【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力输电系统领域，具体为一种杆塔横担歪斜度精确测量方法、装置、系统及介质。
技术介绍
1、横担是电力杆塔重要的组成部分，其作用为安装绝缘子及金具以支承导地线。在极端大风和地质灾害等恶劣工况作用下，受荷载不平衡以及基础位移沉降等因素影响，横担易发生歪斜，威胁线路安全运行。精确测量横担歪斜角度对准确评估杆塔受力情况，及时发现潜在倒塔风险，保障线路安全运行具有重要意义。
2、现阶段，运维人员主要采用全站仪或经纬仪对横担的歪斜情况进行测量，操作流程复杂、检测效率较低，且对检测人员专业素质要求较高。随着激光雷达(light detectionand ranging，lidar)技术在输电线路运维领域的深化应用，机载lidar巡检成为了输电线路周期性巡检的常用手段，高精度地基lidar的面世也使杆塔结构精确测量成为可能。目前已有学者和机构利用激光点云开展电力杆塔横担歪斜度测量工作。
3、目前，采用激光点云来计算杆塔倾斜度的方法，其主要思路是通过对杆塔点云进行切片，通过不同点云切片形状、点数量等参数的差异提取出横担下平面结构，并使用四边形来拟合横担下平面外轮廓，进而获得横担歪斜角度。现有方法主要存在如下三方面不足。一、实际输电杆塔按形状可分为干字塔、酒杯型、猫头塔以及鼓型塔等多种类型，每种塔型的横担结构差异较大，利用点云切片特征差异准确提取横担下平面存在困难；二、若横担点云存在缺失，横担外轮廓提取则会变得十分复杂，算法鲁棒性较差；三、点云数据通常存在噪声，且横担点云与绝缘子金具点云通常难以完全分离，因此利
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决上述现有技术的不足，从而提供一种杆塔横担歪斜度精确测量方法，利用横担结构具有空间对称性的特点构造最优化函数，使用迭代最近点算法求解横担点云与其镜像点云之间的刚体变换矩阵，并基于刚体变换矩阵计算横担点云的偏转角度。本专利技术无需复杂的点云切片和特征提取，且对塔身点云残缺、噪声具有较高抗性，鲁棒性高，适用于猫头、鼓形、干字型等各类杆塔横担歪斜度的准确测量。
2、一种杆塔横担歪斜度精确测量方法，包括以下步骤：
3、对杆塔三维激光点云数据进行预处理；
4、对预处理后的杆塔三维激光点云数据进行裁切，获得杆塔横担点云；
5、对杆塔横担点云去中心化，获得杆塔横担的去中心化点云；
6、对去中心化点云进行坐标翻转，获得镜像点云；
7、求解去中心化点云对镜像点云的刚体变换矩阵，根据刚体变换矩阵的矩阵元素计算杆塔横担歪斜度。
8、对杆塔三维激光点云数据进行预处理具体包括以下步骤：
9、对原始杆塔三维激光点云数据进行抽稀，使得抽稀后的杆塔三维激光点云数据之间几何距离不大于给定值d，给定值d远小于杆塔最短塔材的长度；
10、对抽稀后的杆塔三维激光点云数据进行统计滤波，以滤除离群点和噪点。
11、对抽稀后的杆塔三维激光点云数据进行统计滤波，以滤除离群点和噪点具体为：
12、遍历抽稀后的杆塔三维激光点云数据中每一个点的所有领域点，计算每个点到领域点的距离dij，获取点云集合的邻域距离统计参数：
13、
14、其中，i＝1,2,...,m；j＝1,2,...,k；m为点云总数，k为领域点云数量，μ为点云集合邻域距离的平均值，σ为点云集合邻域距离的标准差；
15、对任意一点i，若该点与领域点距离满足下式，则将该点判断为离群点予以剔除；
16、
17、对杆塔横担点云去中心化的公式为：
18、
19、式中：为去中心化之后杆塔横担的去中心化点云，pi为杆塔横担点云坐标，p0为杆塔横担点云质心坐标，n为杆塔横担点云总数。
20、对去中心化点云进行坐标翻转，获得镜像点云具体为：
21、对去中心化点云沿x、y轴翻转，即对去中心化点云乘以坐标变换矩阵t0，获得镜像点云
22、
23、
24、求解去中心化点云对镜像点云的刚体变换矩阵，根据刚体变换矩阵的矩阵元素计算横担歪斜度，具体为：
25、基于最小二乘法，以经过刚体变换后的去中心化点云与镜像点云之间距离平方和最小为目标构造目标函数，构造的目标函数为：
26、
27、式中，r*为距离平方和的最小值，r为旋转变换矩阵，t为平移变换矩阵，n为杆塔横担点云总数；
28、使用迭代最近点算法，根据目标函数求解旋转变换矩阵r；
29、
30、根据旋转变换矩阵r中元素数值计算横担点云沿x轴旋转角度φ和沿y轴旋转角度θ：
31、
32、一种杆塔横担歪斜度精确测量装置，包括：
33、预处理模块，所述预处理模块用于对杆塔三维激光点云数据进行预处理；
34、点云裁切模块，所述点云裁切模块用于对预处理后的杆塔三维激光点云数据进行裁切，获得杆塔横担点云；
35、去中心化模块，所述去中心化模块用于对杆塔横担点云去中心化，获得杆塔横担的去中心化点云；
36、坐标翻转模块，坐标翻转模块用于对去中心化点云进行坐标翻转，获得镜像点云；
37、计算模块，所述计算模块用于求解去中心化点云对镜像点云的刚体变换矩阵，根据刚体变换矩阵的矩阵元素计算杆塔横担歪斜度。
38、预处理模块具体用于：
39、对原始杆塔三维激光点云数据进行抽稀，使得抽稀后的杆塔三维激光点云数据之间几何距离不大于给定值d，给定值d远小于杆塔最短塔材的长度；
40、对抽稀后的杆塔三维激光点云数据进行统计滤波，滤除离群点和噪点。
41、预处理模块还用于：
42、遍历抽稀后的杆塔三维激光点云数据中每一个点的所有领域点，计算每个点到领域点的距离dij，获取点云集合的邻域距离统计参数：
43、
44、其中，i＝1,2,...,m；j＝1,2,...,k；m为点云总数，k为领域点云数量，μ为点云集合邻域距离的平均值，σ为点云集合邻域距离的标准差；
45、对任意一点i，若该点与领域点距离满足下式，则将该点判断为离群点予以剔除；
46、
47、坐标翻转模块具体用于：
48、对去中心化点云沿x、y轴翻转，即对去中心化点云乘以坐标变换矩阵t0，获得镜像点云
49、
50、计算模块具体用于：
51、基于最小二乘法，以经过刚体变换后的去中心化点云与镜像点云之间距离平方和最小为目标构造目标函数，构造的目标函数为：
52、
53、式中，r*为距离平方和的最小值，r为旋转变换矩阵，t为平移变换矩阵，n为杆塔横担点云总数；
54、使用迭代最近点算法，根据目标函数求解旋本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种杆塔横担歪斜度精确测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种杆塔横担歪斜度精确测量方法，其特征在于，对杆塔三维激光点云数据进行预处理具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种杆塔横担歪斜度精确测量方法，其特征在于，对抽稀后的杆塔三维激光点云数据进行统计滤波，以滤除离群点和噪点具体为：
4.根据权利要求1所述的一种杆塔横担歪斜度精确测量方法，其特征在于，对杆塔横担点云去中心化的公式为：
5.根据权利要求1所述的一种杆塔横担歪斜度精确测量方法，其特征在于，对去中心化点云进行坐标翻转，获得镜像点云具体为：
6.根据权利要求1所述的一种杆塔横担歪斜度精确测量方法，其特征在于，求解去中心化点云对镜像点云的刚体变换矩阵，根据刚体变换矩阵的矩阵元素计算横担歪斜度，具体为：
7.一种杆塔横担歪斜度精确测量装置，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的一种杆塔横担歪斜度精确测量装置，其特征在于，预处理模块具体用于：
9.根据权利要求7所述的一种杆塔横担歪斜度精确
10.根据权利要求7所述的一种杆塔横担歪斜度精确测量装置，其特征在于，坐标翻转模块具体用于：
11.根据权利要求7所述的一种杆塔横担歪斜度精确测量装置，其特征在于，计算模块具体用于：
12.一种杆塔横担歪斜度精确测量系统，其特征在于：包括：计算机可读存储介质和处理器；
13.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-6中任一项所述的杆塔横担歪斜度精确测量方法。
...【技术特征摘要】
1.一种杆塔横担歪斜度精确测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种杆塔横担歪斜度精确测量方法，其特征在于，对杆塔三维激光点云数据进行预处理具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种杆塔横担歪斜度精确测量方法，其特征在于，对抽稀后的杆塔三维激光点云数据进行统计滤波，以滤除离群点和噪点具体为：
4.根据权利要求1所述的一种杆塔横担歪斜度精确测量方法，其特征在于，对杆塔横担点云去中心化的公式为：
5.根据权利要求1所述的一种杆塔横担歪斜度精确测量方法，其特征在于，对去中心化点云进行坐标翻转，获得镜像点云具体为：
6.根据权利要求1所述的一种杆塔横担歪斜度精确测量方法，其特征在于，求解去中心化点云对镜像点云的刚体变换矩阵，根据刚体变换矩阵的矩阵元素计算横担歪...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪显康，冯志强，周学明，姚尧，张力，张耀东，吴嘉琪，胡丹晖，黄俊杰，李劲彬，
申请(专利权)人：国网湖北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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