[發明專利]基于LiDAR點云的多分裂導線自動提取與精細建模方法

有效

• 申請號: 201611168774.0
• 申請日: 2016-12-16
• 公開（公告）號: CN106709946B
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發明（設計）人: 周汝琴;江萬壽;楊亮
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06T7/521
• 分類號: G06T7/521
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 胡艷

本發明公開了一種基于LiDAR點云的多分裂導線自動提取與精細建模方法，包括：步驟1，從LiDAR點云中提取電力線和電力塔點云；步驟2，根據電力線點在局部區域內高程基本相同、而電力塔點在局部區域內高程變化大的特點，從電力線和電力塔點云中進一步提取電力塔點云，剔除電力塔點云得電力線點云；步驟3，對電力線點云進行空間分割，得到各相電力線點云；采用隨機一致性檢測法檢測各相電力線點云中的噪聲點，并剔除；步驟4基于二分法從單相導線點云中提取分裂子導線點云，并對分裂子導線點云進行懸鏈線擬合。本發明方法可提高三維巡線系統的效率，獲得更精準的三維坐標，降低電力線走廊巡線成本。

技術領域

本發明屬于激光雷達點云數據信息提取技術領域，涉及一種基于LiDAR點云的多分裂導線自動提取與精細建模方法。

背景技術

電力工業是國民經濟基礎工業之一，是國家的重要支柱產業。隨著我國經濟高速發展，超高壓大容量輸電線路越建越多，線路走廊穿越地理環境更復雜，給線路維護帶來很多困難。

機載激光掃描(Light Detection and Ranging，LiDAR)技術作為近年來快速發展的一項新技術，可以快速獲取高精度的三維信息。該技術具有全天候工作等優點，可以彌補傳統航空攝影測量難以快速進行電力線測量的缺憾，提高電力巡線的效率，減少輸電事故的發生。因此，研究機載激光掃描數據中電力線的自動提取和精細重建技術對電力巡線工作有著非常重要的現實意義。

在高壓、超高壓、特高壓輸電線路架設中，為抑制電暈放電和線路電抗，一般采用多分裂導線進行架設，且每隔一段距離采用間隔棒對分裂導線進行固定。但現有文獻中的LiDAR電力線建模研究絕大部分局限于非分裂導線，或者把多分裂導線當成單導線來進行處理，且現有方法只適用于數據質量較好的情況，對于存在較多噪聲的點云數據，提取與重建結果并不理想。例如，澳大利亞的McLaughlin根據LiDAR點云的維數特征自動提取電力線，通過點的聚集方法，得到同一條導線上的點數據，再通過懸鏈線方程擬合，但該方法在檢測電力線點的過程中易受噪聲的影響，提取的各條電力線有間斷，并不連續；余潔采用濾波的方法濾除地面和植被點，采用二維Hough變換分離各條電力線，根據雙曲余弦函數擬合單條電力線，但樹木和電力線混合區域的提取結果會相對變差，當電力線出現垂直排列時，用二維Hough變換很難檢測出多條電力線；陳馳采用同一條電力線的局部相鄰點的高程比較接近這一原則，統計每條電力線在XOY投影面上的鄰近點，判斷其高程差是否超過一定的閾值的方法解決重投影的問題，但對于多分裂導線僅利用高程值特征很難區分每一根分裂導線。

在多分裂導線提取方面，王成、夏少波首次提出一種多分裂導線全自動三維重建方法，采用空間聚類識別單股電力線點云，然后分段進行主成分分析并投影到與主方向垂直的平面上，對第一段數據采用全排列的方法進行k-means聚類確定分裂數，然后對每段進行聚類，最后基于懸鏈線進行最小二乘擬合。該方法處理過程復雜且只適用于數據質量較好的情況，對于存在較多噪聲的點云數據，提取與重建結果并不理想。主要原因是該算法對噪聲敏感，抗噪性不強，提取的電力線不連續、不完整，擬合精度的不夠高，且當分裂導線間存在間隔棒時，會出現聚類誤差過大甚至錯誤。

因此，隨著機載LiDAR電力巡線的推廣應用，電力部門急需一種能夠克服連續噪聲影響的多分裂電力線提取與精細重建的穩健方法。

發明內容

本發明目的在于提供一種更穩健的基于LiDAR點云的多分裂導線自動提取與精細建模方法。

本發明的技術方案如下：

一、基于LiDAR點云的單相電力線自動提取方法，包括：

步驟1，從LiDAR點云中提取電力線和電力塔點云；

步驟2，根據電力線點在局部區域內高程基本相同、而電力塔點在局部區域內高程變化大的特點，從電力線和電力塔點云中進一步提取電力塔點云，剔除電力塔點云得電力線點云；