【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超特高压输电线路监测，尤其是一种基于激光雷达的电力塔架形态监测方法及系统。
技术介绍
1、超特高压输电线路是高效快捷的能源输送通道和优化配置平台，在现代能源供应体系中发挥着重要的枢纽作用。
2、高压电力塔架在输电线路中起到了重要作用。但是，由于自然灾害(如雨雪、大风等)、地质开采、工程施工、人为破坏等因素，塔体倾斜、平移、沉降等偏移情况时有发生。塔体严重偏移时，有可能影响超特高压输电线路正常运行，甚至发生塔架倒塌事故。因此，对电力塔架进行形态监测，以实现电力塔架偏移情况的早期判断、及时报警非常重要。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术中高压电力塔架实时监测缺乏有效监测手段的缺陷，本专利技术提出了一种基于激光雷达的电力塔架形态监测方法，通过激光雷达实时监测点云判断电力塔架的偏移情况，可精确计算电力塔架的倾斜角度、沉降距离以及平移距离和角度，实现了电力塔架的精确监测和预警。
2、本专利技术提出的一种基于激光雷达的电力塔架形态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
3、s1、在电力塔架正常状态下，通过激光雷达采集电力塔架的点云，从电力塔架的点云中提取初始点云，该初始点云包覆电力塔架的所有底座；基于该初始点云获取电力塔架底座平面的中心点o并提取非底座区域；
4、s2、监测状态下，通过激光雷达采集电力塔架的实时点云；
5、s3、在垂直方向上将实时点云划分为多个区段，选择至少两个区段作为拟合区段，对实时点云中位于拟合区
6、s4、提取各特征平面位于同一方位的角点进行直线拟合，拟合获取的直线作为电力塔架该方位上的拟合楞线；
7、s5、获取位于拟合楞线所在直线上且与非底座区域重合的点中的最低点作为拟合楞线对应的初始地面点；获取实时点云中位于拟合楞线所在直线上且最接近对应的初始地面点的激光点作为拟合楞线的底座端点；
8、s6、集合所有拟合楞线的底座端点进行平面拟合，获得的拟合平面作为实测底座平面，获取实测底座平面的中心点o'；
9、s7、获取实测底座平面的法向量与竖直方向夹角作为电力塔架倾斜角度θ；获取电力塔架底座平面的中心点o和实测底座平面的中心点o'的水平距离作为平移值，获取电力塔架底座平面的中心点o和实测底座平面的中心点o'的垂直距离作为电力塔架的沉降值，并计算电力塔架的平移方向角λ；
10、
11、其中，x3为中心点o'的x轴坐标，y3为中心点o'的y轴坐标，(x4，y4)为位于当前测量电力塔架的横担方向上的任意二维坐标点的坐标。
12、优选的，根据激光点数量从少到多的顺序，选择指定数量的区段作为拟合区段；
13、或者，拟合区段根据以下步骤确定：
14、s311、将实时点云投影到垂直平面上形成二维点云图，在垂直方向上对二维点云图进行等距划分，形成多个区段；
15、s312、统计各区段中二维点云图上的激光点数量，建立变化曲线；
16、s313、提取变化曲线上波谷对应的区段以及斜率位于设定的阈值区间中的区段作为拟合区段；
17、阈值区间记作(f_min,f_max)，-a1≤f_min≤0，0<f_max≤a1，a1在区间(0.05,0.5)上取值。
18、优选的，令当前测量的电力塔架的顶点记作a2，与当前测量的电力塔架相邻的两个电力塔架的顶点分别记作a1、a3，取夹角∠a1a2a3的角平分线bb'；s311中，令实时点云在角平分线bb'所在垂直平面内投影，以形成二维点云图。
19、优选的，将拟合区段中实时点云拟合为特征平面的方法包括以下步骤：
20、s321、遍历拟合区段中的每个激光点dn，求该拟合区段中其他激光点dm与该激光点dn所在水平面m(dn)的距离dist(dm,m(dn))；
21、s322、确定满足优化目标的激光点dn的水平面m(dn)作为最佳拟合平面；
22、优化目标为：
23、
24、其中，w表示权重，l为拟合区段的高度，e为拟合区段中的激光点集合；
25、s323、计算实时点云中位于最佳拟合平面上的最外层轮廓点云，提取最外层轮廓点云所围平面作为特征平面。
26、优选的，s323中，利用2d point set surfaces算法获取最佳拟合平面上的最外层轮廓点云。
27、优选的，s7中，还包括：令当前计算获得实测底座平面的中心点o'记作ot'，令上一次计算获得实测底座平面的中心点o'记作ot-1'；根据矢量向量移动非底座区域，以进行非底座区域的空间坐标更新，返回步骤s1。
28、优选的，初始点云的获取，包括以下步骤：
29、s11、在电力塔架正常状态下，利用激光雷达采集电力塔架的点云数据作为常态点云，指定包覆电力塔架的四个底座的目标区域s，该目标区域s在所有方向均包覆四个底座；
30、s12、从常态点云中提取位于目标区域s中的点云记作底座常态点云，获取底座常态点云的体素栅格；
31、s13、对底座常态点云进行聚类，标识出体素栅格中的底座区域，将底座常态点云中位于底座区域中的点云作为初筛点云；目标区域s划分为底座区域以及非底座区域；
32、s14、对初筛点云进行滤波，以去除噪声和异常值，滤波后的初筛点云即为初始点云。
33、优选的，确定电力塔架底座平面的中心点o时，首先结合每个底座区域位于最下层的激光点进行平面拟合，获取以每个底座区域最下层的激光点在该拟合平面上的投影为顶点的封闭多边形，该封闭多边形的中心点即为电力塔架底座平面的中心点o。
34、本专利技术提出的一种基于激光雷达的电力塔架形态监测系统，存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时用于实现所述的基于激光雷达的电力塔架形态监测方法；
35、所述基于激光雷达的电力塔架形态监测系统包括：
36、初始模块，用于针对由激光雷达采集的正常状态下的电力塔架的常态点云，从中指定包覆电力塔架的四个底座的区域作为目标区域s；
37、预处理模块，用于采集电力塔架的实时点云并进行预处理；
38、投影模块，用于将实时点云投影到垂直平面内形成二维点云图；
39、提取模块，用于对二维点云图进行区段划分，统计区段中的激光点数量，建立变化曲线，根据变化曲线的趋势提取拟合区段；
40、拟合模块，用于针对拟合区段中的实时点云进行拟合，得到特征平面，提取每个特征平面的角点；
41、搜寻模块，用于根据每个特征平面的同方位的角点计算直线方程作为拟合楞线，依照每个拟合楞线所对应的直线向地面方向搜寻到非底座区域以获取拟合楞线上的初始地面点，搜寻实时点云中位于拟合楞线上且与对应的初始地面点最近的点作为拟合楞线上的底座端点；
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【技术保护点】
1.一种基于激光雷达的电力塔架形态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于激光雷达的电力塔架形态监测方法，其特征在于，根据激光点数量从少到多的顺序，选择指定数量的区段作为拟合区段；
3.如权利要求2所述的基于激光雷达的电力塔架形态监测方法，其特征在于，令当前测量的电力塔架的顶点记作A2，与当前测量的电力塔架相邻的两个电力塔架的顶点分别记作A1、A3，取夹角∠A1A2A3的角平分线BB'；S311中，令实时点云在角平分线BB'所在垂直平面内投影，以形成二维点云图。
4.如权利要求1所述的基于激光雷达的电力塔架形态监测方法，其特征在于，将拟合区段中实时点云拟合为特征平面的方法包括以下步骤：
5.如权利要求4所述的基于激光雷达的电力塔架形态监测方法，其特征在于，S323中，利用2D Point Set Surfaces算法获取最佳拟合平面上的最外层轮廓点云。
6.如权利要求1所述的基于激光雷达的电力塔架形态监测方法，其特征在于，S7中，还包括：令当前计算获得实测底座平面的中心点O'记作Ot'，令上一次计
7.如权利要求1所述的基于激光雷达的电力塔架形态监测方法，其特征在于，初始点云的获取，包括以下步骤：
8.如权利要求1所述的基于激光雷达的电力塔架形态监测方法，其特征在于，确定电力塔架底座平面的中心点O时，首先结合每个底座区域位于最下层的激光点进行平面拟合，获取以每个底座区域最下层的激光点在该拟合平面上的投影为顶点的封闭多边形，该封闭多边形的中心点即为电力塔架底座平面的中心点O。
9.一种基于激光雷达的电力塔架形态监测系统，其特征在于，存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时用于实现如权利要求1-8任一项所述的基于激光雷达的电力塔架形态监测方法；
10.如权利要求9所述的基于激光雷达的电力塔架形态监测系统，其特征在于，还包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于激光雷达的电力塔架形态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于激光雷达的电力塔架形态监测方法，其特征在于，根据激光点数量从少到多的顺序，选择指定数量的区段作为拟合区段；
3.如权利要求2所述的基于激光雷达的电力塔架形态监测方法，其特征在于，令当前测量的电力塔架的顶点记作a2，与当前测量的电力塔架相邻的两个电力塔架的顶点分别记作a1、a3，取夹角∠a1a2a3的角平分线bb'；s311中，令实时点云在角平分线bb'所在垂直平面内投影，以形成二维点云图。
4.如权利要求1所述的基于激光雷达的电力塔架形态监测方法，其特征在于，将拟合区段中实时点云拟合为特征平面的方法包括以下步骤：
5.如权利要求4所述的基于激光雷达的电力塔架形态监测方法，其特征在于，s323中，利用2d point set surfaces算法获取最佳拟合平面上的最外层轮廓点云。
6.如权利要求1所述的基于激光雷达的电力塔架形态监测...
【专利技术属性】
技术研发人员：张乐，孟令，林世忠，朱理宏，周飞飞，童贤德，丁思明，王维坤，张振威，郭文博，方小马，张军，王晨起，蔡博文，魏茂荣，寇奥永，何叶飞，汪尊文，徐郑，陈义征，张珂殊，夏云鹤，
申请(专利权)人：安徽送变电工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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