一种输电线分裂模型及方法与流程

本发明涉及利用计算机制图的输电线三维建模领域，具体涉及一种输电线分裂模型及方法。

背景技术：

1、当前经济的迅速发展促使了电力需求的迅猛增长，对电力进行输送的电网质量和安全要求越来越高，对电网线路的安全巡检越来越重要。为了对大规模的电网线路进行高效的巡检，需要对电网线路进行信息化巡检。电网线路信息化巡检的一项重要技术是无人机(unmanned aerial vehicle，uav)激光雷达(light detection and ranging，lidar)系统，该技术能够获取到电网线路目标的三维空间坐标，以对电网线路进行高效率、高精度、低成本的巡检。

2、目前，基于lidar系统获取到的三维点云数据进行电网线路数字化管理的基础是三维数字重建，普遍是将一条输电线作为整体进行三维数字重建，而实际的输电线为抑制电晕放电和线路电抗，一般采用二分裂结构、四分裂结构、ⅷ分裂结构的分裂线，现有未在三维数字重建时考虑分裂导线的建模方式，对电网线路的巡检分析结果存在一定的误差。为解决这个问题，公开号为cn106157361a的专利文献，公开了一种基于lidar点云的多分裂导线全自动三维重建方法，利用输电线路的空间分布特征，基于高程直方图与点云频数初步提取输电线点云；然后通过点云高程直方图自动提取杆塔坐标中心，并将其作为导线分段的依据。接着采用欧几里德空间聚类算法识别并提取单股输电线点云，而后对每一股分裂导线进行局部投影，并对投影聚类进行空间合，最后利用悬链线模型和最小二乘拟合方法完成分裂导线的精细建模。以分裂导线精细建模方法，具有人工干预少、参数设置简单、自适应程度高等特点，弥补了以往输电线路本体建模上的不足，提高了基于机载激光雷达的输电线路巡检作业的自动化程度与精度。

3、但是，在使用现有的三维重建方法进行输电线建模时，因三维点云数据的数据量非常大，且输电线的规模也很大，导致了建模操作的计算量非常大。

技术实现思路

1、本发明意在提供一种输电线分裂方法，以解决现有方法的计算量非常大的问题。

2、本方案中的输电线分裂方法，包括以下步骤：

3、步骤1，直接通过无人机激光雷达采集输电线的三维点云得到原始数据；

4、步骤2，对原始数据自动识别点云数据的点云位置，并提取形成输电线走向路径，对输电线走向路径分段形成分裂区域和边界区域，判断点云位置是否为分裂区域，若是，则基于几何特征特征评价对点云数据中的输电线的电力要素进行提取，得到输电线点云；

5、步骤3，在分裂区域，将该段输电线走向路径在宽度方向上分裂成单根输电线：先从输电线点云中查找两端最高输电线点作为输电线端点进行输电线分档，再根据输电线端点确定端点几何位置，以输电线端点为种子点进行一根输电线的聚类，在同一宽度方向上聚类得到至少一根导线；

6、步骤4，基于步骤3聚类得到的点云和最小二乘法拟合计算，在输电线走向路径的长度方向上，在各个分裂区域段分裂形成多根导线，且相邻的分裂区域段的输电线根数相同，由此得到分裂导线模型。

7、本方案的有益效果是：

8、在进行输电线的模型重建时，先基于点云位置判断分裂区域，初步减少所需分析的数据量；再提取电力要素区分开代表输电线的输电线点云，进一步减少所需分析处理的数据量；最后对输电线点云进行单根导线的聚类和拟合计算，得到分裂导线模型。在降低数据处理量的前提下，将每根输电线在芯线上分裂后，对于输电线的各个芯线定位更清晰精准，利用分裂后的电线模型进行巡检分析更加准确，三维模型更贴合于实际输电线，能够提高后续用于可视化分析展示时的清晰度与真实性。

9、进一步，所述输电线走向路径为与无人机行进方向相比，随着行进方向两者距离变化小于输电线最大宽度的所有点的集合；或者，输电线走向路径为与输电线杆塔确定的预设方向相比，偏移位置距离小于或等于最大宽度的集合。

10、有益效果是：通过对比设置，将输电线点云以外的噪点过滤掉，提高后续基于点云重建输电线模型的精准度。

11、进一步，所述步骤4中，分裂导线模型的建立包括如下子步骤：

12、子步骤4.1，基于聚类后的输电线点云和最小二乘法拟合生成直线模型，基于二元二次方程组建立输电线的在竖直平面下的二维曲线模型，通过最小二乘法拟合得到输电线在各个分裂区域段的横截面圆模型；

13、子步骤4.2，对点云坐标系与横截面坐标系进行转换，获取分裂导线的横截面半径，依据输电线输电规模等级确定导线分裂的数目；

14、子步骤4.3，将直线模型和曲线模型拟合得到的输电线点作为输电线的横截面圆心，根据对称原理，确定分裂导线横截面圆心数目和分裂导线的圆心坐标。

15、有益效果是：通过设置横截面，以对称原理、横截面圆心和数目进行导线分裂，导线分裂过程更真实，让分裂模型更贴合实际，且计算量更小。

16、进一步，所述步骤4中，根据输电线规模等级对单根导线的横截面直径设置大于或等于预设标准宽度的厚度。

17、有益效果是：通过给点云添加厚度，拟合实际导线宽度，能够让建立的输电线模型更具有真实性。

18、进一步，所述步骤2中，所述分裂区域，为需要对输电线横截面进行检测和呈现，并将输电线细分成由单根导线按照分裂结构组成的线束的在输电线走向路径长度方向上某一长度段的三维点云集合。

19、有益效果是：通过分裂区域的界定，快速锁定需要分析的区域进行分析，巡检速度快，提高后期基于模型进行巡检的准确性，保证输电线下方环境的安全性。

20、进一步，所述步骤2中，所述分裂区域的长度大于或等于一个观察段，所述观察段为分裂输电线在其走向路径上的最小长度段单位，所述观察段的长度为根据输电线杆塔的间距设置得到。

21、有益效果是：对分裂区域中观察段的设定，能够对危险风险段进行重点巡检，以快速发现风险因素。

22、进一步，所述步骤2中，判断分裂区域在输电线走向路径上所处的位置段，所述位置段包括直线段、高危段和弧形下垂段；

23、当分裂区域处于直线段时，所述观察段的长度为小于或等于输电线杆塔间距的十五分之一；

24、当分裂区域处于高危段时，一个分裂区域的观察段数量大于或等于所处高危段的高危点个数；

25、当分裂区域处于弧形下垂段时，所述观察段的长度为输电线杆塔间距的0.08倍至0.2倍。

26、有益效果是：针对输电线上不同的危险情况段落，设置不同的观察段长度，能够更灵活地进行巡检。

27、进一步，所述对单根导线的横截面直径设置厚度的过程为，在构建完成分裂导线模型后，根据导线的实际直径活点云拟合宽度，设置横截面拟合圆的半径。

28、有益效果是：因拟合的分裂导线模型的横截面是具备半径的圆，符合真实线缆状态，提高所得分裂导线模型的真实性。

29、输电线分裂模型，按照上述输电线分裂方法得到的分裂导线模型，所述分裂导线模型包括：直线模型、曲线模型和横截面圆模型：

30、所述直线模型为，l(a,b):y＝ax+b；

31、所述曲线模型为，

32、所述横截面圆模型为，

33、所述横截面圆模型为在输电线走向路径的某一长度方向区域段中将一个整体截面根据点云数据分布密度自动划分成多个截面分裂区，在每个截面分裂区提取出单根导线纵截面；单根导线中截面的直径大于或等于预设标准宽度，所述预设标准宽度包括多种种类，根据输电线的输电规模等级自动选定预设标准宽度。