[发明专利]一种基于激光LIDAR点云的输电线路铁塔倾斜自动检测方法

说明书

本发明公开了一种基于激光LIDAR点云的输电线路铁塔倾斜自动检测方法，通过考虑到铁塔塔身各层在水准面上投影成标准矩形的结构特征，确定铁塔塔身各层点云最小外接矩形的中心点作为中轴点，通过多层中轴点进行空间直线拟合铁塔中轴线来确定铁塔倾斜度。通过最小外接矩形的面积、比例变化实现塔身自动提取，利用矩形内切点高程检验与抗差估计实现本方法在塔身点云存在噪点、缺点情况下的适用性，提升了LiDAR点云输电线路铁塔倾斜检测算法自动化程度与鲁棒性。

技术领域

本发明涉及电力设备监测技术领域，特别涉及一种基于激光LIDAR点云的输电线路铁塔倾斜自动检测方法。

背景技术

随着机载激光LiDAR技术在电网运维应用的不断深化，电网已经形成周期性激光巡检的工作模式，铁塔点云数据也成为电网运维的常备数据。同时机载激光LiDAR技术具有作业便捷、测量精度高的特点，成为一种更为安全、便捷、经济的输电线路铁塔倾斜检测新手段。现有的利用LiDAR点云数据进行铁塔倾斜检测的方法，大致存在两种方面问题，1)无法自动提取出具有对称结构的塔身部分，过滤高低腿、塔头等非对称结构对铁塔倾斜估计的影响；2)塔身中轴点提取方法缺乏必要的检核条件，在塔身点云存在噪点、缺点情况适应性较低。

发明内容

有鉴于此，本发明考虑到铁塔塔身各层在水准面上投影成标准矩形的结构特征，目的是提出一种基于分层最小外接矩形与抗差估计的LiDAR点云输电线路铁塔倾斜检测方法，确定铁塔塔身各层点云最小外接矩形的中心点作为中轴点，通过多层中轴点进行空间直线拟合铁塔中轴线来确定铁塔倾斜度。通过最小外接矩形的面积、比例变化实现塔身自动提取，利用矩形顶点高程检验与抗差估计实现本方法在塔身点云存在噪点、缺点情况下的适用性，提升LiDAR点云输电线路铁塔倾斜检测算法自动化程度与鲁棒性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的一种基于激光LIDAR点云的输电线路铁塔倾斜自动检测方法，包括如下步骤：

步骤S1：铁塔点云分层：提取铁塔点云最低点高程值h_min，按步长k沿高程方向将铁塔点云分割成若干层，得到分层点云集合{Φ₁,Φ₂,…,Φ_n}；

步骤S2：计算最小外接矩形：将分层点云Φ_i投影至xOy平面上，求解投影后平面点集的最小外接矩形R_i，其顶点为(P_i¹,P_i²,P_i³,P_i⁴)，长宽面积分别为L_i，W_i，S_i；

步骤S3：提取塔身点云：利用塔身点云外接矩形大致呈正方形分布，且从下至上面积递减的特性，过滤高低腿与塔头的分层点云；

步骤S4：外接矩形倾斜检测：计算分层最小外接矩形各边与分层点集的内切点，利用内切点高程检验过滤因铁塔点云存在缺点、噪点导致外接矩形倾斜情况，当矩形倾斜时矩形中点可能会偏离铁塔中轴；

步骤S5：确定杆塔中轴点。通过步骤将四边内切点高程平均值作为外接矩形中心点的高程值,将中心点加入到杆塔中轴点集Pset；

步骤S6：抗差估计直线拟合：将抗差估计应用到铁塔中轴线拟合中，通过选权迭代的方式自适应调整各中轴点的拟合权重，达到降低偏移点在直线拟合中影响度的目的；

步骤S7：进行铁塔倾斜度计算。

进一步，所述步骤S3中，令i←1，进行分层点云Φ_i塔身检验，判断公式如下：