CN111487619A - 利用sar-x高分辨率聚束模检测输电杆塔地面倾角的方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了利用SAR‑X高分辨率聚束模式检测输电杆塔地面倾角方法。所述方法包括：获取以杆塔坐标为中心的，半径为大于杆塔5倍根开长度的输电走廊及电网杆塔的主影像强度图；按照分割阈值，在所述主影像强度图上分割出地面走廊部分；计算所述地面走廊部分的后向散射系数和；根据所述后向散射系数和，提取所述主影像强度图中杆塔地基面部分，并从主影像强度图上输出地面走廊像素点坐标；转化地面走廊像素点坐标至地心系坐标；根据地心系坐标，计算地面走廊像素点的最终坐标；根据最终坐标，计算输电杆塔地面倾角。本申请属于电网输电线路特征量监测技术领域，无需架设仪器，使用不受地形影响，具有方便快捷、测量精度高的特点。

Description

利用SAR-X高分辨率聚束模检测输电杆塔地面倾角的方法
技术领域
本申请涉及电网输电线路特征量监测技术领域，尤其涉及利用SAR-X高分辨率聚束模式检测输电杆塔地面倾角的方法。
背景技术
地面倾角是架空线路雷击防护的一个重要参数，表征了雷击时大地对边相导线的屏蔽作用，根据绕击电气几何模型原理，随着雷电流幅值的增大，对应的击距也增大，绕击暴露面将减小。当雷电流值达绕击临界雷电流时，绕击暴露弧面为零，此时雷电先导不会向导线发展，雷电流直接击中导线的概率很低，击中大地的可能性很高。地面倾角越小雷击发生时大地对导线的屏蔽作用越好，反之则越弱。根据输电杆塔所处地形以及线路走向的不同，地面倾角有所不同。在架空线路绕击临界雷电流的计算中，地面倾角的大小是必须先获取的参数，所以能准确测量地面倾角显得尤为重要。
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)的发展，为解决这个问题提供了新的技术，SAR是一种主动式微博传感器，通过发射和接收特定的电磁波获取目标的散射信息。SAR能够不受云雾、雨雪和黑夜等条件的限制，能够对目标进行全天候和全天时的监测，并且在大范围的自然灾害条件下具有明显的优越性。随着SAR技术的不断发展，SAR遥感的应用不断深入和扩展，不仅可用于道路、桥梁、建筑物和车辆等目标的识别和分类，还可以用于森林植被和冰雪监测、地形测量、城市整体监测和灾害预警等，在民用和国防建设等领域有这巨大的应用潜力。
现有技术中使用的全站仪是一种在测绘中起到关键作用的测绘工具，其使用简单，且具有测速快、精度高的特点。但是,在实际应用过程中具有出现震动时会使其测试准确度受到影响，且在较强太阳光下使用时需要给仪器打伞并带上太阳罩，使用后也需要安排专人守护的缺点。
发明内容
为解决上述问题，本申请提出了利用SAR-X高分辨率聚束模式检测输电杆塔地面倾角的方法，以解决现有技术中测绘仪器使用限制多、维护困难的问题。
本申请为实现以上目的，通过下述技术方案予以实现：
随机选取某一时间的输电走廊二维SAR图像；
通过干涉所述输电走廊二维SAR图像，获得主影像强度图；
按照分割阈值在所述主影像强度图上分割出地面走廊部分；
计算所述地面走廊部分的后向散射系数和；
根据所述后向散射系数和，提取所述主影像强度图中杆塔地基面部分，在所述主影像强度图上输出地面走廊像素点坐标；
转化所述地面走廊像素点坐标至地心系坐标；
根据所述地心系坐标，计算所述地面走廊像素点的最终坐标；
根据所述地面走廊像素点的最终坐标，计算杆塔所处位置的地面倾角。
进一步的，所述输电走廊二维SAR图像以杆塔坐标为中心，大于5倍杆塔根开长度为半径。
进一步的，所述按照分割阈值，在所述在主影像强度图上分割出地面走廊部分的具体步骤：
求取所述主影像强度图各点的强度平均值；
标记主影像强度图中强度小于所述平均值的点为噪声点；
剔除全部所述噪声点，获得计算点；
求取全部所述计算点的强度平均值，并确定为分割阈值。
按照所述分割阈值，划分所述主影像强度图；
将所述主影像强度图的强度大于所述分割阈值的部分确定为地面走廊部分，将所述主影像强度图的强度小于或者等于所述分割阈值的部分确定为背景部分。
进一步的，所述的地面走廊部分的后向散射系数和的计算步骤为：
获取所述地面走廊部分的结构参数：杆塔中心点坐标及半径长度，其中半径长度最小为5倍杆塔根开长度；
根据所述结构参数，确定所述地面走廊部分以整数倍杆塔根开长度为半径的所有圆形周长直至最大的圆形周长的后向散射系数；
计算全部地面走廊部分的后向散射系数的和值。
进一步的，所述主影像强度图上输出地面走廊像素点坐标的具体步骤包括：
标记所述地面走廊部分的像素点为第一颜色，并在所述主影像强度图上输出标记点坐标；
根据预设模板，遍历所述标记点坐标；
确定与所述预设模板匹配度符合预设匹配阈值的点为精提取点；
标记所述精提取点为第二颜色，并在所述主影像强度图上输出所述精提取点坐标。
进一步的，所述转化地面走廊像素点坐标至地心系坐标的步骤还包括：
根据所需卫星在地心坐标系的12个位置矢量和速度矢量，拟合卫星轨道方程：
Figure BDA0002461289110000031
Figure BDA0002461289110000032
Figure BDA0002461289110000033
其中，Xsf、Ysf、XZf为卫星位置矢量，VXsf、VYsf、VZsf为卫星速度矢量，i为像素点在图像上的行数，PRF为脉冲重复频率，t为时间间隔，a0、a1、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3为需要求解的一组固定未知参数。
进一步的，建立斜距影像坐标和地心系坐标之间的函数关系的具体步骤为；
根据下式确定距离方程：
F1＝(Xsf-Xgf)2+(Ysf-Ygf)2+(Zsf-Zgf)2-R2
其中，Xgf、Ygf、Zgf为地面点在地心坐标系下的位置矢量，R为斜距；
根据下式确定多普勒方程：
Figure BDA0002461289110000034
其中，V为入射波波速，λ为入射波波长，fDC为多普勒频率位移；
根据下式确定地球椭球方程：
Figure BDA0002461289110000035
其中，N为地球椭圆长半轴，N·(1-e2)为地球椭圆短半轴，h为地面点高程。
进一步的，根据所述距离方程、所述多普勒方程和所述地球椭球方程，计算所述地面走廊部分像素点在地心坐标系中的位置，获得下式：
Δx＝B-1·F(Xk)
其中，Δx为改正量，
Figure BDA0002461289110000036
B为F(Xk)对Xgf、Ygf、Zgf求导所得值，根据下式可得B值：
Figure BDA0002461289110000041
计算所述改正量的绝对值；
如果所述改正量的绝对值大于或者等于预设改正量阈值，则重新进行改正计算，直至所述改正量的绝对值小于所预设改正量阈值；
确定所述改正量的绝对值小于所述预设改正量阈值时所对应的Xk值为所述地面走廊部分像素点的最终坐标。
与现有技术相比，本申请的有益效果是：
本申请是一种利用SAR-X高分辨率聚束模检测输电杆塔地面倾角的方法，与现有技术相比，1.本方法无需在测绘现场架设相关仪器，不受地形、气候限制，节约劳动成本；2.本方法测量精度高、准确率高，测试范围广。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为利用SAR-X高分辨率聚束模式检测输电杆塔地面倾角的方法的流程图。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的***和方法的示例。
参见图1，为一种利用SAR-X高分辨率聚束模式检测输电杆塔地面倾角方法的流程图。本申请的技术方案如下：
随机选取两张以线路杆塔坐标为中心的半径为1公里的某一时相的输电走廊二维SAR图像；通过干涉两张所述输电走廊二维SAR图像，获得主影像强度图。
确定分割阈值的步骤如下：
求取所述主影像强度图各点的强度平均值；
标记主影像强度图中强度小于所述平均值的点为噪声点；
剔除全部所述噪声点，获得计算点；
求取全部所述计算点的强度平均值，并确定为分割阈值。
按照分割阈值，在所述主影像强度图上分割出地面走廊部分的具体步骤包括：
按照所述分割阈值，划分所述主影像强度图；
将所述主影像强度图的强度大于所述分割阈值的部分确定为地面走廊部分，将所述主影像强度图的强度小于或者等于所述分割阈值的部分确定为背景部分。
计算所述地面走廊部分的后向散射系数和，具体步骤为：
获取所述地面走廊部分的结构参数：杆塔中心点坐标及半径长度，其中半径长度最小为5倍杆塔根开长度；
根据所述结构参数，确定所述地面走廊部分以整数倍杆塔根开长度为半径的所有圆形周长直至最大的圆形周长的后向散射系数；
计算全部地面走廊部分的后向散射系数的和值。
根据所述后向散射系数和，提取所述主影像强度图中杆塔地基面部分，在所述主影像强度图上输出地面走廊像素点坐标，具体步骤包括：
标记所述地面走廊部分的像素点为第一颜色，并在所述主影像强度图上输出标记点坐标；
根据预设模板，遍历所述标记点坐标；
确定与所述预设模板匹配度符合预设匹配阈值的点为精提取点；
标记所述精提取点为第二颜色，并在所述主影像强度图上输出所述精提取点坐标即地面走廊像素点坐标。
转化坐标至地心系坐标：
根据所需卫星在地心坐标系的12个位置矢量和速度矢量，拟合卫星轨道方程：
Figure BDA0002461289110000051
Figure BDA0002461289110000052
Figure BDA0002461289110000053
其中，Xsf、Ysf、XZf为卫星位置矢量，VXsf、VYsf、VZsf为卫星速度矢量，i为像素点在图像上的行数，PRF为脉冲重复频率，t为时间间隔，a0、a1、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3为需要求解的一组固定未知参数。
建立斜距影像坐标和地心系坐标之间的函数关系的具体步骤为：
根据下式确定距离方程：
F1＝(Xsf-Xgf)2+(Ysf-Ygf)2+(Zsf-Zgf)2-R2
其中，Xgf、Ygf、Zgf为地面点在地心坐标系下的位置矢量，R为斜距；
根据下式确定多普勒方程：
Figure BDA0002461289110000061
其中，V为入射波波速，λ为入射波波长，fDC为多普勒频率位移；
根据下式确定地球椭球方程：
Figure BDA0002461289110000062
其中，N为地球椭圆长半轴，N·(1-e2)为地球椭圆短半轴，h为地面点高程。
根据所述距离方程、所述多普勒方程和所述地球椭球方程，计算所述地面走廊部分像素点在地心坐标系中的位置，获得下式：
Δx＝B-1·F(Xk)
其中，Δx为改正量，
Figure BDA0002461289110000063
B为F(Xk)对Xgf、Ygf、Zgf求导所得值，根据下式可得B值：
Figure BDA0002461289110000064
计算所述改正量的绝对值；
如果所述改正量的绝对值大于或者等于预设改正量阈值，则重新进行改正计算，直至所述改正量的绝对值小于所预设改正量阈值；
确定所述改正量的绝对值小于所述预设改正量阈值时所对应的Xk值为所述地面走廊部分像素点的最终坐标。
根据所述最终坐标，计算杆塔所处位置的地面倾角。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (9)

1.利用SAR-X高分辨率聚束模式检测输电杆塔地面倾角方法，其特征在于，所述方法包括：
随机选取某一时相的输电走廊二维SAR图像；
通过干涉所述输电走廊二维SAR图像，获得主影像强度图；
按照分割阈值在所述主影像强度图上分割出地面走廊部分；
计算所述地面走廊部分的后向散射系数和；
根据所述后向散射系数和，提取所述主影像强度图中杆塔地基面部分，在所述主影像强度图上输出地面走廊像素点坐标；
转化所述地面走廊像素点坐标至地心系坐标；
根据所述地心系坐标，计算所述地面走廊像素点的最终坐标；
根据所述地面走廊像素点的最终坐标，计算杆塔所处位置的地面倾角。
2.根据权利要求1所述的利用SAR-X高分辨率聚束模式检测输电杆塔地面倾角的方法，其特征在于，所述输电走廊二维SAR图像以杆塔坐标为中心，大于5倍杆塔根开长度为半径。
3.根据权利要求1所述的一种利用SAR-X高分辨率聚束模式检测输电杆塔地面倾角方法，其特征在于，确定所述分割阈值的步骤为：
求取所述主影像强度图各点的强度平均值；
标记主影像强度图中强度小于所述平均值的点为噪声点；
剔除全部所述噪声点，获得计算点；
求取全部所述计算点的强度平均值，并确定为分割阈值。
4.根据权利要求1所述的利用SAR-X高分辨率聚束模式检测输电杆塔地面倾角的方法，其特征在于，所述按照分割阈值，在所述在主影像强度图上分割出地面走廊部分的具体步骤：
按照所述分割阈值，划分所述主影像强度图；
将所述主影像强度图的强度大于所述分割阈值的部分确定为地面走廊部分，将所述主影像强度图的强度小于或者等于所述分割阈值的部分确定为背景部分。
5.根据权利要求1所述的利用SAR-X高分辨率聚束模式检测输电杆塔地面倾角的方法，其特征在于，所述地面走廊部分的后向散射系数和的计算步骤为：
获取所述地面走廊部分的结构参数：杆塔中心点坐标及半径长度，其中半径长度最小为5倍杆塔根开长度；
根据所述结构参数，确定所述地面走廊部分以整数倍杆塔根开长度为半径的所有圆形周长直至最大的圆形周长的后向散射系数；
计算全部地面走廊部分的后向散射系数的和值。
6.根据权利要求1所述的利用SAR-X高分辨率聚束模式检测输电杆塔地面倾角的方法，其特征在于，在所述主影像强度图上输出地面走廊像素点坐标的具体步骤包括：
标记所述地面走廊部分的像素点为第一颜色，并在所述主影像强度图上输出标记点坐标；
根据预设模板，遍历所述标记点坐标；
确定与所述预设模板匹配度符合预设匹配阈值的点为精提取点；
标记所述精提取点为第二颜色，并在所述主影像强度图上输出所述精提取点坐标。
7.根据权利要求1所述的利用SAR-X高分辨率聚束模式检测输电杆塔地面倾角的方法，其特征在于，所述转化地面走廊像素点坐标至地心系坐标的步骤还包括：
根据所需卫星在地心坐标系的12个位置矢量和速度矢量，拟合卫星轨道方程：
Figure FDA0002461289100000021
Figure FDA0002461289100000022
Figure FDA0002461289100000023
其中，Xsf、Ysf、XZf为卫星位置矢量，VXsf、VYsf、VZsf为卫星速度矢量，i为像素点在图像上的行数，PRF为脉冲重复频率，t为时间间隔，a0、a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3为需要求解的一组固定未知参数。
8.根据权利要求1所述的一种利用SAR-X高分辨率聚束模式检测输电杆塔地面倾角方法，其特征在于，所述建立斜距影像坐标和地心系坐标之间的函数关系的具体步骤为；
根据下式确定距离方程：
F1＝(Xsf-Xgf)2+(Ysf-Ygf)2+(Zsf-Zgf)2-R2
其中，Xgf、Ygf、Zgf为地面点在地心坐标系下的位置矢量，R为斜距；
根据下式确定多普勒方程：
Figure FDA0002461289100000024
其中，V为入射波波速，λ为入射波波长，fDC为多普勒频率位移；
根据下式确定地球椭球方程：
Figure FDA0002461289100000031
其中，N为地球椭圆长半轴，N·(1-e2)为地球椭圆短半轴，h为地面点高程。
9.根据权利要求1所述的利用SAR-X高分辨率聚束模式检测输电杆塔地面倾角的方法，其特征在于，根据所述距离方程、所述多普勒方程和所述地球椭球方程，计算所述地面走廊部分像素点在地心坐标系中的位置，获得下式：
Δx＝B-1·F(Xk)
其中，Δx为改正量，
Figure FDA0002461289100000032
B为F(Xk)对Xgf、Ygf、Zgf求导所得值，根据下式可得B值：
Figure FDA0002461289100000033
计算所述改正量的绝对值；
如果所述改正量的绝对值大于或者等于预设改正量阈值，则重新进行改正计算，直至所述改正量的绝对值小于所预设改正量阈值；
确定所述改正量的绝对值小于所述预设改正量阈值时所对应的Xk值为所述地面走廊部分像素点的最终坐标。
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