[發(fā)明專利]無序激光點云數據中自動提取電力塔方法

有效

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• 申請日: 2013-06-28
• 公開（公告）號: CN103412296A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設計）人: 王柯;陳馳;麥曉明;趙剛;徐曉剛;楊必勝;彭向陽
• 申請（專利權）人: 廣東電網公司電力科學研究院;武漢大學
• 主分類號: G01S7/48
• 分類號: G01S7/48;G01S7/491
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司 44104
• 代理人: 周克佑

技術領域

本發(fā)明屬于電力巡線領域中電力設備的提取方法，具體是指無序激光點云數據中自動提取電力塔方法。

背景技術

電力塔是高壓輸電、變電的重要裝置，用于實現電力資源的大范圍與遠距離供給，是國家經濟建設中的重要基礎設備。要保證高效電力傳輸和安全的能源供給，必須實時和準確地掌握、監(jiān)控電力塔線設施的當前狀況，建立完備的預警和應急響應機制。因此，電力塔的檢測和建模成為解決此問題的重要保障。在此基礎上，開展電力設施周邊的場景分析，如：其他類別人工設施的檢測，高、低矮植被的分布分析，周圍情況的地形、地貌分析等，其結果也會對電力安全傳輸、傳輸線路設計、架設地址選取等問題的解決產生決定性的作用。然而，在電力塔線檢測、建模問題上，傳統(tǒng)的攝影測量與遙感手段需要消耗大量的人力和財力；制作周期很長，制作過程單調，得到的效果不夠理想。近年來，隨著數據采集技術的發(fā)展，特別是機載激光雷達系統(tǒng)(light?detection?and?ranging?system，簡稱LiDAR)的發(fā)展，為新的經濟、高效、準確的地物檢測及建模方法提供了重要支持。

機載LiDAR作為一種新型的主動式傳感器，集激光雷達、POS系統(tǒng)與控制系統(tǒng)于一體，可快速獲取高密度和高精度的點云數據，能夠直接通過點云生成高精度的數字表面模型。機載LiDAR系統(tǒng)較傳統(tǒng)數據獲取手段具有諸多優(yōu)點，為電力塔的提取和建模提供了可能。但針對機載LiDAR數據進行電力塔提取和建模的研究成果還十分有限。韓文軍提出了一種基于機載LiDAR點云數據的電力塔建模方法。該方法在提取電力線的基礎上，通過對電力線對間連接點的提取來定位電力塔，然后在電力塔數據空間內建立二值化的三維格網結構，利用三維線跟蹤算法重建三維電力塔結構。

激光雷達系統(tǒng)在國外電網維護中已經得到了廣泛的應用，在國內電力線路設計中已有應用，用于電網維護尚處于探索階段。隨著LiDAR技術的不斷發(fā)展和在國內的普及。采用LiDAR技術進行電力巡線將逐步在這一領域發(fā)揮重要作用。研究LiDAR點云數據中電力塔提取技術，對于電力巡線工作有著極其重要的現實意義，如何從大量無序的激光點云數據中提取電力塔是解決電力巡線的一項關鍵工作。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供無序激光點云數據中自動提取電力塔方法，該方法能夠提取電力塔。

本發(fā)明的上述目的通過如下技術方案來實現的：無序激光點云數據中自動提取電力塔方法，該方法包括如下步驟：

一、采用機載激光雷達航拍電力巡線，獲得電力巡線的激光點云數據，將獲得的激光點云數據網格化，生成電力巡線的高程值影像，所述的電力巡線包括電力塔、電力線以及潛在危險地物；

二、高程值影像的二值化：逐點掃描步驟一獲得的高程值影像，若該點灰度不為零，則為黑色，若該點灰度為零，則為白色；

三、腐蝕：對步驟二獲得的影像進行多次腐蝕運算，直至電力線完全消除；

四、膨脹：對步驟三獲得的影像進行多次膨脹運算，直到恢復電力塔和潛在危險地物的邊界；

五、掃描步驟四獲得的影像，對所有黑點進行K均值聚類，得到不同地物的聚類，這里的地物包括潛在危險地物和不危險地物，K的取值通過目視判斷電力塔和地物個數的方法由人工輸入；

六、對步驟五獲得的聚類結果進行影像點的點數進行統(tǒng)計，若點數大于設定閾值范圍80～120點，則相應的影像視為電力塔，反之則視為潛在危險地物，從而實現電力塔的自動提取。

本發(fā)明中，所述步驟三中利用結構原色對步驟二獲得的影像進行多次腐蝕運算

本發(fā)明針對激光點云電力塔提取，設計出一種提取算法，該算法首先將點云數據規(guī)格格網化，生成類似數字圖像的高程影像圖，然后通過腐蝕運算消除電力線，再用膨脹運算得到連通區(qū)域，然后用K均值聚類得到各連通區(qū)域的點群，最后通過面積大小來區(qū)分電塔和潛在危險地物。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明。

圖1為本發(fā)明的流程圖；

圖2為本發(fā)明腐蝕結構元素；

圖3為本發(fā)明膨脹結構元素；

圖4為本發(fā)明電力塔提取結果。

具體實施方式