[发明专利]基于点云数据的输电线路对地表净空距离轮廓线提取方法

摘要

本发明公开了一种基于点云数据的输电线路对地表净空距离轮廓线提取方法，通过点云获取、点云分类、导线拟合、档距分区、净空距离计算和距离最小点提取、净空距离最小点投影转换、轮廓线生成等步骤，提取出特高压直流输电线路导线对下方线路走廊地表净空距离的轮廓线，轮廓线的高低即标识导线对地净空距离的大小，可直观展示静止或风偏不同工况情况下导线与下方地物的距离情况，同时可基于轮廓线实现线路走廊地表多期数据的对比，发现导线下方地物或树木发生变化的区域，为线路走廊管控提供参考。所述轮廓线提取方法设计科学合理，能充分考虑不同工况，得出整段输电线路导线与地表的最小净空距离，以实现对树障的管控。

主权项

1.一种基于点云数据的输电线路对地表净空距离轮廓线提取方法，所述提取方法包括以下步骤：§1点云数据获取使用无人机搭载激光雷达设备对输电线路进行三维激光点云数据采集；§2点云分类对所述步骤§1获取到的输电线路点云数据进行分类，分为导线点云、杆塔点云和地物点云；§3导线拟合基于所述步骤§2分类后的点云数据，通过导线设计挂点坐标或手动选点或自动拟合的方式，依据抛物线悬链公式对导线进行拟合，生成连续的矢量导线：y＝ax²+bx+c(a、b、c是抛物线参数)……(1)将两根电线杆之间的点投影到电力线方向和z轴所在的平面，用数值分析中曲线拟合及函数逼近方法解算式(1)中最佳的参数a,b,c，得到每条电力线的最佳参数，则可三维重建每条电力线；考虑导线风偏对导线对地距离的影响，除了拟合出静态条件下的电力线外，还需要根据下述公式拟合风偏情况下的导线弧垂；风偏情况下导线任意点处弧垂为：该点处水平风偏x为：该点处垂直风偏y为：§4设置导线下方导线投影两侧需进行净空距离计算的缓冲区宽度，将缓冲区沿导线方向等分为若干个矩形区域；§5计算导线风偏范围内导线弧垂到每个矩形区域的净空距离，提取出每个区域内净空距离最小的点，为实现后续轮廓线的生成提供数据基础；基于点云的空间距离运算方法：两个不同的二维平面直角坐标系之间转换，使用四参数模型,在该模型中有四个未知参数，即：1)两个坐标平移量△X和△Y，即两个平面坐标系的坐标原点之间的坐标差值；2)平面坐标轴的旋转角度α，通过旋转所述角度α，使两个坐标系的X和Y轴重合在一起；3)尺度因子K，即两个坐标系内的同一段直线的长度比值，实现尺度的比例转换，通常K值几乎等于1；以电力档为单位，将投影坐标系转换为以电力线方向为X轴，垂直于X轴为Y轴，小号杆塔位置为原点O的坐标系，重新结算点云坐标值；进行基本公式推导：T_x＝D_x×cosα+D_y×sinα……(5)T_y＝‑D_x×sinα+D_y×cosα……(6)任一点坐标从自定义转换到投影坐标：DD_x＝x₀+T_x×cosα……(7)DD_y＝y₀+T_x×sinα……(8)DD_z＝ax₀*x₀+bx₀+c……(9)空间距离运算：d_x＝DD_x‑x₀……(10)d_y＝DD_y‑y₀……(11)d_z＝DD_z‑z₀……(12)式中，D_x、D_y为导线弧垂任意点在投影坐标系中的XY坐标，T_x、T_y为该点在自定义坐标系中的XY坐标；x_o、y_o、z_o为自定义坐标系中任意地物点的坐标；DD_x、DD_y、DD_z为地物点转换到投影坐标系后的坐标；d_x、d_z、d_y为地物点与导线点的导线方向距离、水平距离和垂直距离；§6将提取出的缓冲区每个矩形区域内的点投影至导线投影和导线所在的竖直平面；§7将提取的原始点的三维坐标赋予给相应的投影点，使得每个投影点的属性信息里既包含投影后的坐标，也包含提取的原始点的坐标；§8通过投影点拟合，生成输电导线对地表净空距离的轮廓线，所述轮廓线上的点包含原始提取点的经度、维度和高程三维坐标属性，通过该三维坐标即可了解每个点的实际高程以及在输电导线两侧的具体位置。