基于激光点云全要素模型库的输电线路杆塔及其实现方法与流程

本申请涉及输电线路建设领域，特别是涉及基于激光点云全要素模型库的输电线路杆塔及其实现方法。

背景技术：

近年来，随着我国经济迅猛发展，各行各业对电能的需求不断提升，电网规模不断扩大，线路规范化、精益化管理要求也越来越高。一般而言，架空输电线路距离较长，走廊通道环境复杂多样，与地理空间位置密切相关，特别在垂直方向上的层次信息尤为重要。而基于二维视觉效果的运维管理手段在空间表达和分析能力上具有一定的局限性，已无法满足电网运维部门对输电线路规范化、精益化管理的要求。

架空输电线路走廊由输电线、杆塔以及周边的地物、地貌等多种要素组成。在电网精细化、智能化管理的趋势下，电力杆塔的设计及建设也需要考虑这些要素。电力杆塔亦称输电线路杆塔，是用来支撑和架空导线、避雷线和其他附件的塔架结构，使得导线与导线、导线与杆塔、导线与避雷线之间、导线对地面或交叉跨越物保持规定的安全距离的高耸式结构。按其形状一般分为：酒杯型、猫头型、上字型、干字型和桶型五种，按用途分有：耐张塔、直线塔、转角塔、换位塔(更换导线相位位置塔)、终端塔和跨越塔等。目前，架空输电线路三维建模的主要方法有：基于二维图纸的建模法、基于激光扫描的建模法、基于航测的建模法。不同建模方法的原理、效率、精细度、成本、数据量大小、地理精度等有所区别。

基于二维图纸的建模法是利用现有输电线路设计、施工、竣工阶段二维、符号化的成品图快换为架空输电线路三维模型是目前电网三维信息化较为常见的技术手段。其特征是在二维cad等平台中设计完成后，利用三维建模软件或者参数驱动程序构建三维电网设备及其场景。这种方法专业性强、工作量大且费时费力，且建立模型难度大，人力成本、时间成本大。

激光雷达扫描技术是一种“实景再现”技术，利用无人机搭载激光雷达进行三维激光点云的获取，后期利用相关点云处理技术进行三维建模，这种方法较第一种方法工作量相对减少且获取数据全面，但是由于输电线路杆塔塔形较多，输电线路每种塔形的每一基杆塔都需要利用无人机进行点云数据(pointclouddata)采集，这种重复采集以及后期数据的重复处理过程，也会增加杆塔三维建模的工作量及成本投入，降低工作效率。

采用倾斜摄影技术构建线路走廊通道非单体化的三维模型。该技术通过摄影测量原理对获得的倾斜影像数据进行几何处理、多视匹配、三角网构建、自动赋予纹理等步骤，最终得到三维模型。这种方法建立的三维模型，模型表现不够精细，且在实际的生产处理过程中，受无人机等设备、大气环境及软件算法的影响，实际模型会有一定的畸变和错误，引起视觉误差和应用障碍。

在设计实现中，基于二维图纸的cad建模法由于需要利用计算说明书，所以仅适用于新建的线路，同时因为模型精细度非常高，产生的数据量也较大，大批量数据在gis平台中运行较卡，且模型建立专业性强，需要大量的人力和时间投入。基于激光扫描的建模法需对不同杆塔进行重复的激光点云数据采集和数据后处理，耗费成本大，工作量繁重。倾斜摄影法建立的三维模型表现不够精细，且在实际的生产处理过程中，受无人机等设备、大气环境及软件算法的影响，实际模型会有一定的畸变和错误，引起视觉误差和应用障碍。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种基于激光点云全要素模型库的输电线路杆塔及其实现方法。

一种基于激光点云全要素模型库的输电线路杆塔实现方法，其包括以下步骤：采集输电线路杆塔激光点云数据，建立杆塔激光点云组件模型库；根据所述杆塔激光点云组件模型库、待建输电线路杆塔及其位置信息，建立杆塔三维模型；根据所述杆塔三维模型构建输电线路杆塔。

上述输电线路杆塔实现方法，适用于任何输电线路，无需专业人士即可完成建模，在保留了传统激光扫描建模方法的高精度的同时，减少了数据重复采集和重复处理的过程，降低了输电线路杆塔建模的成本投入，整体上提高了输电线路杆塔三维建模的效率；杆塔三维模型表现精细，模型精度高，且不会受设备、大气环境等影响产生畸变。

进一步地，在其中一个实施例中，所述杆塔激光点云数据覆盖所有可用的塔头类型和塔脚类型。

进一步地，在其中一个实施例中，根据输电走廊环境要素确定待建输电线路杆塔及其位置信息，根据所述杆塔激光点云组件模型库、待建输电线路杆塔及其位置信息，建立杆塔三维模型。

在其中一个实施例中，采集输电线路杆塔激光点云数据，包括：采用无人机搭载机载激光雷达采集输电线路杆塔激光点云数据。

在其中一个实施例中，采集杆塔激光点云数据之后，所述输电线路杆塔实现方法还包括步骤：对所述杆塔激光点云数据进行预处理。

在其中一个实施例中，建立杆塔激光点云组件模型库之后，所述输电线路杆塔实现方法还包括步骤：增补或修改所述杆塔激光点云组件模型库。

在其中一个实施例中，根据所述杆塔三维模型构建输电线路杆塔之前，所述输电线路杆塔实现方法还包括步骤：根据环境要素验证所述杆塔三维模型。

在其中一个实施例中，根据环境要素验证所述杆塔三维模型之后，所述输电线路杆塔实现方法还包括步骤：根据验证结果调整所述杆塔三维模型。

在其中一个实施例中，采集输电线路杆塔激光点云数据，建立杆塔激光点云组件模型库，具体包括以下步骤：采用无人机搭载机载激光雷达采集输电线路杆塔激光点云数据；对所述杆塔激光点云数据进行预处理；对所述杆塔激光点云数据进行分割，得到各种塔形杆塔的塔头组件及塔脚组件；基于所述杆塔激光点云数据，分别建立塔头激光点云模型库及塔脚激光点云模型库；调整所述塔头激光点云模型库中的各所述塔头组件及所述塔脚激光点云模型库中的各所述塔脚组件，用于使各所述塔头组件与各所述塔脚组件匹配连接。

进一步地，在其中一个实施例中，所述塔头激光点云模型库及所述塔脚激光点云模型库覆盖所有可用的塔头类型和塔脚类型。

进一步地，在其中一个实施例中，对不同组件即各所述塔头组件与各所述塔脚组件进行连接点设置并记录其相对空间位置，以使建模时各所述塔头组件与各所述塔脚组件相互无缝拼接。

在其中一个实施例中，根据所述杆塔激光点云组件模型库、待建输电线路杆塔及其位置信息，建立杆塔三维模型，具体包括以下步骤：根据所述待建输电线路杆塔，选择杆塔类型；根据所选择的杆塔类型，从所述杆塔激光点云组件模型库选择塔头组件，且设定杆塔参数；根据所述杆塔参数，从所述杆塔激光点云组件模型库选择塔脚组件；拼接所述塔头组件与所述塔脚组件，形成所述杆塔三维模型；根据所述待建输电线路杆塔的位置信息，调整所述杆塔三维模型。

在其中一个实施例中，所述输电线路杆塔实现方法具体包括以下步骤：

采用无人机搭载机载激光雷达采集输电线路杆塔激光点云数据；

对所述杆塔激光点云数据进行预处理；

对所述杆塔激光点云数据进行分割，得到各种塔形杆塔的塔头组件及塔脚组件；

基于所述杆塔激光点云数据，分别建立塔头激光点云模型库及塔脚激光点云模型库，所述塔头激光点云模型库及所述塔脚激光点云模型库覆盖所有可用的塔头类型和塔脚类型；其中，分别对各所述塔头组件与各所述塔脚组件进行连接点设置并记录其相对空间位置，以使建模时各所述塔头组件与各所述塔脚组件相互无缝拼接；

调整所述塔头激光点云模型库中的各所述塔头组件及所述塔脚激光点云模型库中的各所述塔脚组件，用于使各所述塔头组件与各所述塔脚组件匹配连接；

根据所述待建输电线路杆塔，选择杆塔类型；

根据所选择的杆塔类型，从所述杆塔激光点云组件模型库选择塔头组件，且设定杆塔参数；

根据所述杆塔参数，从所述杆塔激光点云组件模型库选择塔脚组件；

拼接所述塔头组件与所述塔脚组件，形成所述杆塔三维模型；

根据所述待建输电线路杆塔的位置信息，调整所述杆塔三维模型；

根据所述杆塔三维模型构建输电线路杆塔。

上述输电线路杆塔实现方法，将输电线路杆塔模型分为塔脚及塔头两部分，基于杆塔激光点云数据，分别对塔头和塔脚进行激光点云模型库的建立和模型库组织管理，且通过对组件模型库中的不同类型组件进行连接关系详细定义，设置并记录不同组件连接点的相对空间位置，以保证后续建模时保证塔头和塔脚组件能够实现无缝拼接；实现了组件的灵活组装拼接，避免了后续建模时数据重复采集和处理，整体提高了杆塔三维建模效率及输电线路杆塔构建效率，节省了三维建模成本及输电线路杆塔构建成本。

一种基于激光点云全要素模型库的输电线路杆塔，其采用任一项所述输电线路杆塔实现方法构建得到。

附图说明

图1为本申请一实施例的流程示意图。

图2为本申请另一实施例的流程示意图。

图3为本申请另一实施例的塔头组件模型示意图。

图4为本申请另一实施例的塔头组件模型示意图。

图5为本申请另一实施例的塔脚组件模型示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请的一个实施例是，如图1所示，一种基于激光点云全要素模型库的输电线路杆塔实现方法，其包括以下步骤：采集输电线路杆塔激光点云数据，建立杆塔激光点云组件模型库；根据所述杆塔激光点云组件模型库、待建输电线路杆塔及其位置信息，建立杆塔三维模型；根据所述杆塔三维模型构建输电线路杆塔。上述输电线路杆塔实现方法，适用于任何输电线路，无需专业人士即可完成建模，在保留了传统激光扫描建模方法的高精度的同时，减少了数据重复采集和重复处理的过程，降低了输电线路杆塔建模的成本投入，整体上提高了输电线路杆塔三维建模的效率；杆塔三维模型表现精细，模型精度高，且不会受设备、大气环境等影响产生畸变。

在本申请一个实施例中，一种基于激光点云全要素模型库的输电线路杆塔实现方法，其包括以下实施例的部分步骤或全部步骤；即，所述输电线路杆塔实现方法包括以下的部分技术特征或全部技术特征。

在其中一个实施例中，采集输电线路杆塔激光点云数据，建立杆塔激光点云组件模型库；由于所有输电线路杆塔的设计和建造都必须严格参考特定的杆塔类型标准，而且绝大多数杆塔的塔脚和同类杆塔的塔头都具有极高的相似性，因此在杆塔的建模过程中存在大量的可复用组件，如果对这些组件进行分解构建组件模型库，再对其进行灵活组装，则可实现杆塔的组件式建模，从而在保留了传统激光扫描建模方法的高精度的同时，极大地提升输电线路杆塔三维建模的效率，进而极大地提升输电线路杆塔的建设效率。且杆塔三维模型表现精细，模型精度高，且不会受设备、大气环境等影响产生畸变。进一步地，在其中一个实施例中，所述杆塔激光点云数据覆盖所有可用的塔头类型和塔脚类型。在其中一个实施例中，采集输电线路杆塔激光点云数据，包括：采用无人机搭载机载激光雷达采集输电线路杆塔激光点云数据。在其中一个实施例中，一种基于激光点云全要素模型库的输电线路杆塔实现方法，其包括以下步骤：采用无人机搭载机载激光雷达采集输电线路杆塔激光点云数据，建立杆塔激光点云组件模型库；根据所述杆塔激光点云组件模型库、待建输电线路杆塔及其位置信息，建立杆塔三维模型；根据所述杆塔三维模型构建输电线路杆塔；其余实施例以此类推。在其中一个实施例中，采集杆塔激光点云数据之后，所述输电线路杆塔实现方法还包括步骤：对所述杆塔激光点云数据进行预处理。在其中一个实施例中，采集输电线路杆塔激光点云数据，包括：采用无人机搭载机载激光雷达采集输电线路杆塔激光点云数据。在其中一个实施例中，一种基于激光点云全要素模型库的输电线路杆塔实现方法，其包括以下步骤：采用无人机搭载机载激光雷达采集输电线路杆塔激光点云数据，对所述杆塔激光点云数据进行预处理，建立杆塔激光点云组件模型库；根据所述杆塔激光点云组件模型库、待建输电线路杆塔及其位置信息，建立杆塔三维模型；根据所述杆塔三维模型构建输电线路杆塔；其余实施例以此类推。这样的设计，有利于得到质量较好的点云数据，从而有利于配合后面的建立杆塔激光点云组件模型库步骤，得到质量更好的组件模型，其中，所述组件模型包括塔头组件模型及塔脚组件模型。

在其中一个实施例中，采集输电线路杆塔激光点云数据，建立杆塔激光点云组件模型库，具体包括以下步骤：采用无人机搭载机载激光雷达采集输电线路杆塔激光点云数据；对所述杆塔激光点云数据进行预处理；对所述杆塔激光点云数据进行分割，得到各种塔形杆塔的塔头组件及塔脚组件；基于所述杆塔激光点云数据，分别建立塔头激光点云模型库及塔脚激光点云模型库；其中，所述塔头激光点云中模型库具有多个塔头组件模型亦可简称为塔头组件，所述塔脚激光点云中模型库具有多个塔脚组件模型亦可简称为塔脚组件；调整所述塔头激光点云模型库中的各所述塔头组件及所述塔脚激光点云模型库中的各所述塔脚组件，用于使各所述塔头组件与各所述塔脚组件匹配连接。在其中一个实施例中，塔头组件模型如图3所示；在其中一个实施例中，塔头组件模型如图4所示，在其中一个实施例中，塔脚组件模型如图5所示。进一步地，在其中一个实施例中，所述塔头激光点云模型库及所述塔脚激光点云模型库覆盖所有可用的塔头类型和塔脚类型。进一步地，在其中一个实施例中，对不同组件即各所述塔头组件与各所述塔脚组件进行连接点设置并记录其相对空间位置，以使建模时各所述塔头组件与各所述塔脚组件相互无缝拼接。在其中一个实施例中，调整所述塔头激光点云模型库中的各所述塔头组件及所述塔脚激光点云模型库中的各所述塔脚组件，用于使各所述塔头组件与各所述塔脚组件匹配连接，包括：对各所述塔头组件与各所述塔脚组件进行连接点设置并记录其相对空间位置，以使建模时各所述塔头组件与各所述塔脚组件相互无缝拼接；及/或，调整各所述塔头组件与各所述塔脚组件的连接点位置并记录其相对空间位置，以使建模时各所述塔头组件与各所述塔脚组件相互无缝拼接。这样的设计，有利于提供实用而且好用的杆塔激光点云组件模型库，能够实现塔头组件与塔脚组件的快速拼接，在保留了传统激光扫描建模方法的高精度的同时，减少了数据重复采集和重复处理的过程，整体上提高了输电线路杆塔三维建模的效率。下面继续给出一个实例说明如何建立输电线路杆塔激光点云组件模型库，即建立所述杆塔激光点云组件模型库；首先，采用无人机搭载机载激光雷达采集输电线路杆塔的点云数据，要求覆盖不同的塔头和塔脚类型；其次，对采集的输电线路杆塔激光点云数据进行预处理，得到质量较好的点云数据；再次，对输电线路杆塔整体激光点云数据进行分割，得到不同塔形杆塔的塔头和塔脚各组件；然后，将输电线路杆塔模型分为塔脚和塔头2大部分，分别对其进行激光点云模型库的建立和模型库组织管理；最后，对组件模型库中的不同类型组件进行连接关系详细定义，即对不同组件进行连接点设置并记录其相对空间位置，以保证后续建模时保证塔头和塔脚组件能够实现无缝拼接。这样的设计，适用于任何输电线路，采集数据之后的处理工作大部分可在计算机中自动完成，仅需极少量的人工干预，无需专业人士即可完成建模，模型表现精细，模型精度高，且不会受设备、大气环境等影响产生畸变，且在保留了传统激光扫描建模方法的高精度的同时，减少了数据重复采集和重复处理的过程，降低了输电线路杆塔建模的成本投入；采用激光点云全要素组件模型库的方式建模，且建模过程大部分在计算机中完成，极少人工干预，整体上提高了输电线路杆塔三维建模的效率。

在其中一个实施例中，建立杆塔激光点云组件模型库之后，所述输电线路杆塔实现方法还包括步骤：增补或修改所述杆塔激光点云组件模型库。这样的设计，可以根据技术变化或发展，有效地调整所述杆塔激光点云组件模型库，从而实现与时俱进，适用范围更广。

在其中一个实施例中，根据所述杆塔激光点云组件模型库、待建输电线路杆塔及其位置信息，建立杆塔三维模型；进一步地，在其中一个实施例中，根据输电走廊环境要素确定待建输电线路杆塔及其位置信息，根据所述杆塔激光点云组件模型库、待建输电线路杆塔及其位置信息，建立杆塔三维模型。在其中一个实施例中，所述输电走廊环境要素包括输电线、杆塔自身要求、杆塔周边的地物、杆塔周边的地貌等要素。这样可以避免得到的杆塔三维模型不符合实际情况而导致不堪使用乃至于发生安全事故。

在其中一个实施例中，根据所述杆塔激光点云组件模型库、待建输电线路杆塔及其位置信息，建立杆塔三维模型，具体包括以下步骤：根据所述待建输电线路杆塔，选择杆塔类型；根据所选择的杆塔类型，从所述杆塔激光点云组件模型库选择塔头组件，且设定杆塔参数；根据所述杆塔参数，从所述杆塔激光点云组件模型库选择塔脚组件；拼接所述塔头组件与所述塔脚组件，形成所述杆塔三维模型；根据所述待建输电线路杆塔的位置信息，调整所述杆塔三维模型。下面继续给出一个实例说明如何建立杆塔三维模型，首先，根据需要建立模型的输电线路杆塔，选择合适的杆塔类型；其次，根据确定的杆塔类型，在创建的组件模型库中查找该类型杆塔所对应的塔头，并对杆塔参数进行设定；再次，根据设定的杆塔整体高度等参数，从塔脚模型库中选择特定尺寸的塔脚组件；然后，根据塔头和塔脚组件之间的连接关系，将塔头和塔脚激光点云组件拼接，完成杆塔三维模型的构建；最后，模型拼接建立完成后，需要根据建模杆塔实际所在位置信息，对三维模型的坐标和方向进行调整。这样的设计，采用基于激光点云数据的组件式建模方法，将输电线路杆塔模型分为塔脚和塔头2大部分，基于杆塔激光点云数据，分别对塔头和塔脚进行激光点云模型库的建立和模型库组织管理；对组件模型库中的不同类型组件进行连接关系详细定义，设置并记录不同组件连接点的相对空间位置，以保证后续建模时保证塔头和塔脚组件能够实现无缝拼接；建立输电线路杆塔不同组件模型库，实现组件的灵活组装拼接，避免了后续建模时数据重复采集和处理，整体提高了杆塔三维建模效率，节省了三维建模成本。

在其中一个实施例中，根据所述杆塔三维模型构建输电线路杆塔。进一步地，在其中一个实施例中，根据输电走廊环境要素调整杆塔三维模型，根据所述杆塔三维模型构建输电线路杆塔。在其中一个实施例中，根据所述杆塔三维模型构建输电线路杆塔之前，所述输电线路杆塔实现方法还包括步骤：根据环境要素验证所述杆塔三维模型。在其中一个实施例中，根据环境要素验证所述杆塔三维模型之后，所述输电线路杆塔实现方法还包括步骤：根据验证结果调整所述杆塔三维模型。这样的设计，有利于所述杆塔三维模型更为切实地符合实际环境要求，准确且有效地满足了实际建设的需求。

如图2所示，在其中一个实施例中，所述输电线路杆塔实现方法具体包括以下步骤：采用无人机搭载机载激光雷达采集输电线路杆塔激光点云数据；对所述杆塔激光点云数据进行预处理；对所述杆塔激光点云数据进行分割，得到各种塔形杆塔的塔头组件及塔脚组件；基于所述杆塔激光点云数据，分别建立塔头激光点云模型库及塔脚激光点云模型库，所述塔头激光点云模型库及所述塔脚激光点云模型库覆盖所有可用的塔头类型和塔脚类型；其中，分别对各所述塔头组件与各所述塔脚组件进行连接点设置并记录其相对空间位置，以使建模时各所述塔头组件与各所述塔脚组件相互无缝拼接；调整所述塔头激光点云模型库中的各所述塔头组件及所述塔脚激光点云模型库中的各所述塔脚组件，用于使各所述塔头组件与各所述塔脚组件匹配连接；根据所述待建输电线路杆塔，选择杆塔类型；根据所选择的杆塔类型，从所述杆塔激光点云组件模型库选择塔头组件，且设定杆塔参数；根据所述杆塔参数，从所述杆塔激光点云组件模型库选择塔脚组件；拼接所述塔头组件与所述塔脚组件，形成所述杆塔三维模型；根据所述待建输电线路杆塔的位置信息，调整所述杆塔三维模型；根据所述杆塔三维模型构建输电线路杆塔。上述输电线路杆塔实现方法，将输电线路杆塔模型分为塔脚及塔头两部分，基于杆塔激光点云数据，分别对塔头和塔脚进行激光点云模型库的建立和模型库组织管理，且通过对组件模型库中的不同类型组件进行连接关系详细定义，设置并记录不同组件连接点的相对空间位置，以保证后续建模时保证塔头和塔脚组件能够实现无缝拼接；实现了组件的灵活组装拼接，避免了后续建模时数据重复采集和处理，整体提高了杆塔三维建模效率及输电线路杆塔构建效率，节省了三维建模成本及输电线路杆塔构建成本。

一种基于激光点云全要素模型库的输电线路杆塔，其采用任一实施例所述输电线路杆塔实现方法构建得到，这样的输电线路杆塔，具有设计快捷的优点，能够迅速实现建设，且配合组件化的塔脚及塔头，极大地缩减了输电线路杆塔的建设时间，节省了三维建模成本及输电线路杆塔构建成本。

需要说明的是，本申请的其它实施例还包括，上述各实施例中的技术特征相互组合所形成的、能够实施的基于激光点云全要素模型库的输电线路杆塔及其实现方法。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的专利保护范围应以所附权利要求为准。