[發明專利]基于計算機視覺的電力線空間安全分析方法

在審

• 申請號: 201710395606.3
• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN107564111A
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 墻強;馬海濤
• 申請（專利權）人: 武漢圓桌智慧科技有限公司
• 主分類號: G06T19/20
• 分類號: G06T19/20;G06T15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于計算機視覺與攝影測量領域，特別涉及無人機影像的三維重建技術、非立體環境下的電力線量測技術和GIS空間分析技術。

背景技術

隨著無人機技術越發成熟，利用無人機進行電力線路巡檢，不僅能夠降低巡檢成本，還提高了電力巡檢工作的效率。目前國家電網和南方電網等相關部門正在著力推進無人機班組建設、完善各類保障支撐體系，為無人機在電力行業的廣泛應用做好全面的準備工作。

目前無人機電力巡檢主要分為三類：人工判斷、機載激光LIDAR的定量分析、基于攝影測量技術的定量分析。人工判斷即通過人眼觀測無人機拍攝影像分析缺陷的方法。但是，該方法缺乏定量分析，且工作效率低下。依據無人機拍攝的照片或視頻，巡檢人員可以直觀的對電力線通道情況進行定性的分析，但無法獲取幾何信息進行定量分析，例如無法獲取電力線和地障 (樹木、房屋等)之間的空間距離。并且單純的人工識別判讀，只是將原本在野外執行的工作量分攤了一部分到內業完成，并沒有從實質上提高工作效率。

利用無人機搭載激光LIDAR進行電力線通道巡檢。雖然該方法能夠進行定量分析，并且工作效率高。但存在硬件設備貴和運維費用高的問題。目前，能夠搭載LIDAR的無人機需要較大的機身承載量和較高的飛行穩定性，因此配套的無人機也會成本更高。激光LIDAR的方案不可能成為電力巡線的首選。

相對于前兩種方法，搭載相機的航空攝影測量技術在保證相對低成本的同時，還能夠對電力線進行三維可視化觀測。針對這一方法在電力巡檢行業的應用，部分企業進行了深入的探索，并逐漸形成了一套自動提取電力線的方案。

但這些自動提取方案本身存在一定的應用限制。尤其在當前無人機小型化(旋翼無人機)、搭載相機普通化和飛行低空化的背景下，傳統的電力線自動提取方案存在兩個很大的問題：

(1)隨著旋翼無人機逐漸成為電力線巡檢的主要飛行硬件，其搭載的相機也由傳統昂貴的量測相機逐漸演變為低廉的單反甚至微單相機。相機性能的減弱，會對獲取的無人機影像造成直接的影響。同時，由于無人機小型化，其穩定性也會出現一定的減弱，因此最終獲取的無人機影像容易會出現模糊、抖動等現象。這一特性，不僅直接影響單張電力線的提取，更會使原本連續額提取的電力線出現割斷，影響后續的自動處理。

(2)由于旋翼無人機的主導化，巡線無人機的飛行高度逐漸呈現低空化的特征。隨著無人機與電力線之間的間距減小，無人機飛行航線與電力線方向不一致而引發的電力線相對位置的變化越發嚴重。電力線的錯位，將直接影響后續電力線的整體鏈接，導致最后電力線的三維重建失敗。

為了解決現行無人機通道巡檢中自動提取電力線方案的不足，本方案針對旋翼無人機電力巡檢的特點，提出了一套基于計算機視覺的電力線空間安全分析方法。該方案通過半自動電力線提取，避免了旋翼無人機巡檢過程中出現的電力線提取失敗以及電力線錯位的情況，以最小的代價構建了電力線三維模型并基于GIS空間分析技術對電力線進行了空間安全分析。獲取電力線三維空間范圍內的障礙物，包括樹木、違章建筑和跨越電力線等。

發明內容

本發明的目的是解決傳統電力線自動提取方案對于旋翼無人機巡檢過程中的不適應，提出利用計算機視覺的技術對電力線的無人機航拍影像進行高效率和高精度的處理和分析，實現電力線的空間安全分析的方法。

本發明提供了一種基于計算機視覺的電力線空間安全分析方法，包括以下步驟：

步驟1，利用快速拼圖技術，快速繪制巡檢區域的正射影像。基于拼接后的正射影像，確定待巡檢電力線的空間位置與走向。

步驟2，依據電力線的走向對旋翼無人機進行線狀航線規劃，并獲取沿電力線方向的雙航帶無人機影像。要求航帶內任意相鄰三張影像必須有重疊，且航帶間相鄰兩張影像的重疊區必須覆蓋電力線。

步驟3，電力線通道三維重建，包括以下子步驟，

步驟3.1，對所有無人機航拍影像進行特征點提取；

步驟3.2，根據影像GPS信息和整體灰度特征，統計可能有重疊的影像對，對所有可能有重疊的影像對進行特征點匹配；

步驟3.3，利用匹配的特征點、初始相機內外參數和初始相機GPS位置進行平差解算，獲取精確的相機內外參數；

步驟3.4，利用精確的相機內外參數和匹配的特征點對航拍影像進行正射糾正和拼接，獲取快拼圖；

步驟3.5，利用精確的相機內外參數對航拍的影像進行密集點云匹配，獲取地面密集三維點云。