[發(fā)明專利]一種基于LiDAR點(diǎn)云的電塔受災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010963009.8
• 申請日: 2020-09-14
• 公開（公告）號: CN112132795B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳定安;陳明薇;羅明;王先偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06V10/762;G06T7/11;G06T7/60
• 代理公司: 深圳市創(chuàng)富知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44367
• 代理人: 李思坪

1.一種基于LiDAR點(diǎn)云的電塔受災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估方法，其特征在于，包括以下步驟：

獲取LiDAR的3D點(diǎn)云數(shù)據(jù)并將整體點(diǎn)云分塊，得到多塊點(diǎn)云；

對每塊點(diǎn)云都進(jìn)行網(wǎng)格化處理并分配網(wǎng)格值；

根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則刪除部分網(wǎng)格，保留高程在Z軸上連續(xù)的網(wǎng)格并得到包含電塔的網(wǎng)格；

所述根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則刪除部分網(wǎng)格具體為保留最大海拔高度減去最小海拔高度在給定閾值內(nèi)的網(wǎng)格，并在剩余的網(wǎng)格中刪除帶有懸掛點(diǎn)集的網(wǎng)格；

基于聚類算法粗略識別區(qū)域的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，得到整個(gè)區(qū)域的特征點(diǎn)云集；

從特征點(diǎn)云集中獲取特征點(diǎn)云數(shù)據(jù)并根據(jù)高度進(jìn)行分層，得到高度切片集；

從高度切片集中取出包含塔身高度部分的切片集；

根據(jù)包含塔身高度部分的切片集計(jì)算不同高程切片的中心點(diǎn)集；

對中心點(diǎn)集進(jìn)行直線擬合處理并計(jì)算得到對應(yīng)斜率；

根據(jù)高度切片集和中心點(diǎn)集得到塔的邊緣位置和距中心點(diǎn)的距離；

根據(jù)塔的邊緣位置和距中心點(diǎn)的距離計(jì)算對應(yīng)于兩個(gè)邊緣之間相同邊緣的兩個(gè)點(diǎn)之間的斜率并得到所有斜率在設(shè)定閾值內(nèi)的特征點(diǎn)云；

從斜率在設(shè)定閾值內(nèi)的特征點(diǎn)云中提取得到具有電塔特征的點(diǎn)云；

根據(jù)數(shù)字高程模型獲取對應(yīng)區(qū)域的地形控制指數(shù)并對地形控制指數(shù)進(jìn)行分級，結(jié)合電塔點(diǎn)云得到位于不同災(zāi)害級別區(qū)域的電塔；

獲取電塔塔身和塔腿的數(shù)據(jù)參數(shù)并基于最小二乘法擬合正方椎體三維模型；

擬合模型公式如下，

具體地，R₀是從頂點(diǎn)到XY平面上的平截頭體的平方中點(diǎn)的距離，即Z＝0，即對角線的一半長度，k是梯度因子，表示方形棱錐邊緣的傾斜度，R₁，R₂，和R₃分別代表旋轉(zhuǎn)矩陣，q是象限數(shù)，θ是初始位置中與XY平面上的X軸的夾角；

根據(jù)正方錐體三維模型計(jì)算塔身傾斜度、塔腿傾斜度和塔身與塔腿間的傾斜度差；

根據(jù)塔身傾斜度、塔腿傾斜度和塔身與塔腿間的傾斜度差計(jì)算得到不同災(zāi)害級別區(qū)域的電塔風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；

所述電塔風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的表達(dá)式如下，

上式中，H_t是電塔的高度，α是塔腿傾斜度，γ是塔身與塔腿間的傾斜度差，S_t是基于塔所在網(wǎng)格單元中數(shù)字高程模型的坡度，W是塔腿的根開；

根據(jù)地形控制指數(shù)和電塔風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)生成電塔受災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估分析圖。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于LiDAR點(diǎn)云的電塔受災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估方法，其特征在于，根據(jù)數(shù)字高程模型獲取區(qū)域的凹陷深度和凹陷面積并計(jì)算區(qū)域的地形控制指數(shù)，所述地形控制指數(shù)的表達(dá)式如下：

上式中，A是集水面積，S是集水面積的平均坡度，V是凹陷量。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于LiDAR點(diǎn)云的電塔受災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估方法，其特征在于，所述計(jì)算塔身傾斜度、塔腿傾斜度和塔身與塔腿間的傾斜度還包括計(jì)算其傾斜度誤差。

4.一種基于LiDAR點(diǎn)云的電塔受災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估系統(tǒng)，其特征在于，包括以下模塊：

點(diǎn)云處理模塊，用于獲取LiDAR的3D點(diǎn)云數(shù)據(jù)并將整體點(diǎn)云分塊，得到多塊點(diǎn)云；對每塊點(diǎn)云都進(jìn)行網(wǎng)格化處理并分配網(wǎng)格值；根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則刪除部分網(wǎng)格，保留高程在Z軸上連續(xù)的網(wǎng)格并得到包含電塔的網(wǎng)格；所述根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則刪除部分網(wǎng)格具體為保留最大海拔高度減去最小海拔高度在給定閾值內(nèi)的網(wǎng)格，并在剩余的網(wǎng)格中刪除帶有懸掛點(diǎn)集的網(wǎng)格；基于聚類算法粗略識別區(qū)域的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，得到整個(gè)區(qū)域的特征點(diǎn)云集；從特征點(diǎn)云集中獲取特征點(diǎn)云數(shù)據(jù)并根據(jù)高度進(jìn)行分層，得到高度切片集；從高度切片集中取出包含塔身高度部分的切片集；根據(jù)包含塔身高度部分的切片集計(jì)算不同高程切片的中心點(diǎn)集；對中心點(diǎn)集進(jìn)行直線擬合處理并計(jì)算得到對應(yīng)斜率；根據(jù)高度切片集和中心點(diǎn)集得到塔的邊緣位置和距中心點(diǎn)的距離；根據(jù)塔的邊緣位置和距中心點(diǎn)的距離計(jì)算對應(yīng)于兩個(gè)邊緣之間相同邊緣的兩個(gè)點(diǎn)之間的斜率并得到所有斜率在設(shè)定閾值內(nèi)的特征點(diǎn)云；從斜率在設(shè)定閾值內(nèi)的特征點(diǎn)云中提取得到具有電塔特征的點(diǎn)云；

地形控制指數(shù)模塊，根據(jù)數(shù)字高程模型獲取對應(yīng)區(qū)域的地形控制指數(shù)并對地形控制指數(shù)進(jìn)行分級，結(jié)合電塔點(diǎn)云得到位于不同災(zāi)害級別區(qū)域的電塔；

電塔風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)模塊，用于獲取電塔塔身和塔腿的數(shù)據(jù)參數(shù)并基于最小二乘法擬合正方椎體三維模型，擬合模型公式如下，

R₀是從頂點(diǎn)到XY平面上的平截頭體的平方中點(diǎn)的距離，即Z＝0，即對角線的一半長度，k是梯度因子，表示方形棱錐邊緣的傾斜度，R₁，R₂，和R₃分別代表旋轉(zhuǎn)矩陣，q是象限數(shù)，θ是初始位置中與XY平面上的X軸的夾角；根據(jù)正方錐體三維模型計(jì)算塔身傾斜度、塔腿傾斜度和塔身與塔腿間的傾斜度差；根據(jù)塔身傾斜度、塔腿傾斜度和塔身與塔腿間的傾斜度差計(jì)算得到不同災(zāi)害級別區(qū)域的電塔風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；所述電塔風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的表達(dá)式為上式中，H_t是電塔的高度，α是塔腿傾斜度，γ是塔身與塔腿間的傾斜度差，S_t是基于塔所在網(wǎng)格單元中數(shù)字高程模型的坡度，W是塔腿的根開量；

分析模塊，根據(jù)地形控制指數(shù)和電塔風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)生成電塔受災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估分析圖。