[发明专利]一种机载LIDAR数据电力线快速提取及重构方法

说明书

技术领域

本发明涉及测绘技术领域，更具体地，涉及一种机载LIDAR数据电力线快速提取及重构方法。

背景技术

当前直升机巡线技术的空间定位量测精度不高，而直升机搭载LIDAR(激光雷达)系统正好能较好解决这个问题。机载LIDAR系统可以获取航空数码影像和激光点云数据，数据经过处理可以对输电线走廊地物进行安全故障检测。目前国外已经将激光雷达系统用于电网的勘测设计和维护，我国则处于起步阶段。

激光雷达技术检测电力线，关键是电力线的识别和重构。目前已有学者对此进行研究并取得了一定成果，但是他们大都只能检测单个跨度间的电力线，不能实现多个跨度间电力线自动提取。如Robert A在“从机载LIDAR数据中提取传输线”(MCLAUHLIN R A，Extracting Transmission Lines From Airborne LIDAR Data，IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters，vol.3，2006.pp：222-226)利用悬链线方程对单个跨度内的电力线数据建立局部仿射模型，该方法提取率只有72.1％。Thomas Melzer在“从ALS点云中对电力线的提取和建模”(THOMASM，CHRISTIAN B，″Extraction and Modeling of Power Lines From ALS Point Clouds″，IEEEE，2004)利用悬链线方程做为假设模型，任意选择数据点子集为初始点集，通过RANSAC方法识别单根电力线。该算法初始模型选择很关键。如果选择的不是同一根电力线上的点云，就要重新选取，影响提取速度。同时，该算法要重复计算点到假设模型的距离，计算量比较大。Y.Jwa(JWA Y，SOHN G，KIM H.，AUTOMATIC 3D POWERLINE RECONSTRUCTION USING AIRBORNE LIDARDATA.IAPRS，Vol.XXXVIII，2009.pp：105-110.)提出了利用VPLD方法提取电力线，他的基本思想是利用悬链线方程在小立方体内分段拟合电力线参数，比较当前立方体内拟合的电力线参数与上一个立方体内参数的变化，判断是否属于同一根电力线。该方法提取率达到93.8％，但是对于点云稀疏的数据不适用。芬兰Terrasolid软件中的电力线检测模块，能实现电力线的检测和到地物点距离量测，但是不能跨越多个跨度间电力线检测。

可见，在现有技术中的电力线提取技术上，目前还没有比较好的方法能自动识别电力线并且能实现多个跨度间的电力线提取。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明的目的是要解决从机载LIDAR点云数据中提取电力线及电塔，并对电力线进行三维重构，实现输电线走廊中多个跨度间电力线的自动提取和拟合。

为了实现上述目的，本发明提供了一种机载LIDAR数据电力线快速提取及重构方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，通过机载激光雷达测量系统获取大量的激光点云数据，其中包括非电力线形成的点云数据；利用非电力线与电力线在高度上的间距，通过适当设置高程阈值对激光点云数据进行滤波，剔除非电力线形成的点云数据；

步骤2，在点云数据滤波完成后，针对电力线候选点云数据中仍包含的电塔数据，根据电塔两边点云密度变化特点对电塔进行剔除；

步骤3，从电力线的点云数据采用直方图统计分析法统计每层电力线的点数，进行电力线的分层，然后对同一层中的电力线进行拟合，从而分离出单根电力线上的点云数据；

步骤4，利用悬链线方程，对电力线进行拟合，估算出悬链线方程参数，最终实现电力线的矢量化。

优选地，所述步骤3中根据电力线在二维平面的投影为直线，判断电力线的走向，从而实现多个跨度间电力线的提取。

优选地，所述步骤4具体包括：根据悬链线方程y＝kcosh(x/k)-k建立导线模型，利用最小二乘原理估算模型参数，实现电力线的拟合；其中k＝g/ρ，ρ是电力线的水平应力，g是电力线的比载。

本发明可以弥补已有算法中只能进行单个跨度电力线提取的缺陷，能快速实现多个跨度间的电力线自动提取和电塔提取，并且对于稀疏的点云数据也能够提取，提取效率很高。本发明可以用于电力部门进行输电线路安全巡检，可以量测导线到树木、建筑物的距离，判断输电线走廊周围地物到导线的距离是否符合安全距离要求，一旦超出安全范围，电力部门可以采取措施避免事故发生，大大提高输电线巡检效率。

附图说明