[发明专利]基于机载激光雷达的输电线路塔头及地线实时探测方法

说明书

本发明涉及一种基于机载激光雷达的输电线路塔头及地线实时探测方法，其技术特点是：通过搭载在无人机上的激光雷达采集输电线路点云，并对采集到的输电线路点云做畸变校正；对去除畸变的点云进行塔头及地线检测，得到并输出塔头及地线相对于无人机的方位及距离，无人机根据塔头及地线相对于无人机的方位及距离在输电线路正上方飞行。本发明通过对激光雷达采集到的点云做畸变校正并进行塔头和地线检测，能够实时输出输电线路的塔头及地线的方位及距离，无人机可利用这两个数值实时控制其在输电线路正上方飞行，从而实现高精度的激光雷达电力巡检功能，有效地提高了工作效率，降低了工作强度，可广泛用于输电线路检测领域。

技术领域

本发明属于输电线路技术领域，涉及塔头及地线的方位及距离探测，尤其是一种基于机载激光雷达的输电线路塔头及地线实时探测方法。

背景技术

目前，输电线路的激光雷达点云采集是一种常见的电力巡检方式。但是，由于激光雷达的测程有限，因此，搭载激光雷达的无人机需要准确地在目标线路正上方飞行，才能实现精准的巡检功能。为了保证无人机准确地在目标线路正上方飞行，这就要求输电线路的巡检人员必须得到准确的杆塔坐标，并基于塔杆坐标来规划精确的无人机飞行航线。但是，在大多数情况下，巡检作业人员拿到的杆塔坐标会有数米到数十米的偏差，搭载激光雷达的无人机难以实现精准的巡检功能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、效率高且准确可靠的基于机载激光雷达的输电线路塔头及地线实时探测方法。

本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于机载激光雷达的输电线路塔头及地线实时探测方法，包括以下步骤：

步骤1、通过搭载在无人机上的激光雷达采集输电线路点云，并对采集到的输电线路点云做畸变校正；

步骤2、对去除畸变的点云进行塔头及地线检测，得到并输出塔头及地线相对于无人机的方位及距离，无人机根据塔头及地线相对于无人机的方位及距离在输电线路正上方飞行。

而且，所述激光雷达包括运动部件及激光测距传感器，所述运动部件运行一圈所采集到的点云为一帧点云，所述点云是伴随着无人机的运动采集的。

而且，所述畸变校正的具体实现方法为：

首先，选择用激光雷达里程计的方式来进行雷达运动估计：对于前后两帧点云数据P_t1、P_t2，提取出点云中的关键特征点计算每个关键点的特征向量通过特征向量相似度找到的匹配关系，依据匹配关系并通过PNP算法，计算出两帧之间的运动关系所述P_t1的雷达采集时间段为t1～t1+s,P_t2的雷达采集时间段为t2～t2+s，s是雷达旋转一圈的时间，s＝t2-t1；

然后，采用迭代的方式逐步优化关键特征点及运动关系

最后，在得到运动关系后，更新激光雷达坐标使用更新后的坐标，进一步计算运动关系，直到激光雷达坐标变化幅度小于阈值后停止。

而且，所述运动关系的初值采用GNSS定位及IMU的姿态。

而且，所述步骤2采用直方图统计、聚类及滑动滤波方法对去除畸变的点云进行塔头及地线检测。

而且，所述直方图统计方法为：统计点云的高度直方图分布，抽取出最近的5％的点云。

而且，所述聚类是将点数最多的类别大概率为塔头及地线点，并输出这个聚类中心的方位及距离。

而且，所述滑动滤波方法为：设置一个时间窗口，对于这个时间窗口中检测到的塔头及地线的方位及距离做进一步地平滑，以过滤其他大尺寸目标。

本发明的优点和积极效果是：