[發明專利]一種電力桿塔點云提取方法

在審

• 申請號: 201911125640.4
• 申請日: 2019-11-15
• 公開（公告）號: CN110889861A
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 宋強;吳永歡;孫煜華;鄒時容;杜舒明;廖嘉煒;徐炫東;池燕清
• 申請（專利權）人: 廣州供電局有限公司
• 主分類號: G06T7/168
• 分類號: G06T7/168;G06T7/60
• 代理公司: 北京化育知識產權代理有限公司 11833
• 代理人: 涂琪順

本發明公開了一種基于主成分分析變換的電力桿塔點云自動提取方法，屬于電力設備檢測技術領域。本發明的一種基于主成分分析變換的電力桿塔點云自動提取方法，首先通過空間分割和點云數據灰度處理分離桿塔頂部與輸電線點云數據，建立R樹和KD樹對點云數據進行混合索引預處理，然后對經過預處理的點云數據進行PCA轉換，并通過塔頂平均高程閾值設定和地面擬合提取方法分別提取初始塔頂點云及初始塔身點云數據；再根據塔基點云和植被點云在空間分布特征的差異性，通過主成分閾值提取方法和DBSCAN聚類算法對初始塔基點云進行提取，最后經過膨脹操作恢復聚類過程中誤刪的點云數據，初始塔基點云數據提取完成。本發明的一種基于主成分分析變換的電力桿塔點云自動提取方法實現了桿塔點云的全自動提取，提高了桿塔點云提取的效率，減輕作業人員的負擔，并且結合多種點云數據提取方法及數據恢復方法，極大的提高了數據提取精度。

技術領域：

本發明涉及電力設備檢測技術領域，尤其涉及一種基于主成分分析變換的電力桿塔點云自動提取方法。

背景技術：

機載激光雷達(LIDAR)將激光技術與雷達技術相結合，具有測距精度高、性能優異等特點，能夠快速獲取大面積地物的高精度、高密度三維坐標，因此被廣泛的應用于電力架空線路巡檢中，如：線路走廊危險地物檢測、電力線間距離精細測量等。但采用LiDAR所獲取數據均為離散點云數據，數據構成不規則且點云數據間沒有明確的拓撲關系，導致直接通過點云數據對地物的自動解譯和分析存在困難。

對LiDAR數據分類問題，眾多學者分別針對不同應用場景提出了相應的點云分類方法，而針對電力領域相關LiDAR點云分類和提取的問題研究則相對較少。目前針對電力領域數據的分類與提取大多集中在架空線路，電力桿塔點云數據獲取則仍然主要采用人機交互方式進行，即在桿塔點云與輸電線路及周圍物體難以區分時采用手動勾選的方式提取的桿塔點云，缺乏自動化提取方法。相比于架空線路點云的提取，桿塔點云提取的主要問題在于塔基部分點云與其周圍植被點云不存在明顯的高程差異，難以通過一個單一的閾值進行區分，只能采用人機交互方式拾取點云數據的，數據提取工作量大，效率低，且準確性難以保證，無法滿足電網大面積巡檢的要求。同時輸電線路與電力桿塔頂部也存在重合，對桿塔點云數據提取也會造成影響。

國內發明專利CN201711056800.5，發明公開日2018.3.8，發明創造名稱：一種基于機載激光點云數據的輸電線自動提取方法，該發明公開了一種自適應TIN 剔除地面點，采用八鄰域法、基于高度、基于密度的多種濾波器，以此過濾掉不相關的點云數據，保留輸電導線和電力桿塔的有效點云。但是該發明對于如何區分近地面與植被相近的塔基點云數據提取介紹較為模糊，僅僅通過基于形狀的濾波器提取對于相對最難提取的塔基點云數據，其提取效果必然有限，并且沒有說明如何對桿塔和輸電線重合的點云數據進行分離。

發明內容：

1.發明要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題就在于針對現有技術存在的塔基部分點云與植被點云容易產生混淆、精確性低、提取效率低等問題技術問題，本發明提供一種提取效率高、精度滿足要求的電力桿塔點云提取方法。

2.技術方案

為達到上述目的，本發明提供的技術方案為：

一種基于主成分分析變換的電力桿塔點云自動提取方法，其特征在于:首先通過空間分割和點云數據灰度處理分離桿塔頂部與輸電線點云數據；再通過R 樹、KD樹對點云數據進行混合索引預處理，并對索引后的數據以協方差矩陣形式進行霍特林(K-L)變換；再通過平均高程閾值直接提取與植被點云區分明顯的塔頂點云后，對與植被點云易混淆的塔身點云通過地面擬合并設定高程閾值提取；塔基點云由于和植被點云高程相近，通過主成分閾值分析、密度聚類和膨脹操作提取塔基點云。

優選地，通過投影處理將電力桿塔塔頂和塔身與輸電線點云數據進行分離，主要步驟為：