CN110727288A - 一种基于点云的电力巡检精准三维航线规划方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于点云的电力巡检精准三维航线规划方法,步骤如下:(1)处理原始点云数据,将点云数据中的电力杆塔区域截取出来;(2)根据截取出来的杆塔,每一基进行单独处理,通过卷积神经网络深度学习算法,将点云中的内容进行图像识别,自动标记出电力部件的位置;(3)根据标记好的电力部件设计每一基塔的绕塔巡检航线;(4)整条线路的杆塔航线规划完成后,根据任务需求进行航线拼装,拼装完成后将完整线路航线和全线路点云叠加,进行基于地形图的三维全局航线预览。本发明使用点云进行三维航迹规划,利用点云空间精度高的特点规划出高精度的绕塔巡检航线,可以控制无人机进行无需人工干预的自动驾驶巡检工作,降低了人力操作的技术要求。

Description

一种基于点云的电力巡检精准三维航线规划方法
技术领域
本发明属于电力***生产运维技术领域,具体涉及一种基于点云的电力巡检精准三维航线规划方法。
背景技术
在电力生产运维时,需要定期对电力线路杆塔进行主网和配网的精细化巡检,对变电站在地面看不到的关键位置和表计进行查看。利用无人机飞行到电力杆塔周围,围绕杆塔拍摄地线挂点,绝缘子,跳线串等电力部件的清晰照片,在变电站电力构架之间穿梭,拍摄顶部和表计的清晰照片,通过对照片的检查发现电力部件的缺陷或隐患,从而进行维护和消缺,为电力线路的运行安全提供安全保障。
目前,对电力线路的无人机巡检基本处于人工操作的方式,需要有一定无人机驾驶经验的驾驶员,启动无人机遥控飞到电力杆塔位置,通过手动遥控无人机的前进、后退、上下,旋转,到达拍摄目标前方后,调整镜头角度,使目标处于取景框的合适位置,然后按下拍照按钮完成拍照操作,巡检作业完成后操作飞机返回起飞点,降落,结束任务。
但是人工操作巡检的方法存在诸多问题,人工操作无人机巡检对于人员的技术要求较高,甚至需要一定的资质,在现有的电力线路运维人员中全面推广比较困难,另外,巡检人员控制飞机不能以最短距离,最优经济续航速度到达杆塔,在拍摄目标时还需要反复调整飞机姿态,以对准目标,这就造成了电池的浪费,而且拍摄的照片效果不佳,因此,现有的手工巡检方式在实际使用中对人工依赖较大,效率低下,造成无人机巡检在电力线路运维中的推广困难,不利于提高电力智能化运营的能力。
发明内容
基于上述现有技术的不足,本发明提供了一种基于点云的电力巡检精准三维航线规划方法,作业过程无需人工干预,自动驾驶巡检工作,降低了人力操作的技术要求。
本发明是通过如下技术方案来实现的。
一种基于点云的电力巡检精准三维航线规划方法,包括如下步骤:
(1)点云处理
处理原始点云数据,将点云数据中的电力杆塔区域截取出来;
(2)电力部件标记
根据截取出来的杆塔,每一基进行单独处理,通过卷积神经网络深度学习算法,将点云中的内容进行图像识别,自动标记出电力部件的位置,人工对标记结果进行审核修改,查缺补漏,保存标记好的电力部件数据;
(3)航线规划
根据标记好的电力部件设计每一基塔的绕塔巡检航线,具体为:
1)首先通过通过摄影原理结合相机的解析度和焦距,反向推算出需要拍摄清楚目标物体飞机应该停留的位置,以及相机应该设置的俯仰角,得到符合条件拍照点集合,每个目标的拍照点集合呈现以目标为圆心的空间球形分布;
2)然后根据杆塔点云和周围环境构建电子围栏,对拍照点进行过滤,去除和杆塔点云冲突或太近容易导致撞塔的拍照点,去除相机俯仰角太小或过大导致照片效果不好的拍照点,去除会导致碰撞周围障碍物的拍照点,留下合理的拍照点集合;
3)待所有目标的拍照点计算出来之后,结合所有拍照点集合,以路径最短为原则,每个目标选取一个拍照点形成一条耗时最短的最优航线,航线规划完成后可以进行塔内航线的三维模拟飞行预览,直观查看飞机使用航线作业的效果;如果发现不合理的地方可以手动修改拍照点位置,或者增加需要拍照的特殊位置;
(4)三维航线预览
整条线路的杆塔航线规划完成后,根据任务需求进行航线拼装,拼装完成后将完整线路航线和全线路点云叠加,进行基于地形图的三维全局航线预览;如果发现航线在整个飞行路径内存在交叉跨越冲突或障碍物冲突的情况,则对航线进行调整,保证飞行作业的安全;航线审核无误后就可以导出,控制无人机进行自动驾驶巡检作业。
较佳地,本发明所述目标物体飞机应该停留的位置参数包括:经度、纬度、高程和航向角。
本发明采用卷积神经网络深度学习算法,通过机器学习对点云进行三维的点云图像识别,匹配对应的电力部件,实现电力部件的自动标记。
有益效果:本发明使用点云进行三维航迹规划,利用点云空间精度高的特点,规划出高精度的绕塔巡检航线,使用该航线可以控制无人机进行无需人工干预的自动驾驶巡检工作,降低了人力操作的技术要求,间接降低了人力成本;根据规划出来的最短路径飞行,可以大大节省时间;通过***控制无人机速度,可以保持动力稳定持续输出,匀速飞行,达到最高能效比,提高作业效率;利用点云设计的航线不受人为因素影响,在设计阶段就可以避开危险区域,并且可以三维可视预览飞行情况,为无人机作业提供最大的安全保障;利用点云设计的拍照点可以保证每个架次拍摄的同一目标照片一致,有利于进行历史比对和机器学习操作。
附图说明
图1为本发明的流程图;
图2为本发明的详细步骤流程图。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的实施例。本发明所提供的一种基于点云的电力巡检精准三维航线规划方法,主要适用于电力生产运维中的电力线路杆塔精细化巡检,但不能以此为限,还可以用于其他相同或相类似的巡检技术中。下面结合说明书附图对本发明作进一步的详细说明。
结合图1、图2所示,一种基于点云的电力巡检精准三维航线规划方法,包括如下步骤:
(1)处理原始点云数据,将点云数据中的电力杆塔区域截取出来;
(2)根据截取出来的杆塔,每一基进行单独处理,通过卷积神经网络深度学习算法,将点云中的内容进行图像识别,自动标记出电力部件的位置,人工对标记结果进行审核修改,查缺补漏,保存标记好的电力部件数据;
(3)根据标记好的电力部件设计每一基塔的绕塔巡检航线,具体为:
1)首先通过通过摄影原理结合相机的解析度和焦距,反向推算出需要拍摄清楚目标物体飞机应该停留的位置,以及相机应该设置的俯仰角,得到符合条件拍照点集合,每个目标的拍照点集合呈现以目标为圆心的空间球形分布;
2)然后根据杆塔点云和周围环境构建电子围栏,对拍照点进行过滤,去除和杆塔点云冲突或太近容易导致撞塔的拍照点,去除相机俯仰角太小或过大导致照片效果不好的拍照点,去除会导致碰撞周围障碍物的拍照点,留下合理的拍照点集合;本发明通过构建点云电子围栏,将飞机不可飞行区、域适合飞行区以以及风险区域进行划分,计算最优航线,并可以保证航线的安全性。
3)待所有目标的拍照点计算出来之后,结合所有拍照点集合,以路径最短为原则,每个目标选取一个拍照点形成一条耗时最短的最优航线,航线规划完成后可以进行塔内航线的三维模拟飞行预览,直观查看飞机使用航线作业的效果;如果发现不合理的地方可以手动修改拍照点位置,或者增加需要拍照的特殊位置;
(4)整条线路的杆塔航线规划完成后,根据任务需求进行航线拼装,拼装完成后将完整线路航线和全线路点云叠加,进行基于地形图的三维全局航线预览;如果发现航线在整个飞行路径内存在交叉跨越冲突或障碍物冲突的情况,则对航线进行调整,保证飞行作业的安全;航线审核无误后就可以导出,控制无人机进行自动驾驶巡检作业。
本方案通过利用激光点云的空间精确性,标记好电力部件的空间位置(经度、纬度、高程和航向角等),通过摄影原理反推目标拍照物对应的拍照点空间位置,飞机航向角,相机角度等参数,生成拍照点,通过计算最优路径得出环绕杆塔拍摄电力部件效率最高的方案,生成用于自动驾驶的三维精细化巡检航线,利用精细化巡检航线控制无人机自动驾驶飞行作业,整个作业过程人工无需干预。
以上所揭露的为本发明的优选实施例,不能以此来限定本发明之权利范围,因此依本发明申请专利范围所作的等同变化,仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (3)

1.一种基于点云的电力巡检精准三维航线规划方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)点云处理
处理原始点云数据,将点云数据中的电力杆塔区域截取出来;
(2)电力部件标记
根据截取出来的杆塔,每一基进行单独处理,通过卷积神经网络深度学习算法,将点云中的内容进行图像识别,自动标记出电力部件的位置,人工对标记结果进行审核修改,查缺补漏,保存标记好的电力部件数据;
(3)航线规划
根据标记好的电力部件设计每一基塔的绕塔巡检航线,具体为:
1)首先通过通过摄影原理结合相机的解析度和焦距,反向推算出需要拍摄清楚目标物体飞机应该停留的位置,以及相机应该设置的俯仰角,得到符合条件拍照点集合,每个目标的拍照点集合呈现以目标为圆心的空间球形分布;
2)然后根据杆塔点云和周围环境构建电子围栏,对拍照点进行过滤,去除和杆塔点云冲突或太近容易导致撞塔的拍照点,去除相机俯仰角太小或过大导致照片效果不好的拍照点,去除会导致碰撞周围障碍物的拍照点,留下合理的拍照点集合;
3)待所有目标的拍照点计算出来之后,结合所有拍照点集合,以路径最短为原则,每个目标选取一个拍照点形成一条耗时最短的最优航线,航线规划完成后可以进行塔内航线的三维模拟飞行预览,直观查看飞机使用航线作业的效果;
(4)三维航线预览
整条线路的杆塔航线规划完成后,根据任务需求进行航线拼装,拼装完成后将完整线路航线和全线路点云叠加,进行基于地形图的三维全局航线预览;如果发现航线在整个飞行路径内存在交叉跨越冲突或障碍物冲突的情况,则对航线进行调整,保证飞行作业的安全;航线审核无误后就可以导出,控制无人机进行自动驾驶巡检作业。
2.根据权利要求1所述的一种基于点云的电力巡检精准三维航线规划方法,其特征在于,所述目标物体飞机应该停留的位置参数包括:经度、纬度、高程和航向角。
3.根据权利要求1所述的一种基于点云的电力巡检精准三维航线规划方法,其特征在于,步骤(3)中,如果发现不合理的地方可以手动修改拍照点位置,或者增加需要拍照的特殊位置。
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