一种电力线路巡检轨迹优化方法和系统与流程

本发明属于电力线路巡检技术领域，尤其涉及一种电力线路巡检轨迹优化方法和系统。

背景技术：

当前，电力线路的巡检作业是线路维护的常规作业内容。传统巡检采用的纸质作业方式较为落后，借助于移动巡检设备及对应的巡检辅助软件的作业方式已经被很多检修单位开始采用。但由于电力线路走向的不确定性，特别是部分设备分部较为隐蔽，导致巡检作业依然不够高效。

依赖高精度gps模块的定位功能，很好地解决了设备定位及巡检轨迹采集的问题。巡检轨迹采集一方面有利于对巡检作业的有效性进行监督；另一方面有利于作为后续巡检作业的巡检路线的参考，具有非常好的应用价值。然而，由于移动巡检设备采集巡检轨迹的频率不能过低，这样导致巡检轨迹采集的离散的轨迹点很多。同时，由于实际巡检作业过程中，可能出现往返，迂回等情况，加上由于信号较弱导致的异常点等，使得巡检轨迹冗余或错误数据大量存在，其指导后续巡检作业的价值也大大降低了。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种电力线路巡检轨迹优化方法和系统，以对采集的巡检轨迹数据进行优化，以减少冗余数据和错误数据。

本发明提供的一种电力线路巡检轨迹优化方法，包括步骤：

步骤1，对巡检采集的轨迹点进行缓冲区约束；本步骤具体为：

以巡检的电力线路为对象，根据内缓冲半径和外缓冲半径，分别采用角平分线缓冲区生成法生成电力线路的双边缓冲区，即内缓冲区和外缓冲区；

取内缓冲区内和外缓冲区外的轨迹点，分别记为第一轨迹点集和第二轨迹点集；

步骤2，对第二轨迹点集进行均值处理，得到第三轨迹点集；本步骤具体为：

采用扫描网格对第二轨迹点集的最大外包矩形的区域进行完全扫描，分别获得各扫描网格内轨迹点的坐标平均值，该坐标平均值所对应点即各扫描网格内的平均轨迹点；

步骤3，对第一轨迹点集和第三轨迹点集进行拓扑约束，以剔除冗余轨迹点、重复轨迹点和异常轨迹点；所述拓扑约束包括冗余轨迹点判断、重复轨迹点判断和异常轨迹点判断；

所述冗余轨迹点为与轨迹点的直线距离小于最小容差距离的邻域点，所述邻域点为轨迹点邻域的轨迹点；所述最小容差距离为经验值；

所述重复轨迹点为重复线路的两端点，所述重复线路为两端点到一线路的垂直距离均小于容差值的线路，所述线路指由时间相邻的两轨迹点构成的线路；所述容差值为经验值；

所述异常轨迹点为与前后两个时间相邻的轨迹点所组成的两条线段的夹角小于预设角度的轨迹点；

步骤4，按照时间顺序对第一轨迹点集和第三轨迹点集中的剩余轨迹点排序。

进一步的，步骤1中所述的采用角平分线缓冲区生成法生成电力线路的双边缓冲区，具体为：

将电力线路的位置相邻的两两轨迹点分别构成线段，按照缓冲半径作各线段双边的平行线，获得同边相邻平行线的交点，即缓冲点；所述缓冲半径为内缓冲半径或外缓冲半径；

依次连接同边的缓冲点，获得单边的缓冲边界线；两个单边的缓冲边界线构成电力线路的双边缓冲区。

作为优选，所述内缓冲半径为巡检时所采用gps定位模块定位精度的2～4倍；同时，所述设置外缓冲半径为巡检时所采用gps定位模块定位精度的4～6倍。

进一步的，步骤2进一步包括：

2.1确定第二轨迹点集的最大外包矩形；

2.2设定矩形扫描网格的尺寸为(vb)×(vb)，v为巡检员的平均行进速度，b为扫描步长；

2.3以最大外包矩形的左上角点为起点，在最大外包矩形内，按从左向右、从上向下的顺序移动扫描网格，对最大外包矩形的区域进行完全扫描；同时依次分别获得各扫描网格内轨迹点的平均轨迹点；所述平均轨迹点的坐标为扫描网格内轨迹点坐标的平均值；

2.4所获得的平均轨迹点构成第三轨迹点集。

进一步的，所述冗余轨迹点判断包括逐一判断第一轨迹点集和第三轨迹点集中各轨迹点的冗余轨迹点，具体为：

判断轨迹点与其邻域点的直线距离与最小容差距离的大小，与轨迹点的直线距离小于最小容差距离的邻域点，即轨迹点的冗余轨迹点，剔除冗余轨迹点。

进一步的，所述重复轨迹点判断包括构建线路集合，以及逐一判断线路集合中各线路的重复线路；

所述逐一判断线路集合中各线路的重复线路，具体为：

对线路集合中一线路，判断其他线路的两端点到该一线路的垂直距离与容差值的大小，若两端点到该一线路的垂直距离均小于容差值，该其他线路即该一线路的重复线路，剔除重复线路的两端点；

所述线路集合为第一轨迹点集和第三轨迹点集内所有两两时间相邻的轨迹点组成的线路的集合。

进一步的，所述异常轨迹点判断包括对逐一判断第一轨迹点集和第三轨迹点集中各轨迹点是否为异常轨迹点，具体为：

按时间顺序对第一轨迹点集和第三轨迹点集中轨迹点排序，获得轨迹点序列。

从轨迹点序列中第二个轨迹点开始，对各轨迹点依次进行夹角判断；若轨迹点与前一轨迹点组成的线段和其与后一轨迹点组成的线段的夹角小于预设角度，则该轨迹点判断为异常轨迹点，剔除异常轨迹点。

作为优选，所述预设角度为10度～20度。

作为优选，所述异常轨迹点判断包括多次重复的异常轨迹点判断，具体为：

第一次，对第一轨迹点集和第三轨迹点集中轨迹点进行异常轨迹点判断；

之后每一次，剔除前一次判断出的异常轨迹点，对剩余轨迹点进行异常轨迹点判断；

重复进行异常轨迹点判断，直至重复次数达到预设的最大重复次数或找不出异常轨迹点。

本发明还提供的一种电力线路巡检轨迹优化系统，包括：

缓冲区约束模块，用来对巡检采集的轨迹点进行缓冲区约束；本步骤具体为：

以巡检的电力线路为对象，根据内缓冲半径和外缓冲半径，分别采用角平分线缓冲区生成法生成电力线路的双边缓冲区，即内缓冲区和外缓冲区；

取内缓冲区内和外缓冲区外的轨迹点，分别记为第一轨迹点集和第二轨迹点集；

均值处理模块，用来对第二轨迹点集进行均值处理，得到第三轨迹点集；本步骤具体为：

采用扫描网格对第二轨迹点集的最大外包矩形的区域进行完全扫描，分别获得各扫描网格内轨迹点的坐标平均值，该坐标平均值所对应点即各扫描网格内的平均轨迹点；

拓扑约束模块，用来对第一轨迹点集和第三轨迹点集进行拓扑约束，以剔除冗余轨迹点、重复轨迹点和异常轨迹点；所述拓扑约束包括冗余轨迹点判断、重复轨迹点判断和异常轨迹点判断；

所述冗余轨迹点为与轨迹点的直线距离小于最小容差距离的邻域点，所述邻域点为轨迹点邻域的轨迹点；

所述重复轨迹点为重复线路的两端点，所述重复线路为两端点到一线路的垂直距离均小于容差值的线路，所述线路指由时间相邻的两轨迹点构成的线路；

所述异常轨迹点为与前后两个时间相邻的轨迹点所组成的两条线段的夹角小于预设角度的轨迹点；

排序模块，用来按照时间顺序对第一轨迹点集和第三轨迹点集中的剩余轨迹点排序。

和现有技术相比，本发明具有如下特点和有益效果：

(1)本发明用于对移动巡检设备采集的巡检轨迹数据进行优化，以减少冗余数据和错误数据，使巡检轨迹更为简洁合理。

(2)优化后的巡检轨迹可作为后续巡检作业的参考巡检路线，对指导后续巡检具有较高价值。另外，还可解决人工巡检因线路不熟悉、作业人员变更等导致的巡检效率低下的问题。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2为实施例中所采用的角平分线缓冲区生成法的原理示意图；

图3为实施例中所采用的均值处理法的流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例和/或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

本发明考虑电力线路巡检的特点，并结合gis几何法，提供了一种针对移动巡检设备所采集的轨迹点数据进行优化处理的方法。图1所示为本发明方法的流程图，具体步骤如下：

s100巡检采集轨迹点。

利用带高精度gps模块的移动巡检设备采集电力线路的轨迹点，所述轨迹点采用位置信息(lat,lon)和时间信息t表示。即轨迹点记为p(lat,lon,t)，其中，lat和lon分别表示纬度和经度，t表示采集时间。

s200对步骤s100采集的轨迹点进行内缓冲区约束。

本步骤进一步包括：

s210构建巡检的电力线路的内缓冲区。

本子步骤以巡检的电力线路为对象，根据预设的内缓冲半径r1，采用角平分线缓冲区生成法生成电力线路的双边缓冲区，该双边缓冲区即内缓冲区。内缓冲半径r1为经验值，可通过多次试验确定。作为优选，可根据gps定位模块的定位精度设置，一般设置为gps定位模块定位精度的2～4倍。由于本具体实施方式中采用的是亚米级gps定位模块，因此，r1设为2m。

所述角平分线缓冲区生成法具体为：

将电力线路的位置相邻的两两轨迹点分别构成线段，按照预设的缓冲半径作各线段双边的平行线，获得同边相邻平行线的交点，即缓冲点；依次连接同边的缓冲点，获得单边的缓冲边界线；两个单边的缓冲边界线构成电力线路的双边缓冲区。

当缓冲半径为内缓冲半径r1时，所生成的双边缓冲区即内缓冲区；当缓冲半径为外缓冲半径r2时，所生成的双边缓冲区即外缓冲区。

图2所示为角平分线缓冲区生成法的原理示意图，其中示意了单边缓冲点的生成方法。图中，所示坐标为wgs-84坐标系，点a、点o、点b表示电力线路中3个位置相邻的轨迹点。以内缓冲半径r1为缓冲半径，作线段oa和线段ob单边的平行线，线段oa的平行线上的点o1、点a1分别为点o和点a的垂足，线段ob的平行线上的点o2、b1分别为点o和点b的垂足。直线o1a1和直线o2b1的交点o3即缓冲点。

s220利用内缓冲区对轨迹点进行约束，即取内缓冲区内的轨迹点，记为第一轨迹点集p1。

s300对步骤s100采集的轨迹点进行外缓冲区约束。

本步骤进一步包括：

s310构建巡检的电力线路的外缓冲区。

本子步骤以巡检的电力线路为对象，根据预设的外缓冲半径r2，采用角平分线缓冲区生成法生成电力线路的双边缓冲区，该双边缓冲区即外缓冲区。外缓冲半径r2也为经验值，可通过多次试验确定。作为优选，可根据gps定位模块的定位精度设置，一般设置为gps定位模块定位精度的4～6倍。本具体实施方式中，r2取5m。外缓冲区的构建方法同内缓冲区，仅所采用的缓冲半径不同。

s320利用外缓冲区对轨迹点进行约束，即取外缓冲区外的轨迹点，记为第二轨迹点集p2。

s400对第二轨迹点集p2进行均值处理，得到优化年后的轨迹点集，记为第三轨迹点集p3。由于位于外缓冲区外的第二轨迹点集不存在巡检线路作为优化参照，其通常为因河流截断或无法通行等导致的迂回线路，因此需要对其进行优化。

见图3，本步骤进一步包括子步骤：

s410确定第二轨迹点集p2的最大外包矩形，最大外包矩形范围记为r＝[(x0,y0),(x1,y1)]，其中，(x0,y0)和(x1,y1)分别表示最大外包矩形的左上角点和右下角点的位置。

s420定义矩形扫描网格的尺寸为(vb)×(vb)，其中，v表示巡检员的平均行进速度，b为扫描步长。本具体实施方式中，v取1m/s，b取10m。

则各单个扫描网格范围rs可记为：

rs＝[(x0+v*b*m,y0+v*b*n),(x0+v*b*(m+1),y0+v*b*(n+1)](1)

式(1)中，rs表示第s个扫描网格范围，s＝0,1,......s，s表示扫描网格数量。

(x0,y0)表示最大外包矩形左上角点位置，m、n分别表示扫描的行号和列号，m的最大值为最大外包矩形的宽度除以扫描网格的宽度，n的最大值为最大外包矩形的高度除以扫描网格的高度。第一行扫描时，m从0到最大值逐一递增，n保持0不变；第二行扫描时，m从0到最大值逐一递增，n保持1不变；如此逐行扫描，直至n达到其最大值。

s430以最大外包矩形的左上角点为起点，在最大外包矩形内，按照从左向右、从上向下的顺序移动扫描网格，对最大外包矩形的区域进行完全扫描；同时依次获得各扫描网格内轨迹点的平均轨迹点。

各扫描网格内轨迹点的平均轨迹点的获得，进一步包括：

s431判断第三轨迹点集p3内各轨迹点是否落入扫描网格，具体采用式(2)判断；若式(2)成立，则轨迹点落入扫描网格。

p2.x＞x0+v*b*s&&p2.x＜x0+v*b*(s+1)&&p2.y＞y0+v*b*s&&p2.y＜y0+v*b*(s+1)

(2)

式(2)中，(p2.x,p2.y)表示第三轨迹点集p3内轨迹点的坐标，这里p2.x和p2.y分别表示轨迹点的经度和纬度；&&表示逻辑与运算符。

s432遍历扫描网格内的轨迹点，计算扫描网格内所有轨迹点的平均轨迹点p2a。

所述平均轨迹点p2a的坐标p2a(k)为扫描网格内所有轨迹点坐标的平均值，即：

式(3)中，p2k表示扫描网格内第k个轨迹点的坐标；k表示扫描网格内轨迹点的数量。

s440所获得的所有扫描网格的平均轨迹点构成第三轨迹点集p3。

s500对第一轨迹点集p1和第三轨迹点集p3进行拓扑约束以剔除冗余轨迹点、重复轨迹点和异常轨迹点；所述拓扑约束包括冗余轨迹点判断、重复轨迹点判断和异常轨迹点判断。

下面将分别描述冗余轨迹点、重复轨迹点和异常点的判断和剔除方法。

(1)冗余轨迹点判断。

巡检过程中，巡检员在一处逗留时间过长，或在实际巡检时在采集缺陷时的处理时间过长，都会产生冗余轨迹点。因此，进行线路优化时，为减少数据冗余，需找出冗余轨迹点并剔除。本发明中，根据轨迹点间的直线距离与最小容差距离dmin1的大小，来判断各轨迹点的冗余轨迹点。最小容差距离为经验值，可通过多次试验确定。作为优选，其可根据巡检员的平均行进速度的一半确定，若巡检平均行进速度为1m/s，采集间隔为5秒，则最小容差距离设为(1m/s×5s)/2，即最小容差距离为巡检平均行进速度和采样间隔乘积的1/2。

所述冗余轨迹点的判断包括对第一轨迹点集p1和第三轨迹点集p3中所有轨迹点分别判断其冗余轨迹点，具体为：

判定轨迹点p与其邻域轨迹点集(p1,p2…pn)中各邻域轨迹点的直线距离，假定邻域轨迹点pn到轨迹点p的直线距离为dn，n＝1,2,......n；比较dn与最小容差距离dmin1的大小，若dn＜dmin1，则邻域轨迹点pn为轨迹点p的冗余轨迹点。

(2)重复轨迹点的判断。

巡检过程中，由于人员的折返往复，导致巡检路径中存在重复线段，重复线段的两端点即重复轨迹点。本发明中，重复轨迹点的判断以时间相邻的轨迹点所构成的线段为基础进行判断。

所述重复轨迹点的判断包括对所有两两时间相邻的轨迹点所构成的线段分别判断其重复轨迹点，具体为：

首先，构建线路集合，即对第一轨迹点集p1和第三轨迹点集p3的所有轨迹点，将两两时间相邻的轨迹点构成一线路，从而构建线路集合。

然后，对线路集合中任一线路lm，分别获得线路集合中所有其他线路li的两端点pi、pi+1与线路lm的垂直距离，分别记为d(pi,lm)和d(pi+1,lm)；比较垂直距离与容差值dmin2的大小，若d(pi,lm)＜dmin2&&d(pi+1,lm)＜dmin2，即其他线路li的两端点到线路lm的垂直距离均小于容差值dmin2，则认为线路lm与其他线路lj重复，其他线路lj的两端点则判断为线路lm的重复轨迹点。容差值为经验值，可通过多次试验确定。作为优选，其可设定为巡检设备gps定位精度的1/2，由于本具体实施方式中巡检设备gps模块定位精度为亚米级，因此容差值设为0.5。

(3)异常轨迹点的判断。

单条电力线路在几何约束方面，如最小夹角等，有一定的约束条件，因此，巡检路径如果出现一些十分尖锐的轨迹点，则可判定为异常轨迹点，所述异常轨迹点指与前后两个时间相邻的轨迹点组成的两条线段的夹角小于α0度的轨迹点。本发明中α0取10度～20度。

所述异常轨迹点的判断具体为：

首先，按时间顺序对第一轨迹点集p1和第三轨迹点集p3中轨迹点排序，获得轨迹点序列。

接着，从轨迹点序列中第二个轨迹点开始，对轨迹点序列中各轨迹点pj依次进行夹角判断，以α[(pj+1,pj),(pj,pj-1)]表示轨迹点序列中轨迹点pj到pj+1的线段与轨迹点pj-1到pj的线段的夹角，若α[(pj+1,pj),(pj,pj-1)]＜α0，则判断轨迹点pj为异常轨迹点。其中，pj-1、pj、pj+1分别表示轨迹点序列中第j-1个、第j个、第j+1个轨迹点。

作为优选，对异常轨迹点的判断进行多次重复判断，直至重复次数达到预设的最大重复次数或找不出异常轨迹点。本具体实施方式中，以达到预设的最大重复次数作为结束条件，最大重复次数设为5。

s600剔除冗余轨迹点、重复轨迹点和异常轨迹点，按照时间顺序对第一轨迹点集p1和第三轨迹点集p3中轨迹点排序，得最终优化的轨迹点序列。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。