本发明涉及输电线路数据统计领域，特别是一种输电线路三维建模的方法。
背景技术：
在电力部门中，常常需要对输电线路的分布和其周围的环境进行统计，这样，电力部门能对输电线路的分布以及输电线路处的周围环境有一个直观的认识，在后续包括维护及维修管理中，能做到有效针对性的管理（比如在某处输电线路发生故障，需要维修时，就能根据输电线路处的实际环境采用合适的交通工具、作业工具等等，提高维护及维修的效率）。现有对输电线路分布以及输电线路周围环境的统计，主要依靠人工到输电线路现场对输电线路分布以及周围环境进行照相或者更简单的采用手绘进行操作，手绘速度慢、不能真实反映现场情况，在实际操作中已经很少使用，照相虽然能提高速度，但是照相时，操作人员必须到现场就近操作，在输电线路周围环境恶劣时（比如山间），会给操作人员带来极大不便，甚至造成人身伤害事故，还有一点就是，不论是手绘还是照相对输电线路分布以及周围环境分布进行统计后，无法使统计后数据达到立体、直观的效果，不能给后续管理中带来更大方便（比如图片、照片不能真实反应山间树木和输电线路的直线距离、高度差等等）。
技术实现要素：
为了克服现有对输电线路分布及输电线路周围环境分布进行图像统计中存在的各种弊端，本发明提供了利用无人机结合飞控软件实现自主规划路线飞行，或通过操作者手动控制无人机的飞行路线，绕需进行拍照的输电线路和周围环境飞行拍照，在无人机采得现场可见光图片后，后续通过相关软件处理得到输电线路以及周围环境3d立体模型，从而为后续管理部门直观掌握现场情况，并为后续维修、维护中加快速度，提高工作效率提供有力数据支持的一种输电线路三维建模的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
输电线路三维建模的方法，其特征在于先采集输电线路以及输电线路周围环境的可见光图片信息，使用无人机、照相机、无人机飞行控制器作为采集输电线路以及输电线路周围环境可见光图片信息的工具，照相机位于无人机上，无人机飞行控制器上装有djiphantom4pro飞行平台控制软件以及pix4dcapture软件，采集完图片信息后把所有图片信息导入pc机内，然后用pc机内pix4dmapper软件对图片进行处理生成3d模型，处理后3d模型经过tovospowerline软件手动导线拟合后，即得到清晰、直观的输电线路以及输电线路周围环境的3d模型，并完成输电线路以及输电线路周围环境的3d建模，使用pc机内tovospowerline软件进行三维量测工具能得到输电线路和周围环境的树木、建筑物、地形之间的高度及距离。
所述无人机选用大疆精灵4pro作为飞行平台，结合照相机完成相关可见光数据收集。
所述无人机飞行控制器内安装有pix4dcapture飞行控制软件，pix4dcapture飞行控制软件的circular功能项可控制无人机实现固定高度自动环绕飞行。
所述无人机飞行控制器还配套安装ugcs控制软件，ugcs控制软件控制飞行器对输电线路通道自动进行可见光图片数据收集，ugcs软件分手机端和电脑端两部分，手机端支持安卓版本5.0以上，电脑端为正版windows操作系统，无人机飞行控制器搭配安装了ugcs控制软件的笔记本电脑作为飞行航线规划端，通过安装了ugcs控制软件的手机端以有线连接方式与无人机飞行控制器进行连接，利用手机端发出的3g/4gwifi热点实现与笔记本电脑端的通信连接。
所述ugcs控制软件对无人机飞行控制器飞行的航线规划，需要进行9个航路点的设定，然后对无人机上照相机自动拍摄间隔、相机倾斜角度进行设定后，飞行航线规划完成，导出为xml/kml文件，进行命名保存，在飞行现场可直接加载使用。
所述ugcs控制软件对无人机飞行控制器飞行的航线规划，无人机到达现场经无人机飞行控制器控制飞行后，先对输电线路的杆塔环绕飞行，经相机获取所需输电线路及周围环境可见光图片，然后沿输电线路通道正射飞行，经相机获取所需输电线路及周围环境可见光图片。
所述用pix4dmapper软件对图片进行处理生成3d模型后，照片生成部分导线处的点云文件。
所述点云文件生成后，采用手动导线拟合技术，利用tovospowerline中的导线拟合功能，将导线处点云拟合出来。
本发明的有益效果是：本发明通过无人机结合无人机飞行控制器的飞控软件，能实现自主规划路线的无人机绕输电线路飞行，直观获得输电线路以及周围环境的第一手图片信息资料，在无人机采得现场可见光图片后，后续通过pc机内相关软件处理后得到输电线路以及周围环境3d模型，从而为后续管理部门直观掌握现场情况，并为后续维修、维护中加快速度，提高工作效率提供了有力数据支持。本发明克服了人工对输电线路分布以及周围环境进行照相或者手绘，带来的手绘速度慢、不能真实反映现场情况，照相时操作人员必须到现场就近操作，在输电线路周围环境恶劣时（比如山间），会给操作人员带来极大不便，甚至造成人身伤害事故，无法使统计后数据达到立体、直观的效果，不能给后续管理中带来更大方便的缺点。基于上述，所以本发明具有好的应用前景。
附图说明
附图是本发明工作流程框图。
具体实施方式
附图中所示，输电线路三维建模的方法，先采集输电线路以及输电线路周围环境的可见光图片信息，使用无人机、照相机、无人机飞行控制器作为采集输电线路以及输电线路周围环境可见光图片信息的工具，照相机位于无人机上，无人机飞行控制器上安装有djiphantom4pro飞行平台控制软件以及pix4dcapture软件，采集完图片信息后把所有图片信息导入pc机内，然后用pc机内pix4dmapper软件对图片进行处理生成3d模型，处理后3d模型经过tovospowerline软件手动导线拟合后，即得到清晰、直观的输电线路以及输电线路周围环境的3d图片，并完成输电线路以及输电线路周围环境的3d建模，使用pc机内tovospowerline软件进行三维量测工序能得到输电线路和周围环境的树木、建筑物、地形之间的高度及距离。
附图中所示，无人机选用大疆精灵4pro作为飞行平台，结合照相机完成相关可见光数据收集。无人机飞行控制器内安装有飞行控制软件，飞行控制软件的circular功能项可控制无人机实现固定高度自动环绕飞行。实际应用中，进入飞行控制软件的circular功能操作界面后，首先经无人机飞行控制器操作界面刷新地图定位至当前飞行器位置，重置飞行选定区域选择飞行器自动环绕飞行范围，设置基本自动环绕飞行参数（通过操作界面滑动高度条设置飞行高度，调节飞行区域范围为y*ym，设置飞行器速度为慢，拍照间隔角度为10°），选择飞行器自动飞行区域中心，最后点击操作界面start上传飞行计划，待飞行计划上传完成，点击开始按钮，飞行器就可自动进行环绕飞行采集数据，飞行器完成自动飞行后会自动返航，不过为保障安全这时需要切换至手动控制模式，手动控制飞行器进行下一步动作。
附图中所示，无人机飞行控制器还配套ugcs控制软件，ugcs控制软件控制飞行器对输电线路通道自动进行可见光图片数据收集，ugcs软件分手机端和电脑端两部分，手机端支持安卓版本5.0以上，电脑端为正版windows操作系统，无人机飞行控制器搭配安装了ugcs控制软件的笔记本电脑作为飞行航线规划端，通过安装了ugcs控制软件的手机端以有线连接方式与无人机飞行控制器进行连接，利用手机端发出的3g/4gwifi热点实现与笔记本电脑端的通信连接。ugcs控制软件运行前需对电脑端进行软件设置：打开软件后，操作界面的菜单下配置项中地图提供商仅保留bing（删除多余提供商）、飞行器基本配置设定保留足够的使用余量。
附图中所示，ugcs控制软件对无人机飞行控制器飞行的航线规划，需要进行9个航路点的设定，然后对无人机上照相机自动拍摄时间间隔、相机倾斜角度进行设定后，飞行航线规划完成，导出为xml/kml文件，进行命名保存，在飞行现场可直接加载使用。9个航路点的设定需要以下几个步骤：1，点击笔记本电脑端操作界面的新航线添加工具创建新航线（已有的可直接导入），对航线进行命名，选择安装有djiphantom4pro软件的无人机作为飞行平台，注意相关安全测量选项设置修改，通过输入第一航路点坐标将地图定位至作业区域，为下一步航线的设定做准备。2，由于航路规划使用精确的坐标定位，操作界面地图已经自动刷新至需要作业的区域范围，进入新航线规划界面后可以直接在地图规划所需的航线；首先选择操作界面的起飞点设置按钮，按笔记本电脑端的shift键同时通过鼠标左键点击地图上具体位置选定起飞位置（只需大致区域即可，可到现场再调整），起飞点为＃1航路点。3，操作笔记本电脑端的操作界面切换至航路点设置按钮，同样按笔记本电脑端的shift键同时通过鼠标左键点击地图上具体位置选定＃2航路点和＃3航路点，由于ugcs控制软件有精确的输电线路杆塔坐标位置，可以通过修改＃2、＃3航路点的坐标来精确调整这两点的位置。4，在建立＃3航路点后，以垂直于＃2、＃3形成的航线一侧方向建立＃4航路点，通过操作界面地图测量功能，对＃3、＃4两航路点间的距离来调整，确定所需的航侧间距x，从而确定＃4航路点的位置。5，确定＃4航路点后，＃5航路点的确定需要以＃2航路点为基点，选择操作界面的距离测量工具，按笔记本电脑端的shift键同时鼠标左键选中＃2航路点，然后平行于＃3、＃4同侧方向，调整距离为x确定＃5的位置，记录坐标信息；接着切换回航路点按钮，设定＃5航路点。6，＃5航路点设定完成，以＃5为基点确定＃6的位置点，确定＃6的位置点要注意＃5、＃6间距为2倍＃3、＃4间距。7，＃7位置点的确认方法和＃5相同，以＃3为基点，使用操作界面的距离测量工具确定＃7的位置；以此以＃7确定＃8，以＃6为基点确定＃9的位置，这样通过以上步骤完成了9个航路点的设定。对无人机上照相机自动拍摄时间间隔、相机倾斜角度进行设定时，依次对9个航路点设定无人机离地面之上高度（a+180米）飞行、飞行速度（5.6m/s）、相机自动拍摄间隔（3秒）时间、相机倾斜角度（90°）。对于跨越树障的区域，可以直接使用上述办法建立一个完整通道的飞行计划，直接完成整个通道的照片数据采集；对于高铁等跨越段，为保障安全高铁通道上空不能直接飞过，可以将一个飞行规划分两次来完成；首先直接建立一个完整的飞行路径规划，然后在高铁通道两侧分别新建新航线，截取不跨越的部分，设定为自动航测区域，将飞行航线分成两部分，由于整体航线已建立完成，可直接在操作界面的地图上调整选择对应航路点位置即可。
附图中所示，ugcs控制软件对无人机飞行控制器飞行的航线规划，无人机到达现场经无人机飞行控制器控制飞行后，先对输电线路的杆塔环绕飞行，经相机获取所需输电线路及周围环境可见光图片，然后沿输电线路通道正射飞行，经相机获取所需输电线路及周围环境可见光图片。对输电线路的杆塔环绕飞行，经相机获取所需输电线路及周围环境可见光图片时，在需测杆塔附近选定起飞位置，运行无人机djiphantom4pro控制软件前提下安全起飞飞行器，通过无人机实时回传图像判定杆塔高度a米，将无人机以高出杆塔30—50米高度飞至杆塔正中心上空，运行pix4dcapture软件（djigo4切换至后台运行）；然后选择pix4dcapture飞行控制软件circular功能项，设置飞行高度为a+40米，环绕飞行中心为杆塔中心，调节飞行区域范围为50*50m和70*70m，，对该杆塔进行两次照片数据采集；然后以同样的方法对另外一基杆塔实施两次飞行，采集相关数据。沿输电线路通道正射飞行，经相机获取所需输电线路及周围环境可见光图片时，第一步，在将要测定输电线路杆塔附近选定起飞位置，运行无人机djiphantom4pro控制软件，完成无人机起飞前安全检测；然后打开手机端热点分享，进而，笔记本电脑端进行认证连接，运行笔记本端ugcs控制软件，在无人机djiphantom4pro控制软件前提下打开手机端ugcs控制软件，建立无人机、飞行器遥控器、手机、电脑端间的通信连接；第二步，将无人机飞行至输电线路杆塔附近，通过回传画面确定杆塔高度a，收回飞行器，更换一块新电池准备下一架次的自动飞行。第三步，加载之前ugcs控制软件规划完成的航线，根据测得输电线路塔高数据a，然后依次对9个航路点无人机离地面之上高度（a+180米）飞行、飞行速度（5.6m/s）、相机自动拍摄间隔（3秒）时间、相机倾斜角度（90°）进行设定；完成自动飞行所有参数设定，接着点击操作界面数据上传按钮将修改完成的飞行计划上传至手机端，待数据上传完成（手机端提升）后点击操作界面起飞按钮，无人机自动起飞，并按设定好的飞行计划自动获取所需的图片数据；待无人机自动飞行完成，切换控制模式，手动控制无人机安全飞回。
附图中所示，用pix4dmapper软件对图片进行处理生成3d模型后，照片生成部分导线处的点云文件时，在无人机飞行数据采集完成、图片信息导入pc机内后，第一步，首先将不同的照片按照类别分组，两输电线路基塔环绕飞行的照片分别存放在pc机的t1和t2文件夹（文件夹名称不能出现中文），输电线路通道的照片全部存放在td文件夹。第二步，在安装并激活pix4dmapper软件的电脑上建立sr和sc两个文件夹，并将t1、t2和td文件夹及其内文件全部复制到sr文件夹；然后在sc文件夹建立以t1、t2、td及rh命名的4个空文件夹，用于存储pix4dmapper软件处理出来的结果。第三步，打开pix4dmapper软件，依次点击pc机操作界面的新项目→命名t1→选择已建立的文件夹为创建位置→点击“下一步→添加图像（全选sr文件夹下t1文件夹内所有照片）→打开→下一步→选择3d模型→开始，完成所有基本设置，点击开始后pix4dmapper软件自动进行图像处理建立3d模型。第四步，重复t1建模的操作步骤，分别对t2和td进行建模，生成对应的3d模型。第五步，经过3次建模，t1、t2、td均完成了单独模型的建立，接下来通过模型融合，将3个模型组合成一个整体；三个模型融合成一个整体时，首先需要手动对两模型共同部分选3个点建立手动连接点（3个不同空间位置的点），在模型上选定点点击pc机鼠标左键，然后通过pc机右侧功能键“新连接点”建立新的手动连接点，最后通过多种细节显示图片的微调，精准选定连接点；对每个连接点进行命名，同一个点的命名需要统一，不同点不能使用同一个名称，这样，手动连接点建立完成，进行数据融合。第六步，数据融合时，点击pc机操作界面的新项目→选择“合并已有项目来创建新项目”→添加t1、t2、td这3个已完成建模的项目，确定处理对象；待软件完成初步数据处理，点击“开始”，及自动进行所有模型的融合，形成一个整体的模型。第七步，最后通过rh文件夹》2_densification》point_cloud的路径提取文件后缀为.las的点云文件。
附图中所示，点云文件生成后，采用手动导线拟合技术，利用pc机内tovospowerline中的导线拟合功能，将导线处点云拟合出来。由于照片只能生成部分导线处的点云，为了使建模效果更加完美，需要利用pc机内tovospowerline中的导线拟合功能，将导线处点云拟合出来。拟合时，在tovospowerline界面中加载上一步提取的las格式的点云，（点云路径：rh文件夹》2_densification》point_cloud），利用操作界面的多点选择按钮，选择导线挂点和中间的导线点，选中点为红色高亮显示。利用操作界面的曲线拟合按钮设置拟合导线点云的点间距，算法根据挂点和中间点的位置，拟合点云数据。上述步骤完成后，即得到清晰、直观的输电线路以及输电线路周围环境的3d模型，从而完成输电线路以及输电线路周围环境的3d建模。
附图中所示，使用pc机内tovospowerline软件进行三维量测工序能得到输电线路和周围环境的树木、建筑物、地形之间的高度及距离。三维量测时，在tovospowerline软件界面中，可以量测任意两点和多点之间的三维距离、显示各类地物之间的最小距离、任意一点到任意类别地物之间的最小距离。第一步，点击操作界面的按钮可以进行任意两点（多点）之间的距离量测，按住pc机的shift建，同时按下鼠标左键选取要量测的两点（多点），即可显示两点（多点）之间的距离。第二步，在操作界面“工具”选项中，选择“计算其他距离”下拉菜单中的“计算最小距离”，选择不同的地物，即可计算任意两类地物之间的最小距离，计算完成后，点击操作界面的确定按键，即可显示“植被”等与“导线”之间的最小距离。第三步，点击操作界面的下拉菜单，设置想要查找的最近点的类别例如“植被”，点击“确定”，按住pc机的shift键，同时鼠标左键选取任意一点，即可计算该点到植被的最近距离。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。