一种电网树障检测方法与流程

本发明涉及电网巡检领域，特别是涉及一种电网树障检测方法。

背景技术

架空输电电网多处于山区，巡检人员经常遇到树障问题。树障对电网线路的安全运行造成危害，比如使线路跳闸，甚至使线路断裂或者杆塔倒塌，造成较大面积的停电。

目前的树障查找手段主要靠人工肉眼判断或者激光点云数据分析，肉眼判断有很大的可能性造成判断错误，而激光点云数据采集设备昂贵，数据分析难度大，对技术人员要求高，因此，需要一套操作简单，处理方便的方法，能够得出缺陷和位置点。

技术实现要素：

基于此，本发明的目的在于，提供一种电网树障检测方法，其基于点云技术和立体测图技术，具有操作简单、处理方便并且降低了树障隐患防范的技术经济门槛的优点。

一种电网树障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取电网所在地面的影像；

将所述地面的影像转换为对应地面的三维点云；

模拟出地面上的导线真实状态下的导线模型；

计算所述三维点云到所述导线模型上各点的距离；

比较设置的线树安全距离标准与所述距离，筛选出不符合安全距离标准的缺陷点。

本发明所述的一种电网树障检测方法，具有简化树障查找操作流程、对树障的查找和缺陷分析结果精确和降低树障巡检的经济成本和技术门槛的技术效果。

进一步地，所述获取电网所在地面的影像，是利用固定翼或多旋翼无人机搭载相机对电网所在地面进行拍摄获取图片影像。

进一步地，所述的将所述地面的影像转换为对应地面三维点云，包括以下步骤：

对所述影像进行匹配转点，其中，所述匹配转点是将航带内和航带间相邻影像特征点提取和特征点匹配，从而得到足够多的同名点，所述同名点是地面上同一个点在不同影像上的成像点；

对所述影像进行平差解算，其中，所述平差解算是将输入的所述影像的内参数和外参数粗略值和所述匹配转点得到的同名点坐标，所述内参数包括相机焦距、像元大小和畸变，所述外参数包括相影像拍摄时刻的空间位置和姿态，所述利用共线方程进行反复迭代计算，解算出每张影像的最佳内外参数和大量同名点的对应的地面点坐标；

处理所述影像的最佳内外参数和所述大量同名点坐标，得到所述地面三维点云。

进一步地，所述处理所述影像的最佳内外参数和所述大量同名点坐标，得到所述地面三维点云，是采用逐像素密集匹配的方法。

进一步地，所述模拟出地面上的导线真实状态下的导线模型，是利用共线方程和悬链线公式来模拟出真实状态下所述导线的导线位置和弧垂状态。

进一步地，在所述把设置的线树安全距离标准与所述距离比较，得到不符合安全距离标准的缺陷点的步骤之前，包括对所述点云分类，点云分类的类别包括地形、植被、杆塔、导线。

对点云分类可以更好地识别地面上不同类型的物体，方便在点云中找到所述导线位置并比较距离。

进一步地，在所述把设置的线树安全距离标准与所述距离比较，得到不符合安全距离标准的缺陷点的步骤之前，包括人工删除点云噪点。

所述人工删除点云噪点可消除输电导线中离群的三维点云，减少对输电导线断面图绘制无用点的干扰，提高点云后期处理的精度等。

进一步地，包括对所述缺陷点的信息进行判断，如果正确，将所述缺陷点的信息收集到一份报告中，形成树障检测报告。

所述树障检测报告可直观地指出存在的缺陷点，有利于快速有效地排查缺陷点带来的风险。

一种计算机可读储存介质，其上储存有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的一种电网树障检测方法的步骤。

一种计算机设备，包括储存器、处理器以及储存在所述储存器中并可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述的一种电网树障检测方法的步骤。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为电网树障检测方法流程图；

图2为影像转换为点云流程图；

图3为无人机成像原理示意图；

图4为空间坐标原理示意图；

图5为核线原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明进行进一步详细的说明。

如附图1所示，本发明的一种电网树障检测方法，包括以下步骤：

s101获取电网所在地面的影像；

地面影像的获得来源可以是可见光数据源，比如固定翼、多旋翼等无人机搭载普通可见光相机所摄取影像，或者直升机和大型固定翼等有人机等搭载专业量测相机所摄取的照片。利用无人机拍摄影像时，为保证拍摄作业覆盖足够的地面区域，无人机需要在规划的区域内按照一定规则飞行，同时飞行器上的相机按照一定规则拍照，实现多张影像解析。

s102将所述地面的影像转换为对应地面的三维点云；

所述点云，为在逆向工程中通过测量仪器得到的产品外观表面的点数据集合。通常使用三维坐标测量机所得到的点数量比较少，点与点的间距也比较大，叫稀疏点云；而使用三维激光扫描仪或照相式扫描仪得到的点云，点数量比较大并且比较密集，叫密集点云。

在本实施例中，所述点云为密集点云。

如附图2所示，将所述地面的影像转换为对应地面的三维点云包括以下步骤：

s201对所述影像进行匹配转点；

其中，所述匹配转点是将航带内和航带间相邻影像特征点提取和特征点匹配，从而得到足够多的同名点，所述同名点是地面上同一个点在不同影像上的成像点；

s202对所述影像进行平差解算；

其中，所述平差解算是将输入的所述影像的内参数和外参数粗略值和所述匹配转点得到的同名点坐标，所述内参数包括相机焦距、像元大小和畸变，所述外参数包括相影像拍摄时刻的空间位置和姿态，所述利用共线方程进行反复迭代计算，解算出每张影像的最佳内外参数和大量同名点的对应的地面点坐标；

s203处理所述影像的最佳内外参数和所述大量同名点坐标，得到所述地面三维点云。

将得到的点云数据整合得到一个工程文件。

s103模拟出地面上的导线真实状态下的导线模型；

其中，所述导线为电网的电力传输导线。

如附图3所示，其中，s代表所述无人机的航摄仪，a代表地面上某一点，a代表a在航摄仪上的影像。根据无人机照片的成像原理，地面物体通过光线投影到影像上，满足中心投影原理。因此可以通过共线方程描述地面物体坐标到影像像素的坐标转换关系，共线方程如下：

p矩阵由影像的内参数和外参数构成。内参数是指相机焦距、像元大小和畸变；外参数是指相影像拍摄时刻的空间位置和姿态。

如附图4所示，其中，s1和s2分别代表所述无人机的航摄仪在两个不同位置，a代表地面上某一点，a1和a2分别代表a在s1和s2上的影像。为了能够提取处物体的空间坐标，采用双像解析方式，即地面物体分别投影到两张影像上的像素点与地面物体满足空间共面条件。因此在两张影像内外参数已知情况下，通过两张影像上的同名点像素坐标可解算出地面物体空间坐标。物体的空间坐标计算公式如下：

m矩阵由两张影像的内参数和外参数构成。

如附图5所示，a为地面上某一点，s1和s2为所述无人机的航摄仪在不同位置和a的连线上的同一个位置。物体分别投影到两张影像上的像素点与地面物体三点构成的面称为核面，核面与两张影像相交，得到的线称为核线，两条核线为同名核线。核线上任意一个点在相邻影像上的同名点，一定在对应的同名核线上，该该原理类似于人眼双目观测立体。在两张影像内外参数已知的情况下，可重采样出核线影像。

当在一段导线上测量了3个或3个以上的点后，即可根据近似悬链线公式对导线进行拟合，得到导线连续的空间三维坐标。悬链线公式如下：

y'＝ax'-4kbx'×(l-x')

其中，x'为导线上点的x轴坐标，y'为导线上点的y轴坐标，l为导线两个端点的x轴距离，a、k、b为常数。

拟合出来的导线作为导线模型。

s104计算所述三维点云到所述导线模型上各点的距离；

s105将设置的线树安全距离标准与所述距离比较，得到不符合安全距离标准的缺陷点。

获取地面各点到导线的距离，再根据设置的线树安全距离标准，获取不同等级的缺陷点，以及缺陷点的线树水平距离、垂直距离、净空距离，以及缺陷点的位置范围、距小号杆塔的距离，并且可以预览缺陷点在航拍影像上的位置。

在本实施例中，所述线树安全距离标准和所述缺陷点的标准均为基于南网/国网标准。

在一个实施例中，本发明在所述把设置的线树安全距离标准与所述距离比较，得到不符合安全距离标准的缺陷点的步骤之前，包括对所述点云分类。

所述点云分类，用于标记地面点云，以及删除噪点。点云分类的类别包括地形、植被、杆塔、导线。所述点云分类包括点刷子涂抹点云分类、划线对线上或线下的点分类、框选区域点云分类和多边形区域点云分类四种，以满足不同的工程需求。

在另一个实施例中，本发明在所述把设置的线树安全距离标准与所述距离比较，得到不符合安全距离标准的缺陷点的步骤之前，包括人工删除点云噪点。

所述人工删除点云噪点可消除输电导线中离群的三维点云，减少对输电导线断面图绘制无用点的干扰，提高点云后期处理的精度等。

在另一个实施例中，本发明包括对所述缺陷点的信息进行判断，如果正确，将所述缺陷点的信息收集到一份报告中，形成树障检测报告。

所述树障检测报告可直观地指出存在的缺陷点，有利于快速有效地排查缺陷点带来的风险。

所述树障检测报告包括危险分析。所述危险分析基于已经拟合的导线模型和分类的点云对导线进行对地安全距离分析。同时可在剖面窗口中咬合拾取点云点和拟合的导线上最近点，并多次连续量测。

本发明还包括一种计算机可读储存介质，其上储存有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的一种电网树障检测方法的步骤。

本发明一种计算机设备，包括储存器、处理器以及储存在所述储存器中并可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述的一种电网树障检测方法的步骤。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。