CN116245932A - 一种基于网格思想的输电线路隐患测距方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于网格思想的输电线路隐患测距方法,属于输电线路智能运检领域,包括:获取输电线路隐患点云和导线点云;对输电线路隐患点云和导线点云进行初始化,使输电线路点云和导线点云走向平行于点云空间坐标系;采用输电线路隐患点云和导线点云的平面坐标获取网格参数并初始化;通过网格参数获取不同网格中的点云;对不同点云数目的网格分别进行定制化评价,区分出需要与导线点云计算欧氏距离的网格;计算网格中点云与导线点云的网格最小欧氏距离,选取数值最小的网格最小欧氏距离为导线与输电线路隐患的最小距离。本发明通过对网格进行定制化评价去除大量不需计算与导线距离的网格中的点云,提高了算法的速度,保证了结果的准确性。
Description
技术领域
本发明属于输电线路智能运检领域,尤其是涉及一种基于网格思想的输电线路隐患测距方法。
背景技术
随着国民经济的快速发展,电力输电线的数量也越来越多。与此同时,随着科技技术的不断发展和广泛运用,越来越多的新型数据被应用到输电线路巡检当中。其中点云作为一个能够表达输电场景景物信息空间位置的新型数据就是一个非常好的例子,目前越来越多的输电线路都已经完成了点云的获取和整理。申请号:202110745126.1,提出了将点云网格化应用于输电线路隐患点的快速检测中。
中国发明专利名称:一种基于点云的输电通道内隐患测距的方法,申请号:202110638339.4,公开的基于点云的输电通道内隐患测距的方法包括:分别选取输电通道图像中位于地面、左侧导线和右侧导线的若干点并记录下其在输电通道图像的像素坐标系中的二维坐标值与三维坐标值一一对应;将二维坐标值和三维坐标值按照彼此对应的点建立一一映射关系;使用基于深度学习的目标检测模型识别输电通道图像中的隐患,并框选出所述隐患,同时得到隐患在像素坐标系中的像素高度和二维坐标值;根据隐患在像素坐标系中的二维坐标值和像素高度,计算其在点云数据中的三维坐标值和高度值,进而求出隐患与导线的距离。
但是现有技术中对于点云的应用还存在非常多的问题,其中基于点云的隐患导线测距由于隐患和导线的点云数据都是几十万甚至是数百万个点之多,其计算严重影响了点云在输电场景的应用。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明提供了一种基于网格思想的输电线路隐患测距方法,通过对网格进行定制化评价去除掉大量不需要计算与导线距离的网格中的输电线路隐患点云,提高了算法的速度,同时保证了测距结果的准确性。
本发明采用的技术方案如下:
一种基于网格思想的输电线路隐患测距方法,包括:
分别获取输电线路隐患点云和导线点云;
对输电线路隐患点云和导线点云进行位置和角度的初始化,使输电线路点云和导线点云走向平行于点云空间坐标系,并得到调整后的输电线路隐患点云和调整后的导线点云;
采用输电线路隐患点云和导线点云的平面坐标获取网格参数,并对网格参数进行初始化;
通过网格参数获取不同网格中调整后的输电线路隐患点云;
将导线左边网格、导线右边网格中输电线路隐患点云z轴的最高值,分别与左边最高点云点的高度值和右边最高点云点的高度值进行比较,确定需要进行测距处理输电线路隐患点云的评价标准,根据评价标准区分出需要与导线点云计算欧氏距离的网格;
计算网格中输电线路隐患点云与导线点云的网格最小欧氏距离,选取数值最小的网格最小欧氏距离为导线与输电线路隐患的最小距离。
本发明的有益效果为:
本发明通过对输电线路隐患点云和导线点云进行位置和角度的初始化能够减少由于导线点云与点云空间坐标系y轴之间由角度产生的网格获取繁琐的问题;本发明通过网格划分及对网格进行评价去除掉大量不需要计算与导线距离的网格中的点云,提高了算法的速度,同时保证了测距结果的准确性。
附图说明
图1 为本发明一种基于网格思想的输电线路隐患测距方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明:为能清楚说明本方案的技术特点,下面通过具体实施方式,并结合其附图,对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开,下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外,本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的,其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意,在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
如图1所示,本发明提供了一种基于网格思想的输电线路隐患测距方法,所述方法包括:通过激光雷达扫描,三维重建,单目重建等方法获取输电线路隐患点云和导线点云;通过对输电线路隐患点云和导线点云进行位置和角度的初始化使导线点云的走向平行于点云空间坐标系,然后通过输电线路隐患点云和导线点云的平面坐标初始化网格参数,并通过网格参数获取不同网格中的点云;通过对不同点云数目的网格分别进行定制化评价,区分出需要与导线点云计算欧式距离的网格,计算网格中点云与导线点云的网格最小欧式距离,最后选取数值最小的网格最小欧式距离作为导线与隐患的最小距离,实现高效准确的隐患导线测距。
在本发明实施例中,所述基于网格思想的输电线路隐患测距方法具体为:
步骤一、通过激光雷达扫描,三维重建,单目重建等方法获取到的输电线路隐患和导线点云。对输电线路隐患和导线点云分别进行位置初始化获取到位置调整后的导线点云和位置调整后的隐患点云,然后进行角度调整后的导线点云走向平行于点云空间坐标系,并获取调整后的输电线路隐患点云和调整后的导线点云,步骤一通过初始化数据,使导线点云和输电线路隐患点云同时发生改变,最终使得导线点云的走向平行于点云空间坐标轴。所述位置初始化:对x,y,z轴的数值进行加减运算,使得隐患点云和导线点云的数值发生变化;所述角度初始化是对点云进行旋转操作,使得隐患点云和导线点云的数值进一步变化。
步骤二、然后通过输电线路隐患点云和导线点云的平面坐标获取网格参数,并对网格参数进行初始化,网格参数主要包括网格宽度,网格长度h,网格数目ind和调整后的导线点云中心点/>。本发明确定网格是针对调整后的输电线路隐患点云进行分割处理,分割是指根据网格参数对调整后的输电线路隐患点云进行划分。
步骤五、如果导线左边网格位置为i的网格内点云数据内点云数目大于100,则计算/>的最高点云点与/>的高度差/>,然后判断/>是否大于/>,如果是,则该网格为需要计算与导线点云欧式距离的网格,计算调整后的导线点云与/>内点云的最小欧式距离作为该网格最小欧式距离/>,并更新/>,如果不是,则转向步骤七。如果导线左边网格位置为i的网格内点云数据/>内点云数目小于100,先判断/>内点云数目是否为0,如果是则转向步骤七,反之则计算调整后的导线点云与内点云的最小欧式距离作为该网格最小欧式距离/>,然后转向步骤七。
步骤六、如果导线右边网格位置为i的网格内点云数据内点云数目大于100,则计算/>的最高点云点与/>的高度差/>,然后判断/>是否大于/>,如果是则该网格为需要计算与导线点云欧式距离的网格,计算调整后的导线点云与/>内点云的最小欧式距离作为该网格最小欧式距离/>,并更新/>,如果不是则转向步骤七。如果导线右边网格位置为i的网格内点云数据/>内点云数目小于100,先判断内点云数目是否为0,如果是则转向步骤七,反之则计算调整后的导线点云与/>内点云的最小欧式距离作为该网格最小欧式距离/>,然后转向步骤七。
所述的输电线路隐患点云和导线点云,都是由3*N的数组组成,第一行数据描述的是点云在笛卡尔空间坐标系中x轴的位置,第二行数据描述点云在笛卡尔坐标系中y轴的位置,第三行数据描述点云在笛卡尔坐标系中z轴的位置,这样每3*1的行向量描述了点云中的一个点云点的空间位置。
对输电线路隐患和导线点云进行位置和角度的初始化,其中位置初始化是将以输电线路隐患或导线点云的x,y,z轴的最小值作为点云空间坐标系原点。其中输电线路隐患点云或导线点云的x,y,z轴的最小值计算方法如下:
其中为输电线路隐患点云,/>为导线点云,/>为输电线路隐患点云或导线点云的x轴最小值,/>为输电线路隐患点云或导线点云的y轴最小值,/>为输电线路隐患点云或导线点云的z轴最小值,/>为取一维数组取最小值操作,/>取一维数组取最大值操作。
角度初始化是指首先计算点云空间坐标系y轴与导线点云走向之间的角度,然后通过计算得到的角度将点云空间坐标系y轴旋转至与导线点云走向平行位置。
首先获取位置调整后的导线点云x轴数值最大的50个值存入数组,获取位置调整后的导线点云/>x轴数值最小的50个值存入数组/>,获取位置调整后的导线点云/>y轴数值最大的50个值存入数组/>,获取位置调整后的导线点云/>y轴数值最小的50个值存入数组/>。
其中,为点云空间坐标系y轴与导线点云走向之间的角度,/>为导线点云矫正后的最左边的点,/>为导线点云矫正后的最右边的点,/>为导线点云矫正后的最左边的点到导线点云矫正后的最右边的点的距离,/>为导线点云矫正后的最前边的点,/>为导线点云矫正后的最后边的点,/>为导线点云矫正后的最前边的点到导线点云矫正后的最后边的点的距离,/>是取绝对值操作,为反正切函数。
通过计算得到的角度将点云空间坐标系y轴旋转至与导线点云走向平行位置具体为:首先将点云空间坐标系y轴与导线点云走向之间的角度转为旋转矩阵R,该旋转有通用的转换步骤,以python中的/>为例,旋转矩阵R为:
调整后的输电线路隐患点云和调整后的导线点云/>的平面坐标具体为:所述调整后的输电线路隐患点云/>和调整后的导线点云/>的平面坐标位于由点云的x轴数值与y轴数值组成的平面坐标系中,所述平面坐标的计算方法如下:
对网格参数进行初始化具体为:
其中,h为网格长度,为网格数目,/>为调整后的导线点云中心点,所述调整后的导线点云中心点是指导线点云x轴的数值中心,确定数值以后在网格点云的获取时能够方便的按x轴正负方向提取,/>是输电线路隐患点云在x轴上的最小值,/>是输电线路隐患点云在x轴上的最大值,/>是输电线路隐患点云在y轴上的最小值,/>是输电线路隐患点云在y轴上的最大值,/>()是指对括号中的数据进行取平均的操作。
通过网格参数获取不同网格中的输电线路隐患点云具体为:
以调整后的导线点云中心点为中心按照x轴数值分别向x轴正负方向按网格宽度w、网格长度h大小提取宽为w长为h矩形框中的点云,分别得到导线左边网格位置为i的网格内点云数据/>和导线右边网格位置为i的网格内点云数据/>,具体获取方式如下:
对于x轴正方向(向右)选取网格中的点云操作如下:
其中,为导线右边网格位置为i的网格内点云数据,/>为矩形框宽度的最小值,/>为矩形框宽度的最大值,/>为调整后的输电线路隐患点云中第一行中数值大于/>并且小于/>的列地址,/>为调整后的导线点云中心点。
对不同点云数目的网格分别进行定制化评价,具体为:
S1、判断选取的网格中输电线路隐患点云是否小于100,如果是则该网格为需要计算与导线点云欧式距离的网格;反之则进行步骤S3;
所述的需要计算与导线点云欧式距离的网格,是指由定制化评价评估得到的符合计算条件的网格。
计算网格中输电线路隐患点云与导线点云的网格最小欧氏距离,所述网格最小欧氏距离具体为:以右边需要计算与导线点云欧式距离的导线右边网格位置为i的网格内点云数据为例,首先初始化/>等于需要计算符合计算条件的/>,计算/>的点云点数目/>、调整后导线点云的点云点数目/>,所述/>是指符合计算条件的网格,这里只是将符合计算条件的网格分别赋值给/>,然后进行后续操作,可以理解为变量。
其中,为第/>个输电线路隐患点云点与第/>个导线点云点的欧式距离,分别为需要计算符合计算条件的/>第/>个点云点空间坐标系中三个维度的数值,/>为调整后的导线点云/>第/>个点云点的空间坐标系中三个维度的数值;k的取值范围为0到/>,/>的取值范围为0到;
以左边需要计算与导线点云欧式距离的导线左边网格位置为i的网格内点云数据为例,首先初始化/>等于需要计算符合计算条件的网格点云数据/>,计算的点云点数目/>、调整后的导线点云的点云点数目/>,所述/>是指符合计算条件的网格,这里只是将符合计算条件的网格分别赋值给/>,然后进行后续操作,可以理解为变量。
其中,为第/>个隐患点云点与第/>个导线点云点的欧式距离,分别是为需要计算符合计算条件的网格点云数据/>第/>个点云点的空间坐标系中三个维度的数值,/>为调整后的导线点云/>第/>个点云点的空间坐标系中三个维度的数值,/>的取值范围是0到/>,/>的取值范围是0到/>。
导线与隐患的最小距离为最终计算得到的导线隐患欧式距离,即导线点云与隐患点云之间的最小距离,计算方式如下:
其中,为导线与隐患的最小距离,/>为符合计算条件导线左边网格位置为i的网格内点云数据/>与调整后的导线点云/>之间的网格最小欧式距离,为符合计算条件导线右边网格位置为i的网格内点云数据/>与调整后的导线点云之间的网格最小欧式距离,这里j对应的是所有符合计算条件的网格点云数据与调整后的导线点云之间的网格最小欧式距离的网格的下标,/>为取最小值操作。
下面结合实施例对本发明作出进一步说明。
实施例1
B、对输电线路隐患和导线点云进行位置初始化获取到位置调整后的导线点云和位置调整后的隐患点云/>,然后进行位置调整后的导线点云走向平行于点云空间坐标系,并获取调整后的输电线路隐患点云/>和调整后的导线点云/>。其中获取到的输电线路隐患或导线点云的x,y,z轴的最小值,点云空间坐标系y轴与导线点云走向之间的角度/>,旋转矩阵:
最终得到的调整后的输电线路隐患点云:
和调整后的导线点云:
F、如果导线左边网格位置为i的网格内点云数据内点云数目大于100,则计算/>的最高点云点/>的高度差/>,然后判断/>是否大于/>,如果是则该网格为需要计算与导线点云欧式距离的网格,计算导线点云与/>内点云的最小欧式距离作为该网格最小欧式距离/>,并更新/>,如果不是则转向步骤G。如果导线左边网格位置为i的网格内点云数据/>内点云数目小于100,先判断内点云数目是否为0,如果是则转向步骤G,反之则计算调整后的导线点云与/>内点云的最小欧式距离作为该网格最小欧式距离/>,然后转向步骤G。
则:
G、如果导线右边网格位置为i的网格内点云数据内点云数目大于100,则计算/>的最高点云点与/>的高度差/>,然后判断/>是否大于/>,如果是则该网格为需要计算与导线点云欧式距离的网格,计算导线点云与/>内点云的最小欧式距离作为该网格最小欧式距离/>,并更新/>,如果不是则转向步骤H。如果导线右边网格位置为i的网格内点云数据/>内点云数目小于100,先判断内点云数目是否为0,如果是则转向步骤H,反之则计算导线点云与/>内点云的最小欧式距离作为该网格最小欧式距离/>,然后转向步骤H。这里导线右边网格位置为i的网格内点云数据/>的计算与左边相似,故不再重复举例。
这里最终得到需要计算调整后的导线点云之间的网格最小欧式距离的网格10个,它们分别是:
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于网格思想的输电线路隐患测距方法,其特征在于,包括:
分别获取输电线路隐患点云和导线点云;
对输电线路隐患点云和导线点云进行位置和角度的初始化,使输电线路点云和导线点云走向平行于点云空间坐标系,并得到调整后的输电线路隐患点云和调整后的导线点云;
采用输电线路隐患点云和导线点云的平面坐标获取网格参数,并对网格参数进行初始化;
通过网格参数获取不同网格中调整后的输电线路隐患点云;
将导线左边网格、导线右边网格中输电线路隐患点云z轴的最高值,分别与左边最高点云点的高度值和右边最高点云点的高度值进行比较,确定需要进行测距处理输电线路隐患点云的评价标准,根据评价标准区分出需要与导线点云计算欧氏距离的网格;
计算网格中输电线路隐患点云与导线点云的网格最小欧氏距离,选取数值最小的网格最小欧氏距离为导线与输电线路隐患的最小距离。
3.如权利要求1所述的基于网格思想的输电线路隐患测距方法,其特征在于,对输电线路隐患点云和导线点云进行角度初始化具体包括:
计算点云空间坐标系y轴与导线点云走向之间的角度;
根据计算得到的角度,将点云空间坐标系y轴旋转至与导线点云走向平行。
7.如权利要求1所述的基于网格思想的输电线路隐患测距方法,其特征在于,对网格参数进行初始化具体为:
8.如权利要求1或7所述的基于网格思想的输电线路隐患测距方法,其特征在于,通过网格参数获取不同网格中调整后的输电线路隐患点云具体为:
以调整后的导线点云中心点为中心分别按x轴数值分别向x轴正负方向按网格宽度w、网格长度h大小提取宽为w长为h矩形框中的点云,分别得到导线左边网格位置为i的网格内点云数据/>和导线右边网格位置为i的网格内点云数据/>,初始化网格位置/>,对于x轴负方向选取网格中的点云操作如下:
对于x轴正方向选取网格中的点云操作如下:
9.如权利要求1所述的基于网格思想的输电线路隐患测距方法,其特征在于,所述评价标准具体为:
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