[发明专利]无人机单航带倾斜摄影电力线障碍物巡检方法

说明书

本发明属于摄影测量领域，尤其涉及无人机单航带倾斜摄影电力线障碍物巡检方法。包括利用无人机沿电力线进行单航带倾斜摄影，其特征在于：还包括以下步骤：步骤一，恢复影像位姿信息以及电力线走廊地表模型；步骤二，基于铅垂线与核线约束确定悬挂点同名像点，并计算电力线悬挂点三维坐标；步骤三，基于铅垂面约束的电力线点空间位置的恢复；步骤四，利用悬链方程实现完整空间电力线拟合；步骤五，利用空间缓冲区进行障碍物测距分析。本发明使用无人机单航带倾斜摄影方式进行电力线巡检，利用铅垂面约束恢复空间电力线，并利用缓冲区进行空间测距，操作简单，精度高，巡检效率高。

技术领域

本发明涉及无人机单航带倾斜摄影电力线障碍物巡检方法，属于摄影测量领域。

技术背景

近年来，随着社会经济的快速发展及城镇化快速建设，生活与工业用电需求越来越大。高压输电线路作为国家的重要基础设施，输电线路的安全与人们日常生活息息相关。输电线路具有距离长、覆盖范围大等特点，如果维护巡检不及时，极易发生因周围树木干扰导致电力线路单相接地甚至短路跳闸，从而引发停电事故，严重时甚至会发生起火。为了防止电网发生安全事故，需要定期对电力线走廊进行巡检。

目前输电线路主要巡检方式为：人工巡检、机载激光扫描巡检、地面移动测量巡检、直升机巡检以及无人机巡检。人工巡检存在劳动强度大、效率低、难以管理等问题；机载激光扫描巡检数据量巨大，处理十分不便，且激光扫描仪具有成本高、危险系数大等特点；地面移动测量巡检由全球卫星定位系统(GNSS)、惯性导航系统(IMU)、三维激光扫描等高度集成的测量系统，可以由人工携带或安装在汽车上，但高压输电线路主要位于缺乏运输网络的区域，从而限制地面移动测量系统的应用；直升机巡检是由直升机搭载高分辨率可见光相机及高精度POS对电力线走廊进行巡检，但直升机需要专业飞行人员驾驶，成本与危险系数高；无人机巡检是由无人机搭载高分辨率可见光相机及高精度POS对电力线走廊进行巡检。无人机巡检相比其他巡检方式具有成本低，安全系数高等特点，因此通过在无人机上安装可见光相机可以实现大面积电力线走廊的巡检。郑顺义、Zhang Yong等人使用无人机进行电力线巡检研究。郑顺义等提出一种基于铅垂线轨迹法的电力线测距，但测距的精度和稳定性不高，且只能探测电力线与正下方障碍物距离。Zhang Yong等人使用多航带摄影几何，虽然可以利用核线确定电力线点的同名像点，但是相比单航带摄影增加了飞行成本与计算复杂度。

现有技术中中国专利申请201711115974.4公开了一种自动巡航电力线路检测无人机，其处理器模块对于每帧影像画面执行降噪和对比度强化，然后将其转化为二值图像。针对该二值图像，运用微分算子通过卷积运算计算二值图像中每个像素的梯度值，并且将梯度值与预定的边缘梯度阈值进行比较，梯度值高于边缘梯度阈值的像素被认定为边缘像素，本步骤中采用的微分算子包括canny算子、sobel算子、ratio算子或者Gabor算子。所检测出来的边缘像素既包括每条电力线的两条边缘上的像素，也包括了背景中的公路、山脊等区域的边缘像素。其存在的不足是精度不高，计算量大。

发明内容

本发明目的在于解决现有技术不足，提供一种巡检精度高、巡检效率高的无人机单航带倾斜摄影电力线障碍物巡检方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：无人机单航带倾斜摄影电力线障碍物巡检方法，包括利用无人机沿电力线进行单航带倾斜摄影，其特征在于：还包括以下步骤：

步骤一，利用无人机差分GPS或/和地面控制点数据对电力线走廊的倾斜影像进行空三匹配平差，从而得到每幅影像精确的内外方位元素，然后经过密集匹配生成密集点云，对生成的密集点云构建不规则三角网，从而恢复出电力线走廊整个区域的地表三维模型；

步骤二，基于铅垂线与核线约束确定电力线悬挂点在其相邻影像中的同名像点，利用空间前方交会计算电力线悬挂点的三维坐标；

步骤三，通过电力线两端的悬挂点三维坐标确定电力线所在的铅锤面，基于铅垂面约束计算电力线上点的空间位置；