[发明专利]电力系统中输电塔的快速人机交互动态建模方法及系统

说明书

本公开提出了电力系统中输电塔的快速人机交互动态建模方法及系统，包括：根据输电塔关键点的坐标计算出塔杆的增长方向，并沿此方向采样出吸引点；利用空间殖民算法构建输电塔的3D骨架，在构建的过程中产生分支节点；基于吸引点和分支节点的约定关系，并通过引入插值时间因子，形成可视化的输电塔动态增长模型。采用快速人机交互动态建模方法可以快速的重建出输电塔的动态增长模型。

技术领域

本公开属于计算机技术领域，尤其涉及电力系统中输电塔的快速人机交互动态建模方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

考虑到电网的网络化运营和管理，有必要建立一个自动化、信息化、交互化的智能电网系统，三维重建技术在智能电网的可视化管理与运行分析过程中占据着重要地位。输电塔作为电力系统的重要组成部分，对电力系统的安全可靠运行起着至关重要的作用，有必要熟练的掌握输电塔的构建过程，才能更好实施输电塔的基建工作，可视化的三维模型结合动态增长效果就能很直观的展现出输电塔的构建过程。因此，研究输电塔模型的三维重建方法有着重要的实际应用价值。

在电力基建工程中，输电塔结构存在镂空、遮挡、特征点少等复杂问题，导致三维重建精度较低。如何重建出高质量的输电塔三维模型一直是智能电网和计算机视觉领域研究中的一个难题。输电塔的三维重建方法大致可分为三种：软件建模方法、图像建模方法以及扫描设备建模方法。目前输电塔模型的构建大多数依赖于第一种方法，该方法需要专业人员使用专业软件进行建模，重建精度高，但其效率低，需要花费大量的时间。图像建模方法需要从不同的角度获取输电塔的图像或视频，然后对图像进行相关处理，利用几何约束条件恢复电塔的三维信息。该方法重建效率高，适用于大范围场景三维重建，但由于输电塔结构复杂，在图像采集过程中容易产生自遮挡和纹理弱等问题，造成三维重建精度较低。扫描设备建模的方法是指利用激光或结构光设备采集输电塔模型的三维点云，该方法重建精度较高，但设备价格昂贵、不便于携带，而且不能获得模型颜色纹理。因此，需要探索一种更好的方式对输电塔模型进行三维重建。

输电塔是一种典型的具有特殊结构的条形交错物体，已有一些高质量的重建方法用于输电塔模型的重建。然而，基于现有技术，还没有基于程序快速生成输电塔模型方法的研究。目前输电塔三维模型大多数是依赖于专业建模人员使用专业建模软件手工创建，尽管有人提出了简化的软件建模方法，但工作量还是较大，效率低，难以满足电力系统中输电线路快速数字化建模的需要。基于图像的输电塔重建方法的研究很少报道，Huang等人提出了一种基于模型驱动的无人机图像重建方法，利用先验形状和共面约束，对塔体线段进行匹配，通过拟合4个主支腿和4个侧面对塔体进行建模，然后利用MCMC采样器，通过概率估计得到塔头参数。也有对其它线状塔体进行研究的，例如Deidda等人通过运动恢复结构(SFM)算法获得点云数据，再利用体素化和骨架提取法对信号塔模型进行重建。Kniazd等人针对Shukhov塔，在传统的基于图像的三维重建算法中引入深度卷积神经网络来改进密集图像匹配过程，从而提高重建精度。

目前大多数对输电塔重建的研究是基于扫描设备激光Lidar的重建方法，一些学者研究发现需要预先建立一个模型库，然后再对点云数据进行分类和识别处理才能获得更高精度的输电塔模型，即模型驱动方法。Li等人首次提出了基于模型驱动的方法，把输电塔分为：腿、身和头，然后通过SVM分类器来分类头部类型，然而，这种方法只能确定头部类型，不能估计头部参数，造成重建精度降低。Chen等人将输电塔分为：倒三角锥下部结构、四棱锥中部结构和复杂的上部结构，采用先验知识和数据驱动方法对中部和下部进行重构，采用先验抽象模板重建上部结构。Wu等人根据输电塔点云数据计算点云分布的方向特征，然后捕捉点云模型关键点，利用模型匹配算法选择与点云最匹配的输电塔模型。