输电线路空气间隙分析方法技术

本发明专利技术涉及本文采用了一种输电线路空气间隙分析方法，通过无人机非接触获取杆塔多角度序列影像，并重建其点云，在点云上实现对杆塔空隙间隙的量测，通过无人机获取的多视电力线杆塔影像，经摄影测量空中三角测量平差及密集匹配等处理后，得到杆塔精细点云，并在此基础上量测杆塔空气间隙距离，该方法避免了传统通过风偏角量测间接计算杆塔空气间隙存在的多误差叠加影响，保证了杆塔空隙间隙量测值的精度，通过对无人机采集影像的飞行方式与重建点云精度分析，采用“五向飞行”，更适合电力线杆塔的点云精细建模与量测；本发明专利技术具有测量精度高、数据准确的优点。

【技术实现步骤摘要】
输电线路空气间隙分析方法
本专利技术涉及输电线路安全
，具体涉及一种输电线路空气间隙分析方法。
技术介绍
风偏事故是电网正常运行的重大安全隐患，绝缘子串下端带电体与杆塔之间的空气间隙减小是导致风偏跳阐事故的主要因素之一，因此，如何在输电线路运行过程中，高精度量测与监测杆塔的最小空气间隙，及时进行风偏预警，对于维护电网运行安全至关重要。目前杆塔空气间隙量测方法主要有基于风偏角计算模型的检测方法及基于传感器的输电线路风偏方法检测，前一种方法是首先获取风偏角，再根据模型计算杆塔空气间隙，由于影响风偏的参数很多，测量的各种环境参数本身存在误差，各种误差的叠加使得风偏角计算准确度低，后一种方法需要在恶劣气候及带电环境下布设数据采集硬件，导致实施过程中困难重重；因此，提供一种测量精度高、数据准确的输电线路空气间隙分析方法是非常有必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种测量精度高、数据准确的输电线路空气间隙分析方法。本专利技术的目的是这样实现的：输电线路空气间隙分析方法，它包括以下步骤：步骤1)：杆塔影像数据采集，采用无人机进行五向飞行进行影响数据采集,需要获取足够重叠度、多视角的高分辨率、高质量杆塔序列影像；步骤2)：空中三角测量，通过区域网平差计算影像的位置姿态参数，同时能够得到目标场景的稀疏重建点云；光束法区域网平差是以共线方程为基础方程，共线方程如下：其中：x，y为像点的像平面坐标；x0，y0，f为影像的内方位元素；XS，YS，ZS为摄站点的物方空间坐标；ai，bi，ci(i＝1，2，3)为影像的三个外方位角元素组成的九个方向余弦；X，Y，Z为物方点的物方空间坐标；b1＝cosωsinκb2＝cosωcosκb3＝-sinω光束法区域网平差根据共线方程，利用最小二乘法解算影像的位置和姿态参数XS，YS，ZS，ω，к及待求点的物方坐标；步骤3)：多视影像密集匹配，采用基于物方面元的多视立体匹配算法，分为三个步骤:初始特征匹配、扩散、过滤，初始特征匹配的目的是生成初始稀疏的匹配点，作为下一步匹配传播的种子点；扩散主要是由稀疏的种子点扩展得到密集的点云；过滤是剔出错误点，去除误匹配；步骤4)：杆塔精细点云生成，通过空中三角测量和多视影像匹配后，步骤2)空中三角测量得到每幅影像的姿态和位置参数步骤3)多视影像匹配得到同名像点对，根据前方交会可以得到模型点坐标，生成了杆塔精细点云；步骤5)：杆塔空气间隙量测，在生成的杆塔精细点云上量测点与点之间的距离实现杆塔空气间隙的量测。步骤1)中无人机选用消费级四旋翼无人机大疆Phantom4RTK作为数据采集平台，该型号的无人机能够配合网络RTK服务提供无人机厘米级定位信息。步骤1)中五向飞行分别为正射以及向东南西北的四次倾斜任务，五向飞行的倾斜角设为60°，飞行高度高于杆塔20m。步骤2)中利用最小二乘解算需要对共线方程线性化，得到误差方程：其中，vx，vy为像点坐标x，y的改正数；ΔXS，ΔYS，ΔZS，Δω，Δк为影像位置和姿态的改正数，ΔX，ΔY，ΔZ为待求物方点坐标的改正数；lx＝x-(x),ly＝y-(y)；(x)和(y)是把未知数(XS，YS，ZS，ω，к及待求点X，Y，Z)的初始值代入共线方程式计算得到的；若把误差方程式写成矩阵的形式：式中：V＝[vxvy]T,L＝[x-(x)y-(y)]TX＝[ΔXΔYΔZ]TL＝[lxly]T对每一个像点可以列出一组误差方程式，最小二乘未知数解为t＝[ATA-ATB(BTB)-1BTA]-1·[ATL-ATB(BTB)-1BTL]X＝(BTBX)-1(ATL-ATAt)解算的过程为循环迭代，当ΔXS，ΔYS，ΔZS，Δω，Δк小于一定限差时结束，本项目取ΔXS，ΔYS，ΔZS小于10-3m，Δω，Δк小于10-6，改正数加上初值得到最终的影像位置和姿态参数。步骤4)中的前方交会公式如下：X＝XS1+N1X1＝XS1+BX+N2X2Z＝ZS1+N1Z1＝ZS1+BZ+N2Z2其中，BX＝Xs2–Xs1BY＝Ys2–Ys1BZ＝Zs2–Zs1(x1，y1)和(x2，y2)为左右影像上同名像点坐标；XS1，YS1，ZS1，ω1，к1为左影像位置和姿态参数；XS2，YS2，ZS2，ω2，к2为右影像位置和姿态参数；R1，R2分别由左、右影像姿态参数计算得到，步骤2可得出；X，Y，Z为模型点坐标。步骤5)中精细模型上任意两点间的距离计算公式为：其中，(X1，Y1，Z1)和(X2，Y2，Z2)为两点的坐标。本专利技术的有益效果：本专利技术采用了一种新的输电线杆塔空气间隙量测方法，通过无人机非接触获取杆塔多角度序列影像，并重建其点云，在点云上实现对杆塔空隙间隙的量测。该方法避免了传统通过风偏角量测间接计算杆塔空气间隙存在的多误差叠加影响，保证了杆塔空隙间隙量测值的精度。通过对无人机采集影像的飞行方式与重建点云精度分析，采用“五向飞行”，更适合电力线杆塔的点云精细建模与量测；本专利技术具有一种测量精度高、数据准确的优点。附图说明图1是本专利技术方法步骤流程图。图2是本专利技术五向飞行方式示意图。图3是本专利技术输电线杆塔的点云模型。图4是本专利技术第一组数据的点云。图5是本专利技术第二组数据的点云。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的说明。实施例1输电线路空气间隙分析方法，它包括以下步骤：步骤1)：杆塔影像数据采集，采用无人机进行五向飞行进行影响数据采集,需要获取足够重叠度、多视角的高分辨率、高质量杆塔序列影像；为了重建杆塔的精细点云，需要获取足够重叠度、多视角的高分辨率、高质量杆塔序列影像，选用消费级四旋翼无人机大疆Phantom4RTK作为数据采集平台，该型号的无人机能够配合网络RTK服务提供无人机厘米级定位信息，主要性能参数见表1所示，表1：Phantom4RTK主要性能参数Phantom4RTK自带的适合3D建模的飞行方式为“五向飞行”方式，如图2所示，五向飞行分别为正射以及向东南西北的四次倾斜任务，执行五向航线任务，飞机的朝向不会改变，由于倾斜航线需要外扩，单独的每个方向的倾斜航线拍摄范围也更加合理，不会拍摄大量的多于照片，五向飞行更适合低航高，高分辨率的倾斜航线任务，由于本方法需要获取高分辨率的杆塔影像，因此采用五向飞行为数据采集方式。步骤2)：空中三角测量，空中三角测量本质上是恢复影像间的相互位置关系，通过区域网平差计算影像的位置姿态参数，同时能够得到目标场景的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.输电线路空气间隙分析方法，其特征在于：它包括以下步骤：/n步骤1)：杆塔影像数据采集，采用无人机进行五向飞行进行影响数据采集,需要获取足够重叠度、多视角的高分辨率、高质量杆塔序列影像；/n步骤2)：空中三角测量，通过区域网平差计算影像的位置姿态参数，同时能够得到目标场景的稀疏重建点云；/n光束法区域网平差是以共线方程为基础方程，共线方程如下：/n

【技术特征摘要】
1.输电线路空气间隙分析方法，其特征在于：它包括以下步骤：
步骤1)：杆塔影像数据采集，采用无人机进行五向飞行进行影响数据采集,需要获取足够重叠度、多视角的高分辨率、高质量杆塔序列影像；
步骤2)：空中三角测量，通过区域网平差计算影像的位置姿态参数，同时能够得到目标场景的稀疏重建点云；
光束法区域网平差是以共线方程为基础方程，共线方程如下：



其中：x，y为像点的像平面坐标；x0，y0，f为影像的内方位元素；XS，YS，ZS为摄站点的物方空间坐标；ai，bi，ci(i＝1，2，3)为影像的三个外方位角元素组成的九个方向余弦；X，Y，Z为物方点的物方空间坐标；









b1＝cosωsinκ
b2＝cosωcosκ
b3＝-sinω









光束法区域网平差根据共线方程，利用最小二乘法解算影像的位置和姿态参数XS，YS，ZS，ω，к及待求点的物方坐标；
步骤3)：多视影像密集匹配，采用基于物方面元的多视立体匹配算法，分为三个步骤:初始特征匹配、扩散、过滤，初始特征匹配的目的是生成初始稀疏的匹配点，作为下一步匹配传播的种子点；扩散主要是由稀疏的种子点扩展得到密集的点云；过滤是剔出错误点，去除误匹配；
步骤4)：杆塔精细点云生成，通过空中三角测量和多视影像匹配后，步骤2)空中三角测量得到每幅影像的姿态和位置参数(XS，YS，ZS，ω，к)，步骤3)多视影像匹配得到同名像点对，根据前方交会可以得到模型点坐标，生成了杆塔精细点云；
步骤5)：杆塔空气间隙量测，在生成的杆塔精细点云上量测点与点之间的距离实现杆塔空气间隙的量测。


2.如权利要求1所述的基于影像的电力线杆塔空气间隙量测方法，其特征在于：所述步骤1)中无人机选用消费级四旋翼无人机大疆Phantom4RTK作为数据采集平台，该型号的无人机能够配合网络RTK服务提供无人机厘米级定位信息。


3.如权利要求1所述的基于影像的电力线杆塔空气间隙量测方法，其特征在于：所述步骤1)中五向飞行分别为正射以及向东南西北的四次倾斜任务，五向飞行的倾斜角设为60°，飞行高度高于杆塔20m。


4.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：许焱，郭宁，鲍都都，张辉，苗堃，李超，张鹏，张海燕，张本，张胜利，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司济源供电公司，
类型：发明
国别省市：河南;41