【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电网输电运维领域，具体地说是一种面向点云数据的电力杆塔关键结构参数提取方法及系统。
技术介绍
1、电力杆塔是输电线路中最基本的设施，是输电运维的重点对象。为更好地保障其正常运行，很多防护技术的建模分析研究、防护措施应用围绕杆塔结构特征而开展，杆塔结构参数是其所依赖的最基础的数据之一。收集杆塔结构参数，传统方法往往是人工查阅设计、施工图纸，逐一手动记录，但手动记录工作量大且不可避免出现错漏，且无法满足不同研究方向的需求，准确性和效率低下。
2、随着工业无人机以及激光雷达的大量应用，激光雷达可以快速地采集输电线路沿线设备及环境的点云。激光点云是在同一空间参考系下表达目标空间分布和目标表面特性海量点的集合，作为一种三维数据表示方式，在三维空间中保留了目标物体原始的几何特征信息，具有精度高、采集快等特点。
3、目前输电运维单位积累了大量点云数据，但点云数据通常只是空间中离散的三维坐标，点与点之前没有直接的关联线索，从点云无法直接识别电力杆的结构特征，一般仅用在三维可视化场景中，杆塔结构参数并不能获取。
4、因此，从点云中高效、准确、批量化地进行杆塔结构参数提取，对输电运维具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种面向点云数据的电力杆塔关键结构参数提取方法及系统，以准确提取最重要的杆塔呼高、导线挂点高度及中距、地线挂点高度及中距等参数，旨在解决够解决电力行业利用无人机携带激光雷达获取输电通道中电力杆塔大规模三维点云数据后，自
2、为达到上述专利技术目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种面向点云数据的电力杆塔关键结构参数提取方法，其步骤如下：
3、步骤s1，对激光扫描的电力杆塔点云进行数据格式转换与标准化，将原有数据转换到电力杆塔自有的坐标系中；
4、步骤s2，对杆塔点云进行体素滤波和统计滤波，降低点云密度；
5、步骤s3，将点云坐标系调整到对称面对照；
6、步骤s4，以对称面参数求解杆塔呼高、导线及地线挂点中距、导线及地线挂点高度。
7、步骤s2对杆塔点云进行了体素滤波和统计滤波，可以在降低点云密度的同时较好地保持点云的形状特征、避免噪声。步骤s3将电力杆塔坐标系调整到对称面对照，使求解电力杆塔特定结构参数可以沿轴上直接计算，大大提高目标对象的数值求解效率。
8、进一步地，步骤s1中，将无人机携带激光雷达扫描的电力杆塔点云数据从二进制的las格式转换为文本的pcd格式。las格式是一种适于激光雷达探测测距的二进制格式，记录了空间点坐标、颜色以及扫描姿态等信息，pcd格式是一种文本格式，同样包含空间点坐标、颜色等信息，有一定的可定制性，更易于计算机程序处理。
9、更进一步地，步骤s1中，进行标准化处理，将原有坐标数据转换到电力杆塔自有的坐标系中。
10、更进一步地，步骤s1中，首先，按下式将点云数据从las格式转换为pcd格式坐标，
11、
12、其中，xcoordinate、ycoordinate、zcoordinate为点的地理坐标；xrecord、yrecord、zrecord为点数据记录区中记录点坐标；xscale、yscale、zscale分别为las格式文件x、y、z轴向的比例因子；xoffset、yoffset、zoffset分别为las格式文件x、y、z轴向的偏移量；
13、然后，在x、y、z轴分别求取点坐标平均值和标准差，按照下式进行标准化，将原有坐标数据转换到电力杆塔自有的坐标系中，
14、
15、其中，μx、μy、μz为点的地理坐标在x、y、z轴向均值；σx、σy、σz为点的地理坐标在x、y、z轴向标准差；x’、y’、z’为点的标准化坐标。
16、进一步地，步骤s2中，体素滤波设置阈值控制采样的疏密度，统计滤波根据点云平均距离判断离群点。
17、更进一步地，步骤s2中，所述体素滤波，在点云数据中创建多个微小的空间三维立方体，即体素网格，然后计算每个体素网格内的点云质心，在每个体素网格内，选择离点云质心最近的点代替该体素网格内的所有点，保留采样后的点云。
18、更进一步地，步骤s2中，所述统计滤波，通过遍历点云计算每个点与其最近的k个邻居点之间的平均距离，剔除平均距离大于距离阈值dmax的点，
19、dmax ＝ μ+ασ (3)
20、其中，μ、σ分别是所有平均距离的均值与标准差；α是一个常数，称为比例系数。
21、进一步地，步骤s3中，根据杆塔对称面选取法向方向，结合步骤s1中转换后的坐标系原点作为空间原点，旋转电力杆塔点云过空间原点，将x或y轴旋转到对称面上，使点云的坐标系原点对齐到对称面上。
22、进一步地，步骤s4中，杆塔呼高按照z轴点数分布突变提取：在yz平面的z轴上以m为间隔参数，统计杆塔在z轴每个间隔点数，形成点数分布直方图，由于电力杆塔的呼高平面面积显著大于塔身横截面面积，出现点云数量跳变的间隔即为呼高平面位置，此处z轴坐标即为杆塔呼高；
23、对于导线挂点，将导线点云旋转至步骤s3中按照对称面调整后的yz平面，在y轴的正、负半轴分别查找离yz平面最近的导线点，二者连线中点即为导线挂点，该处y、z轴坐标值分别为导线挂点中距、高度；
24、同理计算出地线挂点中距、高度。
25、步骤s4根据点云z轴点数分布直方图的跳变识别呼高面，通过坐标系转换识别导线、地线挂点，全过程通过解析的方式得到杆塔呼高、导线及地线挂点中距、导线及地线挂点高度等结构参数，不需要大量同类塔型点云进行训练。
26、本专利技术还提供一种面向点云数据的电力杆塔关键结构参数提取系统，其用于实现上述的面向点云数据的电力杆塔关键结构参数提取方法。
27、本专利技术具有的有益效果为：
28、1、可以准确提取最重要的杆塔呼高、导线挂点高度及中距、地线挂点高度及中距等参数，能够解决电力行业利用无人机携带激光雷达扫描获取输电通道中电力杆塔三维点云数据后，自动提取不同类型形状电力杆塔关键结构参数的问题，供进一步分析应用；
29、2、本专利技术充分考虑了电力杆塔的结构特点，与使用机器学习一类的方法相比较，并不需要大量同类型电力杆塔点云数据进行模型训练；
30、3、本专利技术扩展性强，针对不同塔型仅需调整部分参数即可适用。
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1.一种面向点云数据的电力杆塔关键结构参数提取方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的面向点云数据的电力杆塔关键结构参数提取方法，其特征在于，步骤S1中，将无人机携带激光雷达扫描的电力杆塔点云数据从二进制的LAS格式转换为文本的PCD格式。
3.根据权利要求2所述的面向点云数据的电力杆塔关键结构参数提取方法，其特征在于，步骤S1中，进行标准化处理，将原有坐标数据转换到电力杆塔自有的坐标系中。
4.根据权利要求2所述的面向点云数据的电力杆塔关键结构参数提取方法，其特征在于，步骤S1中，首先，按下式将点云数据从LAS格式转换为PCD格式坐标，
5.根据权利要求1所述的面向点云数据的电力杆塔关键结构参数提取方法，其特征在于，步骤S2中，体素滤波设置阈值控制采样的疏密度，统计滤波根据点云平均距离判断离群点。
6.根据权利要求5所述的面向点云数据的电力杆塔关键结构参数提取方法，其特征在于，步骤S2中，所述体素滤波，在点云数据中创建多个微小的空间三维立方体，即体素网格，然后计算每个体素网格内的点云质心，在每个体素网格内，选
7.根据权利要求5所述的面向点云数据的电力杆塔关键结构参数提取方法，其特征在于，步骤S2中，所述统计滤波，通过遍历点云计算每个点与其最近的k个邻居点之间的平均距离，剔除平均距离大于距离阈值dmax的点，
8.根据权利要求1所述的面向点云数据的电力杆塔关键结构参数提取方法，其特征在于，步骤S3中，根据杆塔对称面选取法向方向，结合步骤S1中转换后的坐标系原点作为空间原点，旋转电力杆塔点云过空间原点，将X或Y轴旋转到对称面上，使点云的坐标系原点对齐到对称面上。
9.根据权利要求1所述的面向点云数据的电力杆塔关键结构参数提取方法，其特征在于，步骤S4中，杆塔呼高按照Z轴点数分布突变提取：在YZ平面的Z轴上以m为间隔参数，统计杆塔在Z轴每个间隔点数，形成点数分布直方图，由于电力杆塔的呼高平面面积显著大于塔身横截面面积，出现点云数量跳变的间隔即为呼高平面位置，此处Z轴坐标即为杆塔呼高；
10.一种面向点云数据的电力杆塔关键结构参数提取系统，其特征在于，用于实现权利要求1-9任一项所述的面向点云数据的电力杆塔关键结构参数提取方法。
...【技术特征摘要】
1.一种面向点云数据的电力杆塔关键结构参数提取方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的面向点云数据的电力杆塔关键结构参数提取方法，其特征在于，步骤s1中，将无人机携带激光雷达扫描的电力杆塔点云数据从二进制的las格式转换为文本的pcd格式。
3.根据权利要求2所述的面向点云数据的电力杆塔关键结构参数提取方法，其特征在于，步骤s1中，进行标准化处理，将原有坐标数据转换到电力杆塔自有的坐标系中。
4.根据权利要求2所述的面向点云数据的电力杆塔关键结构参数提取方法，其特征在于，步骤s1中，首先，按下式将点云数据从las格式转换为pcd格式坐标，
5.根据权利要求1所述的面向点云数据的电力杆塔关键结构参数提取方法，其特征在于，步骤s2中，体素滤波设置阈值控制采样的疏密度，统计滤波根据点云平均距离判断离群点。
6.根据权利要求5所述的面向点云数据的电力杆塔关键结构参数提取方法，其特征在于，步骤s2中，所述体素滤波，在点云数据中创建多个微小的空间三维立方体，即体素网格，然后计算每个体素网格内的点云质心，在每个体素网格内，选择离点云质心最近的点代替该...
【专利技术属性】
技术研发人员：谷山强，姜凯华，雷梦飞，李健，谢迎谱，张永，吴敏，李特，任华，王少华，杨勇，汤亮亮，刘子皓，王健，章涵，陈辉荣，苏杰，李涛，林卿，甘学义，吴晏紫，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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