一种面向电力巡检场景的定位方法及系统技术方案

一种面向电力巡检场景的定位方法及系统，本方案中基于双目相机获取巡检人员的定位点云，将所述定位点云与预先构建的巡检场景中的场景点云进行闭环筛选；若所述闭环筛得到场景点云，则基于筛选后的场景点云对当前定位点云进行位姿补偿，确定所述巡检人员的位置；否则，当前巡检人员的位置不在巡检场景范围内。本发明专利技术将巡检人员的定位点云与场景点云进行闭环筛选，准确寻找到与定位点云匹配程度最高的场景点云，提高了定位点云与场景点云之间匹配的精度；此外，通过将定位点云进行位姿补偿，能够减少巡检人员的初始位姿误差，提高了巡检人员的定位精度。

A location method and system for power inspection scene

【技术实现步骤摘要】
一种面向电力巡检场景的定位方法及系统
本专利技术涉及视觉定位领域，具体涉及一种面向电力巡检场景的定位方法及系统。
技术介绍
传统电力巡检作业方式下，由于电力设备操作趋于繁杂，组件逻辑不可视，尤其是智能站的高度集成模块和更复杂的逻辑关系，运检人员无法独立完成任务，对厂家依赖度高，在作业过程中易发生误操作、误入间隔等危险情况，造成人员伤亡事件，同时巡检作业实际操作时间不足一半，花费较多甚至70％的时间在准备工作和确认沟通上。目前，随着IT技术发展，环境扫描建模定位和物体识别技术已在消费电子、工业、医疗、机器人等领域有一定的创新应用。通过研发该基础共性关键技术将为电网现场作业提供新的自动化、智能化解决方案，改进作业模式，提高作业效率，实现主动安全防护。首先，环境建模与智能重构是现场作业全景信息采集和组织的基础，利用多种传感技术和高效智能的图像处理算法，无需在作业现场额外部署基站或者传感器，通过便携式终端在作业现场直接扫描所处环境即可形成三维模型，进而将现场各类信息实现空间维度为主，时间维度、逻辑关系为辅的重组；环境智能识别是对现场作业信息主动辨识，通过识别作业目标、分析作业环境，实现作业及设备信息的自动获取；最后基于高精度立体定位，综合作业环境和作业任务情景，进而与经验知识结合实现信息主动的可视化推送，提供作业人员准确、及时的辅助引导。作业现场的三维模型是对现场环境信息的实时采集，认知是对核心关键部件的提取，精准定位和适应性导航技术可以融合作业内容和经验知识为作业人员提供直观便捷的作业指导，提升电网现场作业工作质量、效率及安全作业水平。首先，利用深度视觉的动态扫描三维模型构建技术，能快速低成本建立作业现场的三维模型，具备大规模推广应用能力；其次，利用作业人员便携式终端设备实现人员和目标设备的快速立体定位，有助于在作业现场辅助员工快速抵达作业地点，根据设定的操作顺序指导完成作业任务，提高作业人员工作效率；由于对作业现场的三维模型是在标准建模的环境下构建的，通过标准三维采集的位姿对作业现场进行三维信息录入；而在后续作业过程，工作人员携带便携式终端设备对工作现场进行扫描定位时，由于不确定因素导致采集位姿的不标准，进而无法在建模得到的场景进行精确定位，误差发生可能性大，无法确保工作的准确性。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的采集位姿不标准，无法在建模得到的场景中进行精确定位的问题，本专利技术提供了一种面向电力巡检场景的定位方法及系统。本专利技术提供的技术方案是：一种面向电力巡检场景的定位方法，包括：基于双目相机获取巡检人员的定位点云，将所述定位点云与预先构建的巡检场景中的场景点云进行闭环筛选；若所述闭环筛得到场景点云，则基于筛选后的场景点云对当前定位点云进行位姿补偿，确定所述巡检人员的位置；否则，当前巡检人员的位置不在巡检场景范围内。优选的，所述巡检场景的构建，包括：步骤一：通过IMU地磁计获取双目相机的初始位姿；步骤二：基于所述初始姿态，通过双目相机创建关键帧，并根据所述关键帧构建场景点云；步骤三：将所述场景点云存入设定的拓扑地图中，并进行闭环检测；若通过所述闭环检测，则以设定次数重复所述步骤二和步骤三，得到巡检场景；否则，重新创建关键帧，并以设定次数重复所述步骤二和步骤三，直到通过闭环检测。优选的，所述通过双目相机创建关键帧，并根据所述关键帧构建场景点云，包括：通过双目相机创建关键帧，如果创建失败，则继续创建关键帧；否则通过所述关键帧采集场景点图像并获取所述场景点的三维深度信息；将所述三维深度信息通过位姿推算进行位姿校正，并通过视觉里程计构建场景点云。优选的，所述基于双目相机获取巡检人员的定位点云，将所述定位点云与预先构建的巡检场景中的场景点云进行闭环筛选，包括：通过双目相机获取巡检人员定位点云中的所有三维坐标数据；基于所有三维坐标数据与所有的场景点云的三维坐标数据通过闭环检测进行筛选，得到筛选后的场景点云。优选的，所述基于所述筛选后的场景点云对当前定位点云进行位姿补偿，确定所述巡检人员的位置，包括：基于所述筛选后的场景点云和所述当前定位点云构建距离函数；基于所述距离函数对所述当前定位点云中所有的三维坐标进行位姿补偿，确定所述巡检人员的位置。优选的，所述相对距离函数的构建，包括：筛选所述当前定位点云中与所述筛选后的场景点云中距离小于设定阈值的点，构成第一点云；将所述定位点云和第一点云，通过中心化，计算得到定位点云质心和第一点云质心，并基于所述定位点云质心和第一点云质心构建协方差矩阵；基于所述协方差矩阵构建对称矩阵，并得到对称矩阵特征值；选择最大的特征值来求解特征向量；基于所述特征向量，构建旋转矩阵和平移矩阵，并根据所述旋转矩阵和平移矩阵，得到距离函数。优选的，所述基于所述特征向量，构建旋转矩阵和平移矩阵，包括：根据罗德里格旋转公式将特征向量转化为旋转矩阵；根据下式求得平移矩阵；T＝μ′-Rμ式中，T为平移矩阵，μ′为第一点云质心，μ为当前定位点云质心，R为旋转矩阵。优选的，所述定位点云质心μ的计算，如下式所示：其中，μ为当前定位点云质心，N为当前定位点云中点的数量，Ai为当前定位点云中的点，i＝1，2，3…N；所述第一点云质心μ′的计算，如下式所示：其中，N′为第一点云中点的数量，N′＝N，di为第一点云中的点，i＝1，2，3…N。优选的，所述协方差矩阵的构建，如下式所示：其中，∑A，d为方差矩阵，N为定位点云中点的数量，Ai为定位点云中的点，di为场景点云中的点，μ′为第一点云质心，μ为定位点云质心，T为平移矩阵。优选的，所述对称矩阵的构建，如下式所示：其中，Q为对称矩阵，tr(∑A，d)为矩阵∑A,d的迹，Δ为对称矩阵Q中的子元素，ΔT为对阵矩阵中的子元素的秩。优选的，所述距离函数的构建，如下式所示：其中，E为距离函数，R为旋转矩阵，Ai为定位点云中的点，i＝1，2，3…N，di为第一点云中的点，i＝1，2，3…N，T为平移矩阵，N为定位点云中点的数量，x为横坐标，y为纵坐标，z为深度坐标。优选的，所述基于所有三维坐标数据与所有的场景点云的三维坐标数据通过闭环检测进行筛选，得到筛选后的场景点云，之前还包括：判断所述场景点云是否存在闭环链接，若存在，则将所述所有三维坐标数据与所述场景点云闭环链接的点云进行闭环检测；否则，将所述所有三维坐标数据与所有的场景点云的三维坐标数据进行闭环检测。优选的，所述确定巡检人员的位置，之后还包括：将所述巡检人员的位置与与对应的所述场景点云之间构建链接。一种面向电力巡检场景的定位系统，包括：闭环筛选模块：基于双目相机获取巡检人员的定位点云，将所述定位点云与预先构建的巡检场景中的场景点云进行闭环筛选；判断本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向电力巡检场景的定位方法，其特征在于，包括：/n基于双目相机获取巡检人员的定位点云，将所述定位点云与预先构建的巡检场景中的场景点云进行闭环筛选；/n若所述闭环筛选得到场景点云，则基于筛选后的场景点云对当前定位点云进行位姿补偿，确定所述巡检人员的位置；否则，当前巡检人员的位置不在巡检场景范围内。/n

【技术特征摘要】
1.一种面向电力巡检场景的定位方法，其特征在于，包括：
基于双目相机获取巡检人员的定位点云，将所述定位点云与预先构建的巡检场景中的场景点云进行闭环筛选；
若所述闭环筛选得到场景点云，则基于筛选后的场景点云对当前定位点云进行位姿补偿，确定所述巡检人员的位置；否则，当前巡检人员的位置不在巡检场景范围内。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述巡检场景的构建，包括：
步骤一：通过IMU地磁计获取双目相机的初始位姿；
步骤二：基于所述初始姿态，通过双目相机创建关键帧，并根据所述关键帧构建场景点云；
步骤三：将所述场景点云存入设定的拓扑地图中，并进行闭环检测；若通过所述闭环检测，则以设定次数重复所述步骤二和步骤三，得到巡检场景；否则，重新创建关键帧，并以设定次数重复所述步骤二和步骤三，直到通过闭环检测。


3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通过双目相机创建关键帧，并根据所述关键帧构建场景点云，包括：
通过双目相机创建关键帧，如果创建失败，则继续创建关键帧；否则通过所述关键帧采集场景点图像并获取所述场景点的三维深度信息；
将所述三维深度信息通过位姿推算进行位姿校正，并通过视觉里程计构建场景点云。


4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于双目相机获取巡检人员的定位点云，将所述定位点云与预先构建的巡检场景中的场景点云进行闭环筛选，包括：
通过双目相机获取巡检人员定位点云中的所有三维坐标数据；
基于所有三维坐标数据与所有的场景点云的三维坐标数据通过闭环检测进行筛选，得到筛选后的场景点云。


5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于筛选后的场景点云对当前定位点云进行位姿补偿，确定所述巡检人员的位置，包括：
基于所述筛选后的场景点云和所述当前定位点云构建距离函数；
基于所述距离函数对所述当前定位点云中所有的三维坐标进行位姿补偿，确定所述巡检人员的位置。


6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述相对距离函数的构建，包括：
筛选所述当前定位点云中与所述筛选后的场景点云中距离小于设定阈值的点，构成第一点云；
将所述定位点云和第一点云，通过中心化，计算得到定位点云质心和第一点云质心，并基于所述定位点云质心和第一点云质心构建协方差矩阵；
基于所述协方差矩阵构建对称矩阵，并得到对称矩阵特征值；
选择最大的特征值来求解特征向量；
基于所述特征向量，构建旋转矩阵和平移矩阵，并根据所述旋转矩阵和平移矩阵，得到距离函数。


7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于所述特征向量，构建旋转矩阵和平移矩阵，包括：
根据罗德里格旋转公式将特征向量转化为旋转矩阵；
根据下式求得平移矩阵；
T＝μ′-Rμ
式中，T为平移矩阵，μ′为第一点云质心，μ为当前定位点云质心，R为旋转矩阵。


8.如权利要求7所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐敏，李尼格，彭林，侯战胜，于海，王刚，何志敏，朱亮，鲍兴川，王鹤，韩海韵，刘伟，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院有限公司，国家电网有限公司，国网江苏省电力有限公司，国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11