[發明專利]一種基于車載LiDAR數據的電力線提取與擬合方法

有效

• 申請號: 201310421449.0
• 申請日: 2013-09-16
• 公開（公告）號: CN103473734A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 程亮;童禮華;李滿春;王昱;伍陽;黃秋昊;李飛雪;陳焱明;張雯;杜培軍
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G06T1/00
• 分類號: G06T1/00;G06T17/00
• 代理公司: 南京同澤專利事務所(特殊普通合伙) 32245
• 代理人: 石敏

技術領域

本發明涉及一種從車載LiDAR數據中提取、擬合電力線的方法。

背景技術

電力線是電力部門線路資產的重要組成部分，在電力巡線、電網設計與升級、電力專業分析等方面都發揮著重要作用，而且電力線這一基礎設施的安全性顯著地影響我們的日常生活和工業活動；對其檢測與監測能夠為電力線路管理和維護提供有力支撐從而發現和避免潛在的安全隱患和不必要的經濟損失，保障國民經濟的健康發展和居民的生命財產安全。

傳統的對于電力線的監測主要是人工操作，不僅費時費力，而且無法獲得大范圍的觀測數據。伴隨著激光雷達技術的發展，機載激光雷達作為一種快速、高效、高精度的空間數據獲取方式，逐漸被電力部門所接受，成為電力線監測的重要手段。使用機載激光雷達雖然能進行大范圍的野外電力線數據采集與監測，并獲得較好的效果；但是在城市區域的電力線監測上卻存在著天然的弊端。這是因為機載激光雷達一般搭載于普通飛機或直升飛機上，普通飛機掃描時飛行高度約1000m，直升飛機掃描時飛行高度約200-300m。在激光雷達系統性能參數相同的情況下，飛行高度越大，點間距越大；反之，點間距越小。為了獲取足夠多的電力線點云，一般而言，用于電力線監測的激光雷達系統都搭載于直升飛機上，飛行高度普遍較低（60-150m）。在城市區域，建筑物普遍較高，往往超過了直升飛機掃描時的飛行高度，直升機作業的環境相對復雜，作業的安全性較低；另一方面，城市區域用地緊張，為了減少輸電走廊用地，城區普遍采用同桿（塔）多回輸電技術，由于機載激光雷達小角度、俯視地獲取數據，僅能獲取第一層橫擔上的電力線的信息，而其他橫擔的電力線則會被遮擋，無法獲得完整地電力線點云數據。因此，探索新的數據、尋找新的方法，彌補機載激光雷達在城區電力線監測中的缺陷是十分必要的。

車載激光雷達是一種新興的移動制圖系統，能夠在高速移動的車輛中快速獲取道路及其兩側的地物。車載激光雷達數據已經越來越多地被應用于道路、建筑物、樹木、路燈及其他桿狀物的提取與建模中。然而車載LiDAR中提取電力線的研究還很少，僅有的是歐同庚等人在《大地測量與地球動力學》第29卷第2期上發表的“車載數據采集系統在電力線檢測中的應用”一文，該文使用離地高度和Hough變換提取電力線，并使用拋物線方程進行擬合，實驗結果驗證了車載LiDAR中提取電力線的可行性。事實上，車載LiDAR能夠很好地應用于電力線（尤其是城區電力線）的提取，主要表現在以下幾個方面：1）城區道路網發達，而電力線通常沿道路分布，這就為車載LiDAR系統獲取電力線提供了可能。2）車載LiDAR獲取數據時距離電力線的距離僅有幾米至幾十米遠，獲取的點云密度較高，電力線上平均點間距可達到厘米級。3）車載LiDAR側視地獲取數據，對于同桿多回輸電線路，也能夠獲取較為完整的點云數據。4）車載LiDAR系統相對于機載LiDAR系統價格更為便宜，可以隨時上路實測，應對電力事故的能力更強。

由于機載LiDAR從地物頂部獲取數據，一個平面（x，y）坐標通常僅對應于一個z值，相當于二維數據加一個z值屬性；而車載LiDAR從地物側面獲取數據，平面（x，y）坐標通常對應于多個z值，是真正意義上的三維點云。因此，針對機載LiDAR數據的點云處理算法難以直接用來處理車載LiDAR點云，且由于車載LiDAR點云更為密集，受樹木、建筑物等遮擋較多，電力線點云呈現一種密集點——斷裂——密集點的空間分布特征，如何實現車載LiDAR中單條電力線點云的聚類面臨著許多困難。所以，從車載LiDAR中提取電力線的技術方法還有待探索。

發明內容

本發明要解決技術問題是：克服現有技術缺點，提出一種基于車載LiDAR數據的電力線提取與擬合方法，能夠自動快速的從車載LiDAR數據中提取電力線點云，并實現單條電力線點云的準確識別與電力線三維模型的高精度擬合。

為了解決上述技術問題，本發明提出的技術方案是：一種基于車載LiDAR數據的電力線提取與擬合方法，步驟包括：

第一步、構建體元——以體元為空間單元對車載LiDAR數據的空間區域進行分割，所述體元的尺寸范圍為[10cm,dist_pl]，其中dist_pl為相鄰電力線間的最小間距；

第二步、體元過濾——根據電力線的分布特點剔除不含有電力線LiDAR點的體元，保留含有電力線LiDAR點的體元；

第三步、電力線走廊識別——將第二步保留的體元內的LiDAR點投影至XY平面，采用hough變換檢測直線，得到電力線點云所在直線，從而得到若干條電力線走廊；