一种用于输电线路交叉跨越分析的激光点云分类方法技术

本发明专利技术公开了一种用于输电线路交叉跨越分析的激光点云分类方法，该方法包括S1、基站架设；S2、飞行规划；S3、POS解算；S4、点云数据生成；S5、点云数据去噪；S6、点云滤波；S7、基于拓扑约束的电力设施点云分类；S8、电力线模型重建；S9、判断出地物是否危险。本方法具有较高的计算效率，对不同电压等级的输电设施具有较好的适应性，分类精度也比较高，对输电配电线路也具有较好的分类精度整体方案成本及铺设复杂度相对较低。基于激光点云自动分类可以有效提取输电线路交叉跨越点，为交叉跨越隐患分析提供数据和决策依据。

A laser point cloud classification method for transmission line crossing analysis

The invention discloses a laser point cloud classification method for transmission line cross crossing analysis, which includes S1 and base station erection; S2, flight planning; S3, POS solution; S4, point cloud data generation; S5, point cloud data de-noising; S6, point cloud filtering; S7, topology based on power facility point cloud classification; S8 and electric power. Line model reconstruction; S9, to determine whether the site is dangerous. This method has high computational efficiency, has good adaptability for different voltage grade transmission facilities, and has high classification precision. It also has a better classification precision for transmission lines and low complexity of laying complexity. Based on the automatic classification of laser point cloud, the crossing point of transmission lines can be effectively extracted, providing data and decision-making basis for the analysis of cross over hidden dangers.

【技术实现步骤摘要】
一种用于输电线路交叉跨越分析的激光点云分类方法
本专利技术涉及电力
，具体涉及一种用于输电线路交叉跨越分析的激光点云分类方法。
技术介绍
传统的输电线路“三跨”排查主要通过人工巡视确定有无，然后通过选点使用测高仪、经纬仪等高精度仪器开展测量。为保证交叉跨越测量的准确性，先将被交跨物分为-等级公路、铁路，其他电力、通信等线路，河网、房屋、树木，再根据不同类型在交跨点区域选取若干个测量点，利用测高仪、经纬仪等设备测量进行测量计算。当交跨点预计区域地面不能通视，测量人员很难到达时，测量误差比较大。另外，测量精度也与仪器性能、摆放位置和测量仰角设置等人工操作精准度有关。随着数据采集技术的进步以及遥感技术的发展，利用无人机激光雷达获取输电线路交叉跨越信息已经成为可能。如何采用激光点云数据快速、准确掌握交叉跨越隐患信息，实现精确的线路交叉跨越距离测量的需求，是一个需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种用于输电线路交叉跨越分析的激光点云分类方法，以为交叉跨越隐患分析提供数据和决策依据。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种用于输电线路交叉跨越分析的激光点云分类方法，包括S1、基站架设GPS基站点布设采用三角形网的形式进行，GPS基站点沿线路走向布设；S2、飞行规划飞行器沿着线路两侧平行线路往返飞行，旁向重叠度要保证30％以上，测区平均点云密度不低于30点/平方米，数据覆盖以线路中心线为中心，两边外扩不少于60米；S3、POS解算对地面基准站GPS接收机采集的数据和飞行器机载GPS接收机接收的数据进行载波相位差分处理，得到飞行平台三维坐标，并进行点位精度的评估；S4、点云数据生成搭载于飞行器中的激光雷达系统向地面发射激光脉冲，获得电力线点云数据，并接受地面反射回来的反射脉冲并同时记录所用时间，计算出激光雷达系统到地面的距离，结合飞行平台三维坐标计算出地面点的三维坐标；S5、点云数据去噪对步骤S4所获得电力线点云数据以及生成的地面点的三维坐标点云数据进行去噪，用三维网格划分点云数据，统计每个网格中落入的点的个数，并判断周边网格中是否存在点；若网格中点数少于一定数量并且周边网格中不存在点，则判定该点为噪音点；S6、点云滤波对步骤S5去噪后的电力线点云数据以及地面点的三维坐标点云数据采用不规则三角网法进行滤波：先选择种子点构建一个粗略的地面三角网，剩余的点为非地面点，然后逐渐从非地面点中选择符合要求的点向初始粗略三角网中添加构成新的网，迭代计算，直到所有的点分为地面点和非地面点为止；S7、基于拓扑约束的电力设施点云分类采用Adaboost算法的训练模型直接对点云滤波后的电力线点云数据进行二分类，对电力线点进行粗分类，确定电力线点的关键位置；S8、电力线模型重建根据步骤S7确定的电力线点的关键位置，并根据电力线的根数、分裂线数、空间配置结构保持不变的特性，采用连通成分分析，获得单根导线，然后计算导线的悬链线方程，得到导线的矢量化模型表达式：其中，k＝σ0/g，σ0是导线最低点的张力，g是导线比载，C1和C2是积分常数，其值根据坐标原点的位置及初始条件而定；并根据导线的矢量化模型得到本体线路；S9、判断出地物是否危险在分类地物中寻找与本体线路在水平投影相交的地物，然后计算该地物与本体线路的交叉垂直距离；再根据本体线路的电压等级、地物类型、地理环境参数在标准规定中寻找该地物与本体线路之间的安全距离，如果计算的交叉垂直距离大于标准规定的安全距离，则认为该地物是危险地物，给出预警。在所述步骤S7中，确定电力线点的关键位置的过程为：确定输电线路左右大小号线路，对分类后的每根电力线投影到平面，将电力线走向近似并且两条线间距小于一定阈值的电力线归为一侧电力线，取平面包围盒中心线作为电力线大小号走向线路；大小号侧线路配对，确定每级线路的对应的大号侧线路和小号侧线路，辅助每条线路对应的最高点，取线路方向角度和线路高程相近并且距离最小的两条线路作为每级电力线路的大小号侧；通过每级电力线路的大小号两侧线路进行约束，对处于大小号两侧线路内部的点进行特征判断，若符合特征条件，以两条线路之间的距离为边长确定电力塔的潜在区域。在步骤S1中，所述GPS基站辐射半径为30公里，两GPS基站间最大距离不超过60公里。在步骤S9中，所述标准规定为《架空输电线路运行规程》。本专利技术与现有技术相比，其有益效果在于：(1)该方法具有较高的计算效率，对不同电压等级的输电设施具有较好的适应性，分类精度也比较高，对输电配电线路也具有较好的分类精度整体方案成本及铺设复杂度相对较低。(2)基于激光点云自动分类可以有效提取输电线路交叉跨越点，为交叉跨越隐患分析提供数据和决策依据。附图说明图1为本专利技术实施例提供的用于输电线路交叉跨越分析的激光点云分类方法的流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的内容做进一步详细说明。实施例：参阅图1所示，为本实施例提供的用于输电线路交叉跨越分析的激光点云分类方法的流程图，该方法具体包括：S1、基站架设为满足机载激光扫描数据采集的要求，需在线路沿线布设地面GPS基站。同时，在相连基站中间布设检查点，以对基站精度进行检核。GPS基站点按照C级GPS网要求进行布设，基站点布设采用三角形网的形式进行，三角网几何结构强，具有良好的自检能力，能够有效发现观测结果的粗差，以保障GPS网的可靠性。GPS基站点沿线路走向布设，基站辐射半径为30公里，两基站间最大距离不超过60公里，以保证测区范围内的差分精度。相邻基站中间为差分GPS测量的精度最弱点，需在相邻基站中间布设检查点，以检核激光扫描成果数据的精度。S2、飞行规划由于线路巡检特殊的任务性质和环境，飞行作业必须精心组织，由以下几个阶段组成：任务规划、飞行准确、起飞、任务执行、回收、回撤/转移、数据整理。由于激光扫描不能穿透电力线和输电线路长条性，采用沿着线路两侧平行线路往返飞行。考虑飞行中航行及姿态的保持情况，要保证旁向重叠度要保证30％以上，测区平均点云密度不低于30点/平方米，数据覆盖以线路中心线为中心，两边外扩不少于60米。S3、POS解算POS数据解算是对多源传感器获取的传感器数据进行加工计算，提供高精度、实时显示和方位信息记录的数据。多源传感器主要指GPS、陀螺仪、加速计、距离测量指示器DMI和其他相关设备。采用Pospac软件完成机载GPS和地面GPS的差分处理，同时进行航摄资料的前期检查和分析，识别传感器误差、环境误差、并且补偿传感器误差、环境误差的影响，计算最优的、精确的组合导航解算结果，提供查看计算结果的多种格式和方法。对地面基准站GPS接收机采集的数据和机载GPS接收机接收的数据进行载波相位差分处理，得到飞行平台精确的三维坐标，并进行点位精度的评估。在将GPS数据与IMU姿态数据以卡尔曼滤波融合，得到最终精确的无人机航迹文件，该文件描述不同时刻激光扫描仪的空间位置以及姿态。S4、点云数据生成激光雷达系统是将激光扫描仪、GPS接收机、惯性导航系统、数码相机及控制元件等搭载在飞行器上。它通过主动向地面发射激光脉冲，获得电力线点云数据，并接受地面反射回来的反射脉冲并同时记录所用时间，从而计算出激光扫描仪到地面的距离，飞行平台三维本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于输电线路交叉跨越分析的激光点云分类方法，其特征在于，包括S1、基站架设GPS基站点布设采用三角形网的形式进行，GPS基站点沿线路走向布设；S2、飞行规划飞行器沿着线路两侧平行线路往返飞行，旁向重叠度要保证30％以上，测区平均点云密度不低于30点/平方米，数据覆盖以线路中心线为中心，两边外扩不少于60米；S3、POS解算对地面基准站GPS接收机采集的数据和飞行器机载GPS接收机接收的数据进行载波相位差分处理，得到飞行平台三维坐标；S4、点云数据生成搭载于飞行器中的激光雷达系统向地面发射激光脉冲，获得电力线点云数据，并接受地面反射回来的反射脉冲并同时记录所用时间，计算出激光雷达系统到地面的距离，结合飞行平台三维坐标计算出地面点的三维坐标；S5、点云数据去噪对步骤S4所获得电力线点云数据以及生成的地面点的三维坐标点云数据进行去噪，用三维网格划分点云数据，统计每个网格中落入的点的个数，并判断周边网格中是否存在点；若网格中点数少于一定数量并且周边网格中不存在点，则判定该点为噪音点；S6、点云滤波对步骤S5去噪后的电力线点云数据以及地面点的三维坐标点云数据采用不规则三角网法进行滤波：先选择种子点构建一个粗略的地面三角网，剩余的点为非地面点，然后逐渐从非地面点中选择符合要求的点向初始粗略三角网中添加构成新的网，迭代计算，直到所有的点分为地面点和非地面点为止；S7、基于拓扑约束的电力设施点云分类采用Adaboost算法的训练模型直接对点云滤波后的电力线点云数据进行二分类，对电力线点进行粗分类，确定电力线点的关键位置；S8、电力线模型重建根据步骤S7确定的电力线点的关键位置，并根据电力线的根数、分裂线数、空间配置结构保持不变的特性，采用连通成分分析，获得单根导线，然后计算导线的悬链线方程，得到导线的矢量化模型表达式：...

【技术特征摘要】
1.一种用于输电线路交叉跨越分析的激光点云分类方法，其特征在于，包括S1、基站架设GPS基站点布设采用三角形网的形式进行，GPS基站点沿线路走向布设；S2、飞行规划飞行器沿着线路两侧平行线路往返飞行，旁向重叠度要保证30％以上，测区平均点云密度不低于30点/平方米，数据覆盖以线路中心线为中心，两边外扩不少于60米；S3、POS解算对地面基准站GPS接收机采集的数据和飞行器机载GPS接收机接收的数据进行载波相位差分处理，得到飞行平台三维坐标；S4、点云数据生成搭载于飞行器中的激光雷达系统向地面发射激光脉冲，获得电力线点云数据，并接受地面反射回来的反射脉冲并同时记录所用时间，计算出激光雷达系统到地面的距离，结合飞行平台三维坐标计算出地面点的三维坐标；S5、点云数据去噪对步骤S4所获得电力线点云数据以及生成的地面点的三维坐标点云数据进行去噪，用三维网格划分点云数据，统计每个网格中落入的点的个数，并判断周边网格中是否存在点；若网格中点数少于一定数量并且周边网格中不存在点，则判定该点为噪音点；S6、点云滤波对步骤S5去噪后的电力线点云数据以及地面点的三维坐标点云数据采用不规则三角网法进行滤波：先选择种子点构建一个粗略的地面三角网，剩余的点为非地面点，然后逐渐从非地面点中选择符合要求的点向初始粗略三角网中添加构成新的网，迭代计算，直到所有的点分为地面点和非地面点为止；S7、基于拓扑约束的电力设施点云分类采用Adaboost算法的训练模型直接对点云滤波后的电力线点云数据进行二分类，对电力线点进行粗分类，确定电力线点的关键位置；S8、电力线模型重建根据步骤S7确定的电力线点的关键位置，并根据电力线的根数、分裂线数、空间配置结构保持不变的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑武略，张富春，李伟性，汤杰，谢守辉，袁振峰，罗凯，张裕贵，范敏，陈浩，张礼昌，吴阳阳，贾培亮，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局，
类型：发明
国别省市：广东,44