【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种lidar机器人点云输电线拟合方法，特别涉及一种lidar机器人点云电力巡检的输电线拟合方法，属于lidar点云输电线拟合。
技术介绍
1、输电线路是电网体系中最核心的构成单元,但由于输电线通常都是以裸露的形式架设在地形复杂、条件恶劣的野外，长期受到强风、雨雪、雷击、沙尘、阳光、飞鸟及周围环境等因素影响，造成电力线及元件的老化、锈蚀。因此，针对规模庞大的电网，定期对输电线路进行巡检，保障电力线的平安与稳固，是当前电网维护的重要工作。
2、人工巡检为传统的巡检方式，需要维护人员翻山越岭和野外长期作业，而野外工作环境辛苦，再加上巡检时间长，常年在野外奔波，工作效率因此也比较低，此外一旦发生特殊状况，比如进入荒山野岭，或是输电线路穿越大型江河，则大大提高了巡检难度，给巡检工人带来压力。因此，考虑到人工巡检受外界环境和人为限制，容易造成输电线路安全隐患无法及时察觉，最终造成灾难，应采用新的方式对输电线路进行巡检工作，降低输电线路中的安全隐患，传统的人工巡检方式已不能适应现代化电网的发展和安全运行需要。
3、航空巡检为了保持与线塔之间的安全距离，无法对线塔近距离检查，同时受天气因素影响较大，在大雾大风等恶劣情况下无法巡检。此外直升机巡检涵盖人员、航行、地面维护、油料、通讯、天气、修理等诸多问题。无人机巡检则小巧灵活，能近距离对线路进行检测，精度较高，但其载荷有限，无法搭载过多检测设备，同时受电池因素制约，续航时间较短。
4、机器人巡检以智能机器人为载体，以输电线路的相线或地线为作业路径，通
5、激光探测及测距系统lidar可以精确测量探测器至物体或者地表的距离，通过对测距过程中产生的数据进行处理，就能够得到数字地面模型dem，通过点云数据，完成对被测物体三维空间模型的构建。有利于采集电网沿线坐标，得到高精度的输电走廊的点云模型，包含输电导线、杆塔、植被、楼房等的实际几何数据，短时间内将这些点云数据记录下来，这样就可以进一步自动测量电线和地物之间的距离,或测量电线及相邻电线之间的距离，通过数据分析电线间的间隔距离、输电导线的垂曲度或电力杆塔之间的档距等，产生一系列的数据，判断电力光缆张力是否符合要求，从而提前采取措施，防止对电力光缆造成伤害。利用lidar测量获得的数据,能够得到电网安全状态监测管理数据，降低巡检及安全状态管理的成本。
6、但现有技术的电力巡检输电线拟合方法需要解决的问题和关键技术难点较多，包括：
7、(1)现有技术输电线人工巡检需要维护人员翻山越岭和野外长期作业，辛苦且巡检时间长，工作效率因此也比较低，一旦进入荒山野岭穿越大型江河，则大大提高了巡检难度，给巡检工人带来巨大压力，容易造成输电线路安全隐患无法及时察觉，最终造成灾难。而航空巡检为了保持与线塔之间的安全距离，无法对线塔近距离检查，同时在大雾大风等恶劣情况下无法巡检，此外直升机巡检涵盖人员、航行、地面维护、油料、通讯、天气、修理等诸多问题。无人机巡检则小巧灵活，但其载荷有限，无法搭载过多检测设备，同时受电池因素制约，续航时间较短。现有技术缺少将电力机器人巡检与lidar系统点云数据采集二者结合在一起进行电力线路巡检的应用，无法提高数据采集分析能力，电网检测速度慢、精度低、成本高。
8、(2)将lidar系统引入配置到巡线机器人上应用，面临一系列困难，lidar系统的定位规则在电力巡线机器人上需要定义和测试，输电线巡检的点云测量精度需要进一步提高，lidar机器人电力输电线巡检误差需要分析和减小，无法利用点云数据对电力线方程进行提取，由于传统的机载激光雷达测量系统是搭载于飞行器上的lidar系统，而激光雷达测量系统搭载于巡检机器人上，其几何定位及各部件坐标系的转换关系都需要重新校正，机载激光雷达测量系统的工作流程也会改变，lidar机器人电力巡检误差来源多，需要对测距误差、瞬时扫描角误差、系统安置误差(包括安置角误差和偏心量测定误差)、系统安置误差、姿态角误差构件模型，需要在巡线机器人工作的背景下进行定量分析，需要通过对机载激光雷达测量系统进行在航检校，才能提高点云模型的相对精度，才能满足机器人点云电力输电线巡检和拟合的需求。
9、(3)将lidar系统引入配置在巡线机器人上，对lidar系统的定位、点云测量精度和误差解析校正提出了新的挑战，同时由于架空线悬链线方程在实际应用中的局限性，现有技术缺少一种对lidar机器人点云电力巡检的输电线提取和拟合的方法，无法基于lidar机器人系统对架空线悬链线方程进行拟合，无法结合机载激光雷达测量设备生成的输电线路点云模型，不能利用高程投影方法进行滤波、canny算子边缘检测和改进型霍夫直线检测的方法提取电力线，无法利用电力线的点云数据拟合出电力线方程，造成利用点云模型生成电力线方程准确率不高，效率有所下降，最终导致无法安全、快速、准确、经济对电力走廊进行巡检。
技术实现思路
1、本申请将lidar系统搭载于机器人上，进行电力走廊的巡检，对其扫描精度和利用三维点云进行数据处理，探索出一种新型、经济效益较高、适应未来发展的输电线路巡检新方式。首先分析了lidar机器人测量收集的数据，建立了其几何定位原理及各部件坐标系的转换关系，然后设计了机载激光雷达测量系统的工作流程，提出了lidar机器人点云数据的精度分析及检校方法，对测距误差、瞬时扫描角误差、系统安置误差(包括安置角误差和偏心量测定误差)、系统安置误差、姿态角误差构件模型，在巡线机器人工作背景下定量分析，通过对机载激光雷达测量系统进行在航检校，提高点云模型的相对精度。利用lidar机器人点云数据拟合电力线方程，实现了安全、快速、准确、经济对电力走廊进行巡检。
2、为实现以上技术效果，本申请所采用的技术方案以下：
3、lidar机器人点云电力巡检的输电线拟合方法，将lidar系统引入配置在巡线机器人上，基于智能机器人对lidar系统的定位、点云测量精度和误差解析校正，采用点云数据对电力线方程进行提取；
4、s1：构建搭载于智能机器人的lidar机器人电力巡检平台，并形成利用机载激光雷达测量系统进行数据采集以及生成输电线路点云模型的整套工作流程；
5、s2：建立将lidar系统配置在巡线机器人上的多种误差模型，定量分析多种误差对最终激光脚点坐标精度的影响，基于综合误差显著降低激光脚点坐标精度，综合多项误差来源，对系统进行集成检校；
6、s3：基于输电线路智能机器人巡检特征,对机载激光雷达测量设备进行在航检校,通过对侧滚角和航向角进行修正，使得测量生成的点云模型图像清晰，提高相对精度；
7、s4：建立一种基于lidar机器本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.LiDAR机器人点云电力巡检的输电线拟合方法，其特征在于，将LiDAR系统引入配置在巡线机器人上，基于智能机器人对LiDAR系统的定位、点云测量精度和误差解析校正，采用点云数据对电力线方程进行提取；
2.根据权利要求1所述LiDAR机器人点云电力巡检的输电线拟合方法，其特征在于，电力线方程拟合框架：采用利用架空电力线悬链线方程进行电力线形状的计算，架空电力线悬链线方程的积分形式为：
3.根据权利要求1所述LiDAR机器人点云电力巡检的输电线拟合方法，其特征在于，高程分布特征提取：基于电力线路结构，在一定范围内，保证电力线与地面高程之间存在差别，利用高程差对地面点和电力线进行初步区分；
4.根据权利要求1所述LiDAR机器人点云电力巡检的输电线拟合方法，其特征在于，平面投影特征提取：经过滤波后得到的点云数据包括以下几种：电力线点云数据、杆塔点云数据、未滤除掉的部分地物点云数据，在这些点云数据中，未滤除掉的地物有可能跟电力线之间距离较近，小于安全距离，在经过滤波后点云数据在水平面上的投影得出：电力线展现为由离散的间断点拼接起来的平行线，通过线性
5.根据权利要求1所述LiDAR机器人点云电力巡检的输电线拟合方法，其特征在于，基于高程投影的电力线拟合算法：最开始利用高程临界值分割的办法完成滤波分析，首先先除掉一些地面点，得到的剩余的数据是电力线点云数据、杆塔点云数据、未滤除掉的部分地物点云数据；然后，通过高程投影方法和重采样的方法将上述数据转化为二维高程值投影，采用线性拟合方法对电力线提取并进行拟合，得到电力线相关数据；最后，对得到的图像进行处理，有利于分离杆塔和可能的危险地物。
6.根据权利要求1所述LiDAR机器人点云电力巡检的输电线拟合方法，其特征在于，高程投影的电力线拟合算法的滤波：按照数据的分布特征，得到电力线点云数据，然后利用高程临界值分割的方法去除地面点，减少数据并且提高拟合度和拟合效率，采用最优迭代临界值法实现滤波，具体计算步骤如下：
7.根据权利要求1所述LiDAR机器人点云电力巡检的输电线拟合方法，其特征在于，高程投影和重采样：采用点云投影和重采样方法得到高程值图像，计算数据集在XOY平面上的覆盖范围以及高程范围；将非地面点映射到XOY平面上，依据高程值影像的宽度W通过式4求出投影采样的距离d：
8.根据权利要求1所述LiDAR机器人点云电力巡检的输电线拟合方法，其特征在于，相邻像素点的聚类：对实采得到的图像进行滤波、分割、细化、边缘等处理后，对图像中相邻像素点聚的聚类，减少由噪声形成的小短线对检测的干扰，具体步骤如下：
9.根据权利要求1所述LiDAR机器人点云电力巡检的输电线拟合方法，其特征在于，直线的感知编组：进一步对折线进行细分，得到的折线将更加接近于直线，(x1，y1)、(x2，y2)代表的是该短线两端点的坐标，而B则是经过(x1，y1)、(x2，y2)的直线，(x3，y3)代表的是线段A偏离直线B的偏离距离为d的点的坐标，d经过式7计算得到：
10.根据权利要求1所述LiDAR机器人点云电力巡检的输电线拟合方法，其特征在于，基于自由概率变换的直线段检测：依次对近似直线段进行检测，在近似直线段上任意选取两点(xp，yp)、(xq，yq)，利用两点生成一条直线，所生成得直线变量经下式求得：
...【技术特征摘要】
1.lidar机器人点云电力巡检的输电线拟合方法，其特征在于，将lidar系统引入配置在巡线机器人上，基于智能机器人对lidar系统的定位、点云测量精度和误差解析校正，采用点云数据对电力线方程进行提取；
2.根据权利要求1所述lidar机器人点云电力巡检的输电线拟合方法，其特征在于，电力线方程拟合框架：采用利用架空电力线悬链线方程进行电力线形状的计算，架空电力线悬链线方程的积分形式为：
3.根据权利要求1所述lidar机器人点云电力巡检的输电线拟合方法，其特征在于，高程分布特征提取：基于电力线路结构，在一定范围内，保证电力线与地面高程之间存在差别，利用高程差对地面点和电力线进行初步区分；
4.根据权利要求1所述lidar机器人点云电力巡检的输电线拟合方法，其特征在于，平面投影特征提取：经过滤波后得到的点云数据包括以下几种：电力线点云数据、杆塔点云数据、未滤除掉的部分地物点云数据，在这些点云数据中，未滤除掉的地物有可能跟电力线之间距离较近，小于安全距离，在经过滤波后点云数据在水平面上的投影得出：电力线展现为由离散的间断点拼接起来的平行线，通过线性拟合的方式提取，得到电力线提取数据；杆塔和可能危险地物均为不规则的封闭图形，通过数学形态学的方法实现分离，此外，可能危险地物为植被或者楼房，投影面积小于杆塔，采用设定一个面积临界值用来分离这两者，区分杆塔和可能危险地物。
5.根据权利要求1所述lidar机器人点云电力巡检的输电线拟合方法，其特征在于，基于高程投影的电力线拟合算法：最开始利用高程临界值分割的办法完成滤波分析，首先先除掉一些地面点，得到的剩余的数据是电力线点云数据、杆塔点云数据、未滤除掉的部分地物点云数据；然后，通过高程投影方法和重采样的方法将上述数据转化为二维高程值投影...
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