[發明專利]一種電力線激光點云數據部分重合分段及聚類方法

在審

• 申請號: 202211324256.9
• 申請日: 2022-10-27
• 公開（公告）號: CN115641406A
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 王身麗;張楚謙;黃昱霖;楊展;吳軍;李柏松;趙威;劉曉華;毛竹;王曼;陳典麗
• 申請（專利權）人: 國網湖北省電力有限公司超高壓公司;湖北省超能電力有限責任公司
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06V10/762;G06Q50/06
• 代理公司: 武漢聚信匯智知識產權代理有限公司 42258
• 代理人: 劉丹

本發明公開一種電力線激光點云數據部分重合分段及聚類方法，所述方法包括：S1，確定單檔單根電力線的三維重建模型的數學表達式；包括直線段模型和懸鏈線段模型；S2，數據預處理和部分重合數據分段；S3，模型擬合及線段標號與合成這三個步驟。本發明解決了已有的方法無法滿足多種構型的電力線激光點云聚類的問題，解決了已有方法無法滿足分裂導線激光點的識別的問題，實現了對任意長度、任意電塔高差、存在不規則斷裂和粗差的電力線點云的正確分割，并提高了單根電力線激光雷達點識別的精度、自動化程度、魯棒性和普適性。

技術領域

本發明涉及電力線三維重建技術領域，具體涉及一種電力線激光點云數據部分重合分段及聚類方法。

背景技術

在電力巡線中，電力線三維重建具有重要的作用，它是危險點檢測、導線相間高差量測、導線間距離量測、導線對地距離量測、三維可視化、導線弧垂分析、導線覆冰分析、導線風偏分析等重要應用的基礎，是研究的焦點之一。已有的研究中，電力線三維重建包括4個重要的組成部分：電力線激光點檢測、單檔電力線激光點識別、單檔電力線激光點云聚類(即確定單檔電力線總根/條數和確定單根電力線激光點)、單根電力線三維建模。其中，單檔電力線激光點云聚類是最關鍵、最復雜的環節，也是研究的重點。目前，相關的聚類方法有：Hough變換方法、3D連通成分分析方法、電力線模型生長與合并方法。但現在已有的研究還存在下述問題。

1)Hough變換方法無法適用電力線垂直排列、混合排列、交錯排列的情況。另外，對于垂直排列的多條電力線，嚴重的弧垂現象會導致無法通過高程值特征進行不同根電力線激光點的分離。而現實世界中的高壓線路一檔內的電力線可存在三角、水平、垂直、混合排列、交錯排列等多種構型的排列方式，已有的方法無法滿足多種構型的電力線激光點云聚類。

2)模型生長與合并方法無法滿足分裂導線激光點的識別；而3D連通成分分析方法無法滿足分裂導線的任一分裂的重建。與電力線巡檢密切相關的電力線類型可以分為導線和避雷線，前者又可細分為單導線、分裂導線(又稱導線束，可進一步細分為2、4、6、8分裂等)。在激光點云中，單導線、避雷線、分裂導線任一分裂(束)的形態特征極其相似；而整體上，分裂導線與單導線、避雷線的形態特征不同。而模型生長與合并方法無法適用于分裂導線。另外，對于分裂導線，由于間隔棒會連接各個分裂，且激光點云中無法詳細區分間隔棒點、電力線點，這會導致3D連通成分分析方法將各個分裂聚為一類，無法識別各個分裂導線。

3)已有方法易受到激光點云的不規則斷裂、粗差的負面影響。

發明內容

本發明的目的在于提供一種電力線激光點云數據部分重合分段及聚類方法，解決了已有的方法無法滿足多種構型的電力線激光點云聚類的問題，解決了已有方法無法滿足分裂導線激光點的識別的問題，實現了對任意長度、任意電塔高差、存在不規則斷裂和粗差的電力線點云的正確分割，并提高了單根電力線激光雷達點識別的精度、自動化程度、魯棒性和普適性。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種電力線激光點云數據部分重合分段及聚類方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1，確定單檔單根電力線的三維重建模型的數學表達式；采用的單檔單根電力線三維重建模型包括兩個部分：第一部分是直線段模型，該直線段由電力線激光點云在XOY平面的投影點經過最小二乘擬合生成；第二部分是懸鏈線段，該懸鏈線段位于過直線段的垂面、且由電力線激光點云的信息生成；直線段與懸鏈線段不僅共面，而且直線段的兩個端點與懸鏈線段的兩個端點具有垂直投影關系；

S2，數據預處理和部分重合數據分段；開展電力線激光點云數據的預處理和分段組織；包括：處理輸入的點云數據并計算統計值；直線段的最小二乘線性擬合；求長度和比例因子；以及部分重合數據分段的步驟；

S3，模型擬合及線段標號與合成；模型擬合及線段標號與合成是一個迭代的過程，每次迭代中采用隨機抽樣從未標號的激光點中抽取部分點，并檢查這些點的擬合模型是否同時符合S1中提出的直線段及懸鏈線段模型，同時迭代過程中還需考慮降低激光點云中粗差點的負面影響；