[發明專利]一種基于LiDAR點云數據的電力線自動提取方法

在審

• 申請號: 202010148465.7
• 申請日: 2020-03-05
• 公開（公告）號: CN111461138A
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 張丙珍;郭偉;張毅;禹海斌;胡云;常榮;盧昱磊;關攀飛;朱錢鑫;張立忠;黨軍朋
• 申請（專利權）人: 云南電網有限責任公司玉溪供電局
• 主分類號: G06K9/46
• 分類號: G06K9/46;G06Q50/06;G06T5/00;G06T17/20;G07C1/20
• 代理公司: 天津濱海科緯知識產權代理有限公司 12211
• 代理人: 耿樹志

1.一種基于LiDAR點云數據的電力線自動提取方法，其特征在于：包括如下步驟：

S1.獲取輸電線路的點云數據，對原始的LiDAR點云數據進行預處理；

S2.基于格網高差和高程閾值對預處理后的點云數據進行處理，將電力線點云和非電力線點云進行分離，以提取電力線點云；

S3.利用峰值增強局部算子改進的Hough變換識別直線模型，對步驟S2中提取的電力線點云進行精確提取；

S4.根據提取到的電力線點云數據，利用二次多項式模型對每檔導線在兩個桿塔之間進行分段擬合得到重建后的電力線模型。

2.根據權利要求1所述的一種基于LiDAR點云數據的電力線自動提取方法，其特征在于：所述步驟S1具體為：

對于LiDAR點云數據記錄的多次回波信息，電力線點全部集中在點云的首次回波中，提取首次回波信息濾除一部分地物點，保留全部的電力線點，同時通過設定高度閾值對粗差點進行去除。

3.根據權利要求1所述的一種基于LiDAR點云數據的電力線自動提取方法，其特征在于：所述步驟S2具體為：

首先對離散點云構建規則的規格網，每個格網至少含有一個點；

格網高差h為每個格網內點云的最大高程H_max和最小高程H_min之差的絕對值，具體公式如下：h＝|H_max-H_min|

設P_i為預處理后點云中的任意一點，采用基于格網高差的方法對預處理后的點進行判斷，若P_i滿足限定條件,則該點屬于電力線點，否則為非電力線點；條件判斷式詳見下式：

其中，為初步提取電力線點的集合，h_th為格網高差閾值。

4.根據權利要求1所述的一種基于LiDAR點云數據的電力線自動提取方法，其特征在于：步驟S3具體為：

首先將提取的電力線點云投影到XY平面，利用二維空間Hougth變換通過檢測參量空間的峰值確定原始空間的直線，然后映射到參數空間；

在參數空間中，各個離散點對應的正弦曲線重疊交叉形成峰值起伏的累加空間；

假設其累加值為k，代表有k條正弦曲線在累加空間中的該累加單元重疊；θ為極坐標的極角，ρ為極徑，在該單元第l條正弦曲線對應的斜率為：

該曲線的法線角度為：

累加單元各個正弦曲線的平均法線角度為：

定義累加空間中的各累加單元和8鄰域，將其累加值與8鄰域的差值進行加權求和，求得的值為r，替代對應單元的累加值，同時該單元對應矢量方向與平均法線方向的夾角γ的余弦為加權函數，將其與鄰域的差值投影到法線方向上,z_mid為累加器空間8鄰域內的中間元素，具體公式如下：

通過改進的Hough變換算法得到電力線所對應的直線模型，在二維平面上計算每個點到提取的各條直線的垂直距離；如果該點到某條直線的距離小于一定閾值，則認為該點為此電力線的點，閾值取網格尺寸的倍。

5.根據權利要求1所述的一種基于LiDAR點云數據的電力線自動提取方法，其特征在于：所述步驟S4具體為：

通過坐標轉換在x-O-z空間對所有電力線點按x值進行升序排列，求局部最大值點從而得到桿塔的位置；

在兩個桿塔之間進行電力線擬合，桿塔點即為每檔電力線的端點；

采用帶有限制條件的最小二乘法對排序后的電力線點進行擬合，計算出每條電力線的最佳擬合參量；帶有限制條件的間接平差法方程如下：

式中，B_nn為參量改正數系數矩陣，C_su為參量限制條件方程的系數矩陣，S＇_sI為限制條件的常數項，l_nl為觀測值，得到的方程解即為擬合曲線的參量矩陣(a,b,c)；

解算出新電力線坐標，并在x-O-z空間繪制出電力曲線，實現每條電力線的三維重建。