[发明专利]基于LiDAR点云的多分裂导线自动提取与精细建模方法

说明书

本发明公开了一种基于LiDAR点云的多分裂导线自动提取与精细建模方法，包括：步骤1，从LiDAR点云中提取电力线和电力塔点云；步骤2，根据电力线点在局部区域内高程基本相同、而电力塔点在局部区域内高程变化大的特点，从电力线和电力塔点云中进一步提取电力塔点云，剔除电力塔点云得电力线点云；步骤3，对电力线点云进行空间分割，得到各相电力线点云；采用随机一致性检测法检测各相电力线点云中的噪声点，并剔除；步骤4基于二分法从单相导线点云中提取分裂子导线点云，并对分裂子导线点云进行悬链线拟合。本发明方法可提高三维巡线系统的效率，获得更精准的三维坐标，降低电力线走廊巡线成本。

技术领域

本发明属于激光雷达点云数据信息提取技术领域，涉及一种基于LiDAR点云的多分裂导线自动提取与精细建模方法。

背景技术

电力工业是国民经济基础工业之一，是国家的重要支柱产业。随着我国经济高速发展，超高压大容量输电线路越建越多，线路走廊穿越地理环境更复杂，给线路维护带来很多困难。

机载激光扫描(Light Detection and Ranging，LiDAR)技术作为近年来快速发展的一项新技术，可以快速获取高精度的三维信息。该技术具有全天候工作等优点，可以弥补传统航空摄影测量难以快速进行电力线测量的缺憾，提高电力巡线的效率，减少输电事故的发生。因此，研究机载激光扫描数据中电力线的自动提取和精细重建技术对电力巡线工作有着非常重要的现实意义。

在高压、超高压、特高压输电线路架设中，为抑制电晕放电和线路电抗，一般采用多分裂导线进行架设，且每隔一段距离采用间隔棒对分裂导线进行固定。但现有文献中的LiDAR电力线建模研究绝大部分局限于非分裂导线，或者把多分裂导线当成单导线来进行处理，且现有方法只适用于数据质量较好的情况，对于存在较多噪声的点云数据，提取与重建结果并不理想。例如，澳大利亚的McLaughlin根据LiDAR点云的维数特征自动提取电力线，通过点的聚集方法，得到同一条导线上的点数据，再通过悬链线方程拟合，但该方法在检测电力线点的过程中易受噪声的影响，提取的各条电力线有间断，并不连续；余洁采用滤波的方法滤除地面和植被点，采用二维Hough变换分离各条电力线，根据双曲余弦函数拟合单条电力线，但树木和电力线混合区域的提取结果会相对变差，当电力线出现垂直排列时，用二维Hough变换很难检测出多条电力线；陈驰采用同一条电力线的局部相邻点的高程比较接近这一原则，统计每条电力线在XOY投影面上的邻近点，判断其高程差是否超过一定的阈值的方法解决重投影的问题，但对于多分裂导线仅利用高程值特征很难区分每一根分裂导线。

在多分裂导线提取方面，王成、夏少波首次提出一种多分裂导线全自动三维重建方法，采用空间聚类识别单股电力线点云，然后分段进行主成分分析并投影到与主方向垂直的平面上，对第一段数据采用全排列的方法进行k-means聚类确定分裂数，然后对每段进行聚类，最后基于悬链线进行最小二乘拟合。该方法处理过程复杂且只适用于数据质量较好的情况，对于存在较多噪声的点云数据，提取与重建结果并不理想。主要原因是该算法对噪声敏感，抗噪性不强，提取的电力线不连续、不完整，拟合精度的不够高，且当分裂导线间存在间隔棒时，会出现聚类误差过大甚至错误。

因此，随着机载LiDAR电力巡线的推广应用，电力部门急需一种能够克服连续噪声影响的多分裂电力线提取与精细重建的稳健方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种更稳健的基于LiDAR点云的多分裂导线自动提取与精细建模方法。

本发明的技术方案如下：

一、基于LiDAR点云的单相电力线自动提取方法，包括：

步骤1，从LiDAR点云中提取电力线和电力塔点云；

步骤2，根据电力线点在局部区域内高程基本相同、而电力塔点在局部区域内高程变化大的特点，从电力线和电力塔点云中进一步提取电力塔点云，剔除电力塔点云得电力线点云；