CN116912273A - 基于三维gis的输电线路跨越施工方案可视化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及图像数据处理技术领域，具体涉及基于三维GIS的输电线路跨越施工方案可视化方法，包括：通过结合三维输电线路图像和不同角度下输电线路边缘图像中，利用多个偏差参数对边缘线段进行拟合后，根据拟合直线段之间的差异关系获得边缘置信程度，根据边缘置信程度的大小获得了输电线路所对应的置信边缘线段，进一步利用质心边缘线段的所在区域完成三维GIS的输电线路跨越施工方案可视化。本发明提高了对三维输电线路图像中输电线路位置信息的准确提取，并通过对获取的置信边缘线段所在的区域进行图像增强，提高了输电线路的可视化效果。

Description

基于三维GIS的输电线路跨越施工方案可视化方法

技术领域

本发明涉及图像数据处理技术领域，具体涉及基于三维GIS的输电线路跨越施工方案可视化方法。

背景技术

输电线路车载移动式跨越架是施工作业中跨越公路、铁路及电力线路等障碍物的必备作业工具，能快速到达各类作业地区并且满足快速施工的要求，有效节约施工时间与施工成本。

在复杂多变的施工场景中，如何根据施工现场的具体输电线路分布状况、建筑物分布特点，保障三维GIS构建出的可视化施工方案的数据准确性是基于三维GIS的输电线路跨越施工方案可视化工作的重点步骤，其中最主要的是对输电线路的区域形态信息进行精准提取，施工场景下输电线路区域的三维图像往往会受到使用双目相机过程中视角限制影响，导致构建的三维图像中输电线路区域的边缘与实际的输电线路边缘存在一定的误差，即单一视角限制导致多维度下边缘区域重构的三维图像存在小范围波动，形成多条边缘线段，仅依靠常规边缘检测算法难以有效识别出输电线路准确边缘信息。

由于常规状态下输电线路具有的形态特征，可利用直线拟合获取输电线路在三维图像中的区域形态，通常利用旋转门算法的直线拟合过程，对多角度下输电线路图像中的边缘线段进行直线拟合，以快速提取边缘线段区域形态特征，但常规的旋转门算法的直线拟合效果容易受到旋转门算法偏差参数的影响，导致拟合结果存在偏差无法更好的增强图像的局部区域，使得三维GIS施工方案的可视化结果不理想。

发明内容

本发明提供基于三维GIS的输电线路跨越施工方案可视化方法，以解决现有的问题：单一视角限制导致多维度下边缘区域重构的三维图像存在小范围波动，形成多条边缘线段，仅依靠常规边缘检测算法难以有效识别出输电线路准确边缘信息，且常规的旋转门算法的直线拟合效果容易受到旋转门算法偏差参数的影响，导致拟合结果存在偏差无法更好的增强图像的局部区域，使得三维GIS施工方案的可视化结果不理想。

本发明的基于三维GIS的输电线路跨越施工方案可视化方法采用如下技术方案：

本发明一个实施例提供了基于三维GIS的输电线路跨越施工方案可视化方法，该方法包括以下步骤：

获取三维输电线路图像以及三维边缘线，根据三维输电线路图像在三维坐标系中不同角度下的映射结果获得不同角度下的输电线路边缘图像；

构建预设大小的搜索窗口对任意输电线路边缘图像中的边缘线进行遍历获得边缘线段，将含有分支的边缘线段分为若干个新边缘线段，利用不同大小的预设偏差参数对任意角度下输电线路边缘图像中的新边缘线段进行直线拟合，获得若干个拟合直线段；根据拟合直线段的斜率差异获得新边缘线段的直线拟合程度；

根据新边缘线段的边缘像素点在三维输电线路图像中的坐标获得边缘像素点对应的若干个重叠点，根据重叠点的数量获得新边缘线段的置信权值；将置信权值、多个不同偏差参数下新边缘线段的斜率以及直线拟合程度的融合结果记为新边缘线段的偏差敏感程度，根据偏差敏感程度所形成的偏差空间获得新边缘线段的边缘置信程度；

利用边缘置信度完成三维GIS的输电线路跨越施工方案可视化。

进一步的，所述获取三维输电线路图像以及三维边缘线，根据三维输电线路图像在三维坐标系中不同角度下的映射结果获得不同角度下的输电线路边缘图像，包括的具体方法为：

首先，利用立体视觉技术，使用双目相机获取输电线路车载移动式跨越架在施工作业场景下不同视角的图像，并结合MVS算法构建输电线路区域的三维图像，记为三维输电线路图像；利用三维Canny算子获取三维输电线路图像中的边缘线记为三维边缘线，三维边缘线由若干个体素形成，将三维边缘线中的体素记为边缘体素；

然后，将三维输电线路图像置于由三个坐标轴构成的三维直角坐标系中，获 取三维图像在三个坐标轴所对应方向上所映射降维的二维图像，记为输电线路待测 图像，获得多角度下的输电线路待测图像；并对输电线路待测图像进行去噪以及灰度化处 理，获得输电线路待测灰度图像；

最后，利用Canny边缘检测算法对多角度下的输电线路待测灰度图像进行边缘检测，获得若干个多角度下所对应的边缘图像，记为输电线路边缘图像。

进一步的，所述构建预设大小的搜索窗口对任意输电线路边缘图像中的边缘线进行遍历获得边缘线段，包括的具体方法为：

构建预设大小为的搜索窗口对任意输电线路边缘图像进行遍历，将输电线 路边缘图像中的边缘像素点作为搜索窗口的中心点，若任意边缘像素点为搜索窗口的中心 点的8邻域像素点，则搜索窗口的中心点与对应的8邻域像素点属于同一个边缘线，将若干 个边缘像素点形成的同一个边缘线记为一个边缘线段，获得若干个边缘线段；其中，为预 设的超参数。

进一步的，所述将含有分支的边缘线段分为若干个新边缘线段，包括的具体方法为：

获取搜索窗口的8邻域像素点中含有至少三个边缘像素点的中心点，记为边缘线段的断点，将断点所对应边缘像素点的灰度值设置为0，利用断点将断点所在的边缘线段分为多个不含有分支的边缘线段，将分开后获得的边缘线段记为新边缘线段。

进一步的，所述利用不同大小的预设偏差参数对任意角度下输电线路边缘图像中的新边缘线段进行直线拟合，获得若干个拟合直线段；根据拟合直线段的斜率差异获得新边缘线段的直线拟合程度，包括的具体方法为：

首先，预设多个旋转门算法的偏差参数，并利用旋转门算法对任意新边缘线段进行直线拟合，获得任意偏差参数下新边缘线段对应的若干个拟合直线段；

然后，获取任意偏差参数下新边缘线段的所有拟合直线段对应的斜率，并将任意两个相邻的拟合直线段对应斜率的差值记为斜率差值，获得若干个斜率差值；

最后，将任意新边缘线段的所有斜率差值的累加和记为第一数值，将第一数值与新边缘线段对应拟合直线段的数量的乘积记为新边缘线段的直线拟合程度。

进一步的，所述根据新边缘线段的边缘像素点在三维输电线路图像中的坐标获得边缘像素点对应的若干个重叠点，根据重叠点的数量获得新边缘线段的置信权值，包括的具体方法为：

首先，获取任意角度下任意新边缘线段中边缘像素点在三维输电线路图像中的三维坐标，将新边缘线段所在输电线路待测灰度图像在映射降维时，所降维度对应的坐标值置为0，将三维坐标中未置为0的坐标值记为对应边缘像素点的特殊坐标值；获取在三维输电线路图像中与特殊坐标值相同的若干个边缘体素，记为特殊坐标值所对应边缘像素点的重叠点，获得若干个重叠点；

然后，将任意角度下输电线路边缘图像中任意新边缘线段中所有边缘像素点的重叠点数量的累加值记为第二数值，将输电电路边缘图像中所有新边缘线段中所有边缘像素点的重叠点数量的累加值记为第三数值，将第二数值与第三数值的比值记为新边缘线段的置信权值。

进一步的，所述将置信权值、多个不同偏差参数下新边缘线段的斜率以及直线拟合程度的融合结果记为新边缘线段的偏差敏感程度，包括的具体方法为：

首先，获取任意新边缘线段在相邻大小的偏差参数下，对应直线拟合程度的差值，记为新边缘线段的直线拟合程度差值；获取任意角度下对应输电线路边缘图像中任意新边缘线段与其他新边缘线段之间的最短欧氏距离，记为新边缘线段的距离特征；获取任意角度下对应输电线路边缘图像中任意新边缘线段的所有斜率差值的平均值，记为新边缘线段的斜率特征；

然后，获取任意输电线路边缘图像中任意新边缘线段的最小外接矩形，根据最小外接矩形获得新边缘线段的局部范围区域；

最后，在任意角度下对应输电线路边缘图像中，任意新边缘线段的偏差敏感程度的具体计算方法为：

其中，表示新边缘线段在第个偏差参数下对应的偏差敏感程度；表示新边 缘线段的置信权值；表示以自然常数为底数的指数函数；表示新边缘线段在个 偏差参数与第个偏差参数下对应的直线拟合程度差值；表示新边缘线段的距离特 征；表示新边缘线段对应的局部范围区域内所包含的新边缘线段的数量；表示在第 个偏差参数下新边缘线段，与对应的局部范围区域内第个新边缘线段之间斜率特征的差 值。

进一步的，所述局部范围区域，包括的具体方法为：

最小外接矩形的长和宽的中点位置保持不变，将长和宽的长度分别增加和，将 最小外接矩形的长和宽增加后所对应的区域记为新边缘线段的局部范围区域，其中和为 预设的超参数。

进一步的，所述根据偏差敏感程度所形成的偏差空间获得新边缘线段的边缘置信程度，包括的具体方法为：

首先，对于任意新边缘线段在所有角度下对应的偏差敏感程度，由所有角度下对应的偏差敏感程度构成一个多维空间记为偏差空间，所述偏差空间的维度数量与任意新边缘线段的所有偏差敏感程度对应角度的数量相同；将新边缘线段在所有角度下对应的偏差敏感程度形成的三维坐标记为新边缘线段中边缘像素点的三维偏差坐标；

然后，在偏差空间中构建以任意边缘像素点为中心，且边长大小为的立方体，记 为偏差立方体，其中为预设的超参数；获取任意边缘像素点作为偏差立方体的中心时，与 其他边缘像素点之间三维偏差坐标的余弦相似度，记为偏差相似度；获取任意边缘 像素点作为偏差立方体的中心时，与其他边缘像素点之间三维偏差坐标的欧氏距离，记为 偏差距离；

最后，任意边缘像素点所在新边缘线段的边缘置信程度的具体计算方法为：

其中，表示第个边缘像素点所在新边缘线段的边缘置信程度，表示 第个边缘像素点作为偏差立方体中心时，与偏差立方体内第个边缘像素点之间的偏差 相似度；表示标准一维高斯函数；表示第个边缘像素点作为偏差立方体中心时， 与偏差立方体内第个边缘像素点之间的偏差距离；表示第个边缘像素点的三维偏 差坐标所形成的向量；表示第个边缘像素点作为偏差立方体中心时，偏差立方体内 第个边缘像素点的三维偏差坐标所形成的向量；表示第个边缘像素点作为偏差立方 体中心时，偏差立方体内所包括边缘像素点的数量；表示获取向量的模。

进一步的，所述利用边缘置信度完成三维GIS的输电线路跨越施工方案可视化，包括的具体方法为：

首先，利用线性归一化方法对所有边缘置信程度进行归一化处理，将边缘置信程度的归一化结果记为归一化边缘置信程度，将归一化边缘置信程度大于预设的置信阈值时对应的新边缘线段记为置信边缘线段，获取置信边缘线段在三维输电线路图像中的位置记为输电线路区域；

然后，利用分段线性增强算法对输电线路区域进行灰度增强，并通过显示器将增强后的输电线路区域进行可视化呈现。

本发明的技术方案的有益效果是：通过结合三维输电线路图像和不同角度下输电线路边缘图像中，利用多个偏差参数对边缘线段进行拟合后，根据拟合直线段之间的差异关系获得边缘置信程度，根据边缘置信程度的大小获得了输电线路所对应的置信边缘线段，进一步利用质心边缘线段的所在区域完成三维GIS的输电线路跨越施工方案可视化，提高了对输电线路位置信息的准确提取，并通过对获取的置信边缘线段所在的区域进行图像增强，提高了输电线路的可视化效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明基于三维GIS的输电线路跨越施工方案可视化方法的步骤流程图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的基于三维GIS的输电线路跨越施工方案可视化方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

下面结合附图具体的说明本发明所提供的基于三维GIS的输电线路跨越施工方案可视化方法的具体方案。

请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的基于三维GIS的输电线路跨越施工方案可视化方法的步骤流程图，该方法包括以下步骤：

步骤S001，获取多角度下的输电线路待测图像，并进行图像预处理操作以及边缘检测处理，获得输电线路边缘图像。

具体的，为了实现本实施例提出的基于三维GIS的输电线路跨越施工方案可视化方法，首先需要采集多角度下的输电线路待测灰度图像以及对应的多角度下的输电线路边缘图像，具体过程为：

首先，利用立体视觉技术，使用双目相机获取输电线路车载移动式跨越架在施工作业场景下不同视角的图像，通过多个图像之间的深度和纹理信息结合MVS算法获取的三维点云数据构建输电线路区域的三维图像，记为三维输电线路图像；并利用三维Canny算子获取三维输电线路图像中的边缘线，记为三维边缘线，三维边缘线由若干个体素形成，将三维边缘线中的体素记为边缘体素。

需要说明的是，MVS算法的中文名称为多视角立体重建算法，三维Canny算子的中文名称为三维坎尼算子，MVS算法和三维Canny算子为现有技术，因此MVS算法和三维Canny算子的具体算法过程本实施例不过多赘述。

需要说明的是，体素是三维图像数据中的最小体积元素，类似于二维图像中的像素，但体素是在三维空间中表示的，体素在三维图像数据中对应有三维坐标以及灰度值。

然后，将三维输电线路图像置于由三个坐标轴构成的三维直角坐标系中，获 取三维图像在三个坐标轴所对应方向上所映射的二维图像，记为输电线路待测图像， 获得多角度下的输电线路待测图像；并对输电线路待测图像进行去噪以及灰度化处理，获 得输电线路待测灰度图像。

需要说明的是，所述多角度下的输电线路待测图像即为在三个坐标轴方向 下分别进行映射后获得的二维图像。

最后，利用Canny边缘检测算法对多角度下的输电线路待测灰度图像进行边缘检测，获得若干个多角度下所对应的边缘图像，记为输电线路边缘图像。

需要说明的是，Canny边缘检测算法的中文名称为坎尼边缘检测算法，Canny边缘检测算法为现有算法，因此本实施例不过多赘述。

至此，通过上述方法得到多角度下的输电线路边缘图像。

步骤S002，对输电线路边缘图像中的边缘线进行直线拟合，并根据直线拟合结果获得直线拟合程度。

需要说明的是，由于旋转门算法对边缘线段的直线拟合受到偏差参数的影响较大，其偏差参数是控制其直线拟合效果的重要参数，其对后续通过边缘线段的直线拟合度区分边缘线段类型的结果起到决定性作用。因此如何获取每个边缘线段的自适应偏差参数，是获取准确边缘线段的直线模拟度的关键过程。

因此，通过多层次旋转门算法偏差参数处理下的边缘线段直线拟合结果，其表现出对不同偏差参数的敏感程度，即一定范围内的偏差参数变动对此边缘线段的直线拟合度影响较小，以此作为边缘线段的自身变化性质，结合多角度图像及三维图像上的边缘线段拟合直线段的方向一致性，最终实现边缘线段的类型区分，获得输电线路区域的位置提取。

由于需要对输电线路区域的边缘线段进行旋转门算法直线拟合，因此需要对获得的边缘像素点进行边缘线段提取，并进行坐标系上的边缘线段直线拟合，并根据直线拟合结果获得边缘线段的直线拟合程度。

具体的，首先，构建预设大小为的搜索窗口对任意输电线路边缘图像进行遍 历，将输电线路边缘图像中的边缘像素点作为搜索窗口的中心点，当任意边缘像素点为搜 索窗口的中心点的8邻域像素点，则搜索窗口的中心点与对应的8邻域像素点为同一个边缘 线，将若干个边缘像素点形成的同一个边缘线记为一个边缘线段，获得若干个边缘线段；其 中，为预设的超参数。

需要说明的时，根据经验预设搜索窗口的大小为，可根据实际情况进行调整， 本实施例不作具体限定。

其次，由于若干个边缘线段中可能存在边缘线段有多个分支的情况，不利于后续对边缘线段进行分析，而边缘线段含有多个分支时，在分支节点位置的边缘像素点对应8邻域中存在多个边缘像素点，因此获取搜索窗口的8邻域像素点中含有多个边缘像素点的中心点，记为边缘线段的断点，将断点所对应边缘像素点的灰度值设置为0，利用断点将断点所在的边缘线段分为多个不含有分支的边缘线段，将最终获得的边缘线段记为新边缘线段。

需要说明的是，新边缘线段包括由含有分支的边缘线段断开后获得的，也包括不含有分支的边缘线段。

需要说明的是，输电线路边缘图像中的边缘像素点的灰度值为255，非边缘像素点的灰度值为0。

然后，预设多个旋转门算法的偏差参数，并利用旋转门算法对任意新边缘线段进行直线拟合，获得任意偏差参数下新边缘线段对应的若干个拟合直线段，将对新边缘线段进行拟合后由对应的若干个拟合直线段形成的线段记为拟合线段。

由于输电线路边缘图像中的新边缘线段并非严格意义上的直线，因此在拟合过程中任意新边缘线段对应有多个首尾相连的拟合直线段。

另外，由多段首尾相邻的拟合直线段所形成的折线反映了边缘线段的弯折程度，拟合线段越接近一条直线则越符合输电线路待测图像中真实的输电线路的形态特点。

需要说明的是，根据经验预设旋转门算法的偏差参数为区间内的整数，可根 据实际情况对偏差参数取值进行调整，本实施例不作具体限定。

需要说明的是，旋转门算法为现有算法，现有的旋转门算法是对数据序列或数据曲线进行线性拟合的算法，可用于数据压缩和直线拟合，该算法在线性拟合时可以将数据序列或数据曲线拟合成若干个首尾相连的直线段；本实施例中预设多个旋转门算法的偏差参数，并利用旋转门算法对任意新边缘线段进行直线拟合得到获得任意偏差参数下新边缘线段对应的若干个拟合直线段，算法的具体过程和内容本实施例不过多赘述。

最后，获取任意偏差参数下新边缘线段的所有拟合直线段对应的斜率，并将任意两个相邻的拟合直线段对应斜率的差值记为斜率差值，获得若干个斜率差值；根据直线拟合结果获得任意角度下输电线路边缘图像中任意偏差参数下新边缘线段的直线拟合程度，具体计算方法为：

其中，表示新边缘线段的直线拟合程度；表示新边缘线段对应拟合直线段的 数量；表示新边缘线段中第个斜率差值。

直线拟合程度反映了新边缘线段的接近直线形态的程度。

直线拟合程度反映任意视角下输电线路图像中新边缘线段接近输电线路直线形态的近似程度，直线拟合程度越大，表明对应视角下输电线路图像中所述新边缘线段的形态越接近直线，即越有可能对应输电线路区域。

至此，通过上述方法得到任意视角下输电线路边缘图像中任意新边缘线段在所有偏差参数下对应的若干个直线拟合程度。

步骤S003：根据多个不同偏差参数处理的直线拟合结果获得新边缘线段的偏差敏感程度，根据偏差敏感程度所形成的偏差空间获得新边缘线段的边缘置信程度。

需要说明的是，新边缘线段的直线拟合程度只能初步区分新边缘线段的所属类型，其计算结果受到预设的偏差参数的影响较大，无法对输电线路中新边缘线段的准确区分。因此本实施例结合多层次的偏差参数处理结果下的新边缘线段的直线拟合程度的变化情况，以及新边缘线段的分布特性对新边缘线段进一步准确区分，直线拟合程度的变化程度与新边缘线段的形态有关，新边缘线段越接近直线，则在多个不同的偏差参数下利用旋转门算法进行直线拟合的过程中，直线拟合程度的变化程度越小，新边缘线段受偏差参数的影响越小，由此本实施例根据多个不同偏差参数下的直线拟合结果获得新边缘线段的偏差敏感程度。

所述新边缘线段的偏差敏感程度反映新边缘线段属于输电线路区域的置信程度，偏差敏感程度越大则表明对应偏差参数下新边缘线段的直线稳定程度越高，但对于不同的维度下的新边缘线段的偏差敏感程度，新边缘线段上的边缘像素点可能在三维空间中存在重叠问题，但由于单一维度下视角的限制，本实施例根据新边缘线段上边缘像素点的重叠程度获得置信权值，使后续获取的多维度重构的新边缘线段的置信程度有更高的区分度。

另外，本实施例中利用单一视角下的边缘像素点在三维空间上的重叠程度表示新边缘线段的置信权值，所述重叠程度表示新边缘线段上边缘像素点位置上发生重叠的像素点的数量，在单一视角下整个二维图像中像素点数量的占比；置信权值与不同视角下输电线路的形态结构关联，当输电线路的边缘像素点发生重叠的部分越少，新边缘线段的偏差敏感程度的置信程度越高。

具体的，步骤（1），根据多个不同偏差参数处理的直线拟合结果获得新边缘线段的偏差敏感程度。

本实施例利用层间的直线拟合程度差值与区域边缘线段方向一致性变化量进行表示新边缘线段的偏差敏感程度。

首先，获取任意新边缘线段在相邻大小的偏差参数下，对应直线拟合程度的差值，记为新边缘线段的直线拟合程度差值；获取任意角度下对应输电线路边缘图像中任意新边缘线段与其他新边缘线段之间的最短欧氏距离，记为新边缘线段的距离特征。

然后，获取任意角度下对应输电线路边缘图像中任意新边缘线段的所有斜率差值 的平均值，记为新边缘线段的斜率特征；获取任意输电线路边缘图像中任意新边缘线段的 最小外接矩形，最小外接矩形的长和宽的中点位置保持不变，将长和宽的长度分别增加和，将最小外接矩形的长和宽增加后所对应的区域记为新边缘线段的局部范围区域，其中 和为预设的超参数。

新边缘线段与对应的局部范围区域内其他新边缘线段的拟合直线段的斜率越接近，则新边缘线段的偏差敏感程度越大。

需要说明的是，根据经验预设超参数和分别为150和10，可根据经验进行调整， 本实施例不作具体限定。

其次，获取任意角度下任意新边缘线段中边缘像素点在三维输电线路图像中的三维坐标，将新边缘线段所在输电线路待测灰度图像在映射降维时，所降维度对应的坐标值置为0，将三维坐标中未置为0的坐标值记为对应边缘像素点的特殊坐标值；获取在三维输电线路图像中与特殊坐标值相同的若干个边缘体素，记为特殊坐标值所对应边缘像素点的重叠点，获得若干个重叠点。

例如，存在像素点在坐标轴方向下映射后的二维坐标为，则根据所述三 维坐标的获取方法该像素点在三维中对应的三维坐标为。

最后，在任意角度下对应输电线路边缘图像中，任意新边缘线段的偏差敏感程度的具体计算方法为：

其中，表示新边缘线段在第个偏差参数下对应的偏差敏感程度；表示新边 缘线段的置信权值；表示以自然常数为底数的指数函数；表示新边缘线段在个 偏差参数与第个偏差参数下对应的直线拟合程度差值；表示新边缘线段的距离特 征；表示新边缘线段对应的局部范围区域内所包含的新边缘线段的数量；表示在第 个偏差参数下新边缘线段，与对应的局部范围区域内第个新边缘线段之间斜率特征的差 值；表示新边缘线段上边缘像素点的数量；表示新边缘线段上第个边缘像素点的重叠 点的数量；表示新边缘线段所在输电线路边缘图像中新边缘线段的数量；表示输电线 路边缘图像中第个新边缘线段中第个边缘像素点的重叠点的数量。

偏差敏感程度反映新边缘线段对于多层次偏差参数处理过程中的直线拟合结果的变化稳定程度，使得可以根据反映边缘线段形态的直线拟合结果来进一步区分边缘线段所属的区域类型。

步骤（2），仅仅通过多视角下新边缘线段的偏差敏感程度无法保障对三维输电线路图像中真实的输电线路的边缘线段进行划分，因此本实施例利用三维点云数据在三维空间中的位置关系，获取边缘像素点的边缘置信程度。

首先，根据偏差敏感程度的获取方法获得任意新边缘线段在所有角度下对应的偏差敏感程度，则由所有角度下对应的偏差敏感程度构成一个多维空间记为偏差空间，所述偏差空间的维度数量与任意新边缘线段的所有偏差敏感程度对应角度的数量相同；将新边缘线段在所有角度下对应的偏差敏感程度形成的三维坐标记为三维偏差坐标；将新边缘线段的三维偏差坐标也作为新边缘线段中边缘像素点的三维偏差坐标。

需要说明的是，本实施例中选择了在三维坐标系中的，以及三个坐标轴方向上 获取新边缘线段的偏差敏感程度，分别记为第一偏差坐标、第二偏差坐标以及第三 偏差坐标，则由第一偏差坐标、第二偏差坐标以及第三偏差坐标形成对应新 边缘线段的三维偏差坐标。

边缘像素点在多个角度下的偏差敏感程度越大，且在偏差空间内与其他偏差敏感程度大小相近的边缘像素点的欧氏距离越接近，则该边缘像素点所在新边缘线段的边缘置信程度越大。

然后，在偏差空间中构建以任意边缘像素点为中心，且边长大小为的立方体，记 为偏差立方体，其中为预设的超参数；获取任意边缘像素点作为偏差立方体的中心时，与 其他边缘像素点之间三维偏差坐标的余弦相似度，记为偏差相似度；获取任意边缘 像素点作为偏差立方体的中心时，与其他边缘像素点之间三维偏差坐标的欧氏距离，记为 偏差距离。

需要说明的是，根据经验预设超参数为21，可根据实际情况进行调整，本实施例 不作具体限定。

最后，任意边缘像素点所在新边缘线段的边缘置信程度的具体计算方法为：

其中，表示第个边缘像素点所在新边缘线段的边缘置信程度，表示 第个边缘像素点作为偏差立方体中心时，与偏差立方体内第个边缘像素点之间的偏差 相似度；表示标准一维高斯函数；表示第个边缘像素点作为偏差立方体中心时， 与偏差立方体内第个边缘像素点之间的偏差距离；表示第个边缘像素点的三维偏 差坐标所形成的向量；表示第个边缘像素点作为偏差立方体中心时，偏差立方体内 第个边缘像素点的三维偏差坐标所形成的向量；表示第个边缘像素点作为偏差立方 体中心时，偏差立方体内所包括边缘像素点的数量；表示获取向量的模。

至此，通过上述方法得到边缘置信程度。

步骤S004：利用边缘置信度完成三维GIS的输电线路跨越施工方案可视化。

需要说明的是，由于边缘像素点的边缘置信程度反映偏差空间中边缘像素点属于实际的输电线路区域的可能性，通过预设的置信阈值对边缘像素点的边缘置信程度进行初步筛选，获得所有的置信边缘线段，并进行置信边缘线段的直线拟合方向上的邻近首尾连接可信度判断，输电线路应当是从图像的一侧延伸到图像的另一侧，且存在延伸方向法线方向邻近位置的平行边缘线段，由此判断出属于输电线路区域的边缘线段，由此根据其坐标位置信息获得输电线路区域位置信息提取。

具体的，首先，利用线性归一化方法对所有边缘置信程度进行归一化处理，将边缘置信程度的归一化结果记为归一化边缘置信程度，将归一化边缘置信程度大于预设的置信阈值时对应的新边缘线段记为置信边缘线段，获取置信边缘线段在三维输电线路图像中的位置记为输电线路区域。

然后，利用分段线性增强算法对输电线路区域进行灰度增强，并通过显示器将增强后的输电线路区域进行可视化呈现。

需要说明的是，分段线性增强算法为现有的图像增强算法，因此本实施不过多赘述。

至此，本实施例完成。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于三维GIS的输电线路跨越施工方案可视化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

获取三维输电线路图像以及三维边缘线，根据三维输电线路图像在三维坐标系中不同角度下的映射结果获得不同角度下的输电线路边缘图像；

构建预设大小的搜索窗口对任意输电线路边缘图像中的边缘线进行遍历获得边缘线段，将含有分支的边缘线段分为若干个新边缘线段，利用不同大小的预设偏差参数对任意角度下输电线路边缘图像中的新边缘线段进行直线拟合，获得若干个拟合直线段；根据拟合直线段的斜率差异获得新边缘线段的直线拟合程度；

根据新边缘线段的边缘像素点在三维输电线路图像中的坐标获得边缘像素点对应的若干个重叠点，根据重叠点的数量获得新边缘线段的置信权值；将置信权值、多个不同偏差参数下新边缘线段的斜率以及直线拟合程度的融合结果记为新边缘线段的偏差敏感程度，根据偏差敏感程度所形成的偏差空间获得新边缘线段的边缘置信程度；

利用边缘置信度完成三维GIS的输电线路跨越施工方案可视化。

2.根据权利要求1所述基于三维GIS的输电线路跨越施工方案可视化方法，其特征在于，所述获取三维输电线路图像以及三维边缘线，根据三维输电线路图像在三维坐标系中不同角度下的映射结果获得不同角度下的输电线路边缘图像，包括的具体方法为：

首先，利用立体视觉技术，使用双目相机获取输电线路车载移动式跨越架在施工作业场景下不同视角的图像，并结合MVS算法构建输电线路区域的三维图像，记为三维输电线路图像；利用三维Canny算子获取三维输电线路图像中的边缘线记为三维边缘线，三维边缘线由若干个体素形成，将三维边缘线中的体素记为边缘体素；

然后，将三维输电线路图像置于由三个坐标轴构成的三维直角坐标系中，获取三维图像在/>三个坐标轴所对应方向上所映射降维的二维图像，记为输电线路待测图像，获得多角度下的输电线路待测图像；并对输电线路待测图像进行去噪以及灰度化处理，获得输电线路待测灰度图像；

最后，利用Canny边缘检测算法对多角度下的输电线路待测灰度图像进行边缘检测，获得若干个角度下所对应的边缘图像，记为输电线路边缘图像。

3.根据权利要求1所述基于三维GIS的输电线路跨越施工方案可视化方法，其特征在于，所述构建预设大小的搜索窗口对任意输电线路边缘图像中的边缘线进行遍历获得边缘线段，包括的具体方法为：

构建大小为的搜索窗口对任意输电线路边缘图像进行遍历，将输电线路边缘图像中的边缘像素点作为搜索窗口的中心点，若任意边缘像素点为搜索窗口的中心点的8邻域像素点，则搜索窗口的中心点与对应的8邻域像素点属于同一个边缘线，将若干个边缘像素点形成的同一个边缘线记为一个边缘线段，获得若干个边缘线段；其中，/>为预设的超参数。

4.根据权利要求1所述基于三维GIS的输电线路跨越施工方案可视化方法，其特征在于，所述将含有分支的边缘线段分为若干个新边缘线段，包括的具体方法为：

获取搜索窗口的8邻域像素点中含有至少三个边缘像素点的中心点，记为边缘线段的断点，将断点所对应边缘像素点的灰度值设置为0，利用断点将断点所在的边缘线段分为多个不含有分支的边缘线段，将分开后获得的边缘线段记为新边缘线段。

5.根据权利要求1所述基于三维GIS的输电线路跨越施工方案可视化方法，其特征在于，所述利用不同大小的预设偏差参数对任意角度下输电线路边缘图像中的新边缘线段进行直线拟合，获得若干个拟合直线段；根据拟合直线段的斜率差异获得新边缘线段的直线拟合程度，包括的具体方法为：

首先，预设多个旋转门算法的偏差参数，并利用旋转门算法对任意新边缘线段进行直线拟合，获得任意偏差参数下新边缘线段对应的若干个拟合直线段；

然后，获取任意偏差参数下新边缘线段的所有拟合直线段对应的斜率，并将任意两个相邻的拟合直线段对应斜率的差值记为斜率差值，获得若干个斜率差值；

最后，将任意偏差参数下新边缘线段的所有斜率差值的累加和记为第一数值，将第一数值与新边缘线段对应拟合直线段的数量的乘积记为任意偏差参数下新边缘线段的直线拟合程度。

6.根据权利要求2所述基于三维GIS的输电线路跨越施工方案可视化方法，其特征在于，所述根据新边缘线段的边缘像素点在三维输电线路图像中的坐标获得边缘像素点对应的若干个重叠点，根据重叠点的数量获得新边缘线段的置信权值，包括的具体方法为：

首先，获取任意角度下任意新边缘线段中边缘像素点在三维输电线路图像中的三维坐标，将新边缘线段所在输电线路待测灰度图像在映射降维时，所降维度对应的坐标值置为0，将三维坐标中未置为0的坐标值记为对应边缘像素点的特殊坐标值；获取在三维输电线路图像中与特殊坐标值相同的若干个边缘体素，记为特殊坐标值所对应边缘像素点的重叠点，获得若干个重叠点；

然后，将任意角度下输电线路边缘图像中任意新边缘线段中所有边缘像素点的重叠点数量的累加值记为第二数值，将输电电路边缘图像中所有新边缘线段中所有边缘像素点的重叠点数量的累加值记为第三数值，将第二数值与第三数值的比值记为新边缘线段的置信权值。

7.根据权利要求1所述基于三维GIS的输电线路跨越施工方案可视化方法，其特征在于，所述将置信权值、多个不同偏差参数下新边缘线段的斜率以及直线拟合程度的融合结果记为新边缘线段的偏差敏感程度，包括的具体方法为：

首先，获取任意新边缘线段在相邻大小的偏差参数下，对应直线拟合程度的差值，记为新边缘线段的直线拟合程度差值；获取任意角度下对应输电线路边缘图像中任意新边缘线段与其他新边缘线段之间的最短欧氏距离，记为新边缘线段的距离特征；获取任意角度下对应输电线路边缘图像中任意新边缘线段的所有斜率差值的平均值，记为新边缘线段的斜率特征；

然后，获取任意输电线路边缘图像中任意新边缘线段的最小外接矩形，根据最小外接矩形获得新边缘线段的局部范围区域；

最后，在任意角度下对应输电线路边缘图像中，任意新边缘线段的偏差敏感程度的具体计算方法为：

其中，表示新边缘线段在第/>个偏差参数下对应的偏差敏感程度；/>表示新边缘线段的置信权值；/>表示以自然常数为底数的指数函数；/>表示新边缘线段在/>个偏差参数与第/>个偏差参数下对应的直线拟合程度差值；/>表示新边缘线段的距离特征；/>表示新边缘线段对应的局部范围区域内所包含的新边缘线段的数量；/>表示在第/>个偏差参数下新边缘线段，与对应的局部范围区域内第/>个新边缘线段之间斜率特征的差值。

8.根据权利要求7所述基于三维GIS的输电线路跨越施工方案可视化方法，其特征在于，所述局部范围区域，包括的具体方法为：

最小外接矩形的长和宽的中点位置保持不变，将长和宽的长度分别增加和/>，将最小外接矩形的长和宽增加后所对应的区域记为新边缘线段的局部范围区域，其中/>和/>为预设的超参数。

9.根据权利要求1所述基于三维GIS的输电线路跨越施工方案可视化方法，其特征在于，所述根据偏差敏感程度所形成的偏差空间获得新边缘线段的边缘置信程度，包括的具体方法为：

首先，对于任意新边缘线段在所有角度下对应的偏差敏感程度，由所有角度下对应的偏差敏感程度构成一个多维空间记为偏差空间，所述偏差空间的维度数量与任意新边缘线段的所有偏差敏感程度对应角度的数量相同；将新边缘线段在所有角度下对应的偏差敏感程度形成的三维坐标记为新边缘线段中边缘像素点的三维偏差坐标；

然后，在偏差空间中构建以任意边缘像素点为中心，且边长大小为的立方体，记为偏差立方体，其中/>为预设的超参数；获取任意边缘像素点作为偏差立方体的中心时，与其他边缘像素点之间三维偏差坐标的余弦相似度，记为偏差相似度/>；获取任意边缘像素点作为偏差立方体的中心时，与其他边缘像素点之间三维偏差坐标的欧氏距离，记为偏差距离；

最后，边缘像素点所在新边缘线段的边缘置信程度的具体计算方法为：

其中，表示第/>个边缘像素点所在新边缘线段的边缘置信程度，/>表示第/>个边缘像素点作为偏差立方体中心时，与偏差立方体内第/>个边缘像素点之间的偏差相似度；/>表示标准一维高斯函数；/>表示第/>个边缘像素点作为偏差立方体中心时，与偏差立方体内第/>个边缘像素点之间的偏差距离；/>表示第/>个边缘像素点的三维偏差坐标所形成的向量；/>表示第/>个边缘像素点作为偏差立方体中心时，偏差立方体内第/>个边缘像素点的三维偏差坐标所形成的向量；/>表示第/>个边缘像素点作为偏差立方体中心时，偏差立方体内所包括边缘像素点的数量；/>表示获取向量的模。

10.根据权利要求1所述基于三维GIS的输电线路跨越施工方案可视化方法，其特征在于，所述利用边缘置信度完成三维GIS的输电线路跨越施工方案可视化，包括的具体方法为：

首先，利用线性归一化方法对所有边缘置信程度进行归一化处理，将边缘置信程度的归一化结果记为归一化边缘置信程度，将归一化边缘置信程度大于预设的置信阈值时对应的新边缘线段记为置信边缘线段，获取置信边缘线段在三维输电线路图像中的位置记为输电线路区域；

然后，利用分段线性增强算法对输电线路区域进行灰度增强，并通过显示器将增强后的输电线路区域进行可视化呈现。