的图片在处理器中生成点云并显示出来；
13、3)利用体素化和统计滤波以及直通滤波的算法对点云数据进行处理降采样和去噪点处理，具体包括以下部分：
14、a.环境点云降采样
15、利用体素化网格算法，在输入的巡检点云数据上创建一系列三维体素网格，用这些体素网格的质心点代替原有的点云数据；如此对初始点云进行滤波，大规模减少点云的数量，并不改变原始点云的特征形态，在保留输电线路与树木特征形态以及相对位置关系的情况下，大幅降低原始点云的数据规模，为接下来的点云处理工作节省大量时间成本。
16、体素网格简化点云数据的主要参数计算方法，首先计算包围框的边长：
17、
18、其中：xmax是x轴坐标最大值；xmin是x轴坐标最小值；ymax是y轴坐标最大值；ymin是y轴坐标最小值；zmax是z轴坐标最大值；zmin是z轴坐标最小值，n为点云所有数目；
19、其次需要统计属于这个包围框的的边界点，假设边界点确为当前处理点，则包围框的序号为：
20、
21、通过点云法向量来估计点云特征，由于对法向量的低要求，采用主成分分析法；从点中找到k个邻近点，用最小二乘计算局部平面：
22、
23、其中为n局部平面的法向量；d为点到坐标原点的距离；p1为邻域的重心点；
24、接着计算以下半正定协方差矩阵，得到最小的特征向量即可作为法向量；
25、
26、最后利用高斯加权特征平均值来判断数据点是否可以作为特征点出现在采样后的点云中，而通过调整δ来获得不同的加权特征平均值，即不同的网格化效果；
27、
28、式中θ为法向量的夹角；δ为点x到点p的距离阈值，即‖x-p‖<δ；
29、b.环境点云位姿调整
30、点云数据与现实中的巡检区域三维特征截然不同，在对点云进行维度上的阈值处理时，无法精准的找到消除杂点所需要的阈值，所以需要先对点云进行坐标矫正，然后才能方便快捷的找到直通阈值消除杂点。利用点云数据的相机位姿确定一个空间平面，然后再将这个空间平面平移到质心位置，随后将坐标原点移到此位置，计算出此时平面的法向量，然后算出使法向量平行于z轴的旋转矩阵，将此旋转矩阵应用于整个点云数据，便可得到坐标矫正后的点云模型。
31、首先设定点云相机位姿平面方程：
32、ax+by+cz+d＝0 (6)
33、使根据最小二乘法可得：s＝min∑[(a1xi+a2yi+a3)-zi]。
34、当有矩阵方程:
35、
36、解出a1，a2，a3，并将位姿平面平移到点云的质心位置；由罗德里格斯旋转公式可求得坐标矫正的旋转矩阵，旋转矩阵应用于滤波后的巡检点云数据，即可得到数据预处理后的三维点云；
37、c.环境点云滤波
38、利用点云统计滤波来消除噪声，同时保留结构信息；它通过计算给定点的均值和标准差，将其与一个预定义的阈值进行比较，来检测异常点；统计滤波中有两个重要的参数，分别是邻近点搜索数目k，从而计算出高斯分布中的标准差σ和均值μ；以及标准差倍数阈值s，距离的阈值d＝μ±σ·s；如果邻近点平均距离大于此阈值d，则认为该点时异常点并将其删除；
39、利用直通滤波去除周边大范围无关事物的点云，消除大型噪点团，得本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于点云的城郊输电线网络树障定位及切除方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述基于点云的城郊输电线网络树障定位及切除方法，其特征在于，所述步骤A1中小型无人机采集巡检区域树木与输电线的影像文件，将文件传回处理器，处理器根据机器视觉识别技术对树木与输电线进行识别并截图。
3.根据权利要求1所述基于点云的城郊输电线网络树障定位及切除方法，其特征在于，所述步骤A2中将小型无人机采集到的图片传回处理器，在处理器上进行三维重建，接着利用点云处理技术对所获得的点云数据进行加工，加工后得到清晰可辨的巡检区域树木环境点云，利用点云的基本特征设计一种位姿调整方法，生成点云旋转矩阵，将点云数据校正，得到地面点云与天空平行的点云数据，此时点云数据只包含极少量噪点。
4.根据权利要求3所述基于点云的城郊输电线网络树障定位及切除方法，其特征在于，步骤A2具体包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述基于点云的城郊输电线网络树障定位及切除方法，其特征在于，所述步骤A3中根据得到的校正后的预处理结果点云，将电力线和非电力线分类标注出来，根据标注信
6.根据权利要求5所述基于点云的城郊输电线树障定位及切除系统，其特征在于：所述步骤A3中处理器首先根据校正后的预处理点云，采用分割算法分割出单簇电力线点云并进行标注；接着在预处理点云中将电力线点云与非电力线点云分类且提取出非电力线点云；随后用RANSAC与最小二乘法将电力线点云拟合出来，得到电力线点云的空间直线方程。
7.根据权利要求1所述基于点云的城郊输电线树障定位及切除系统，其特征在于：所述步骤A4中处理器依据得到的空间直线方程计算电力线点云与非电力线点云的距离，对比安全树线距离，搜寻出非电力线点云中小于安全树线距离的点，将其归为树障点云团；
...【技术特征摘要】
1.基于点云的城郊输电线网络树障定位及切除方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述基于点云的城郊输电线网络树障定位及切除方法，其特征在于，所述步骤a1中小型无人机采集巡检区域树木与输电线的影像文件，将文件传回处理器，处理器根据机器视觉识别技术对树木与输电线进行识别并截图。
3.根据权利要求1所述基于点云的城郊输电线网络树障定位及切除方法，其特征在于，所述步骤a2中将小型无人机采集到的图片传回处理器，在处理器上进行三维重建，接着利用点云处理技术对所获得的点云数据进行加工，加工后得到清晰可辨的巡检区域树木环境点云，利用点云的基本特征设计一种位姿调整方法，生成点云旋转矩阵，将点云数据校正，得到地面点云与天空平行的点云数据，此时点云数据只包含极少量噪点。
4.根据权利要求3所述基于点云的城郊输电线网络树障定位及切除方法，其特征在于，步骤a2具体包括以下步...
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