一种基于激光LiDAR的输电线路杆塔塔基地质灾害监测方法与流程

一种基于激光lidar的输电线路杆塔塔基地质灾害监测方法
技术领域
1.本发明涉及激光检测技术应用领域，特别涉及一种基于激光lidar的输电线路杆塔塔基地质灾害监测方法。


背景技术：

2.输电线路杆塔塔基高边坡容易发生失稳或破坏情况，传统边坡监测多采用裂缝计、gnss多点布控方式，存在对整个监测面监测覆盖不足、破坏监测主体结构等问题。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于激光lidar的输电线路杆塔塔基地质灾害监测方法。能够克服现有技术存在的问题。
4.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
5.本发明的一种基于激光lidar的输电线路杆塔塔基地质灾害监测方法，包括以下步骤：
6.步骤s1:进行激光点云栅格划分；
7.步骤s2：进行混凝土格构梁点云提取；
8.步骤s3：两期混凝土格构梁点云对比。
9.进一步，所述步骤s1还包括以下子步骤：
10.步骤s11：在水平面创建二维栅格.栅格尺寸应至少包含3
×
3个混凝土格构梁格子，混凝土格构梁的格子边长在0.5-2m；
11.步骤s12：原始边坡点云栅格划分
12.输电线路三维点云数据投影到二维栅格平面，根据每个点和二维栅格的二维平面包含关系，将点云数据划分到每个栅格中。
13.进一步，所述步骤s2还包括以下子步骤：
14.步骤s21：进行点云粗分类
15.点云粗分类是将栅格化后的点云进行简单分类，分出边坡点云、高物体点云两个分类；
16.步骤s22:进行混凝土格构梁点云粗提取；
17.步骤s23：进行混凝土格构梁点云精提取。
18.进一步，所述步骤s21中，建立固定的空间直角坐标系o-xyz，针对栅格化点云创建可旋转的空间直角坐标系o
1-x1y1z1，其中在初始位置时o
1-x1y1z1各轴平行于o-xyz，栅格化点云、o
1-x1y1z1坐标系同步绕z1轴旋转，旋转至栅格化点云在yoz平面面积最小，旋转角度值记为a，然后对点云在yoz平面投影聚类成若干个簇，求各簇点云密度，由于边坡点云数量明显大于高物体点云，点密度最大的簇记为边坡点云,其余记为高物体点云。
19.进一步，所述步骤s21中，还包括面积计算，包括：
20.对空间点云进行yoz投影；
21.对投影后点云进行平面聚类；
22.对聚类的各簇点云进行yoz平面凹包提取外边界；
23.用多边形面积计算公式求各簇面积，求和即为栅格化点云在yoz平面面积。
24.进一步，所述步骤s21中，边坡点云包含但不限于土质边坡点云、低植被点云、混凝土格构梁点云，所述高物体点云包含但不限于含高植被点云、噪点点云。
25.进一步，所述步骤s22中，采用如下方法做混凝土格构梁点云粗提取：在上一步旋转a角基础上，将边坡点云向yoz平面投影，用凹包算法提取投影外边界，用ransac算法从外边界中拟合并提取直线，直线最长的记为混凝土格构梁上表面点云，遍历边坡点云，获取在yoz平面投影距离混凝土格构梁上表面点云距离小于0.4m的所有点云即为格构梁表面点云，其余点云为地面和植被点云。
26.进一步，所述步骤s23中，由于格构梁表面点云中存在部分和格构梁高程相似的植被点云，需要将这部分点云从混凝土格构梁点云中剔除，首先将上一步获得的地面和植被点云在xoy平面聚类并用凹包算法提取地面和植被外边界，将格构梁表面点云向xoy平面投影，提取出没有落在地面和植被外边界的格构梁表面点云数据即为混凝土格构梁精分类点云。
27.进一步，所述步骤s3还包括以下子步骤：
28.步骤s31：混凝土格构梁特征提取
29.将同期边坡所有的混凝土格构梁精分类点云合并为一个点云，用ransac提取所有水平方向直线点云并进行拼接，两期的点云均进行上述操作；
30.步骤s32:特征位移量提取
31.对两期点云分别沿水平方向从一侧开始间隔取点，记为两期点云的位移对比点，对两期位移对比点进行空间位置对比，计算出位移距离，根据规程规范判断是否有地质灾害风险。
32.本发明的有益效果是：
33.本发明的一种基于激光lidar的输电线路杆塔塔基地质灾害监测方法，首先对采集的监测边坡点云数据进行网格划分；其次对混凝土格构梁点云提取；最后对两期混凝土格构梁点云对比，这种监测方式可以覆盖整个监测面，且采用无接触监测，有效的覆盖了边坡监测范围、保护了边坡结构，具有精度好、实施快、无死角、效率高的优点。
34.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和前述的权利要求书来实现和获得。
附图说明
35.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
36.图1为本发明的方法流程示意图。
具体实施方式
37.以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
38.如图所示，本发明的一种基于激光lidar的输电线路杆塔塔基地质灾害监测方法，包括以下步骤：
39.步骤s1.进行激光点云栅格划分，包括：
40.步骤s11：在水平面创建二维栅格.栅格尺寸应至少包含3
×
3个混凝土格构梁格子，本实施例中采用3
×
3个，混凝土格构梁的格子边长采用1m(一般取值0.5～2m)，即栅格尺寸为3m
×
3m；
41.步骤s12：原始边坡点云栅格划分
42.输电线路三维点云数据投影到二维栅格平面，根据每个点和二维栅格的二维平面包含关系，将点云数据划分到每个栅格中。
43.步骤s2.进行混凝土格构梁点云提取
44.步骤s21：进行点云粗分类
45.点云粗分类是将栅格化后的点云进行简单分类，分出边坡点云(包含土质边坡点云、低植被点云、混凝土格构梁点云)、高物体点云(含高植被点云、噪点点云)两个分类；
46.需要建立固定的空间直角坐标系o-xyz，针对栅格化点云创建可旋转的空间直角坐标系o
1-x1y1z1，其中在初始位置时o
1-x1y1z1各轴平行于o-xyz，栅格化点云、o
1-x1y1z1坐标系同步绕z1轴旋转，旋转至栅格化点云在yoz平面面积最小，旋转角度值记为a，然后对点云在yoz平面投影聚类成若干个簇，求各簇点云密度(点个数/点云在yoz平面投影面积)，由于边坡点云数量明显大于高物体点云，点密度最大的簇记为边坡点云,其余记为高物体点云。
47.再进一步进行面积计算，包括：
48.第一步，对空间点云进行yoz投影；
49.第二步，对投影后点云进行平面聚类；
50.第三步，对聚类的各簇点云进行yoz平面凹包提取外边界；
51.第四步，用多边形面积计算公式求各簇面积，求和即为栅格化点云在yoz平面面积。
52.步骤s22：进行混凝土格构梁点云粗提取
53.由于混凝土格构梁点云通常高于地面点，且本发明算法只需要提取格构梁表面点云，本发明采用如下方法做混凝土格构梁点云粗提取：在上一步旋转a角基础上，将边坡点云向yoz平面投影，用凹包算法提取投影外边界，用ransac算法从外边界中拟合并提取直线，直线最长的记为混凝土格构梁上表面点云，遍历边坡点云，获取在yoz平面投影距离混凝土格构梁上表面点云距离小于0.4m的所有点云即为格构梁表面点云，其余点云为地面和植被点云。
54.步骤s23：进行混凝土格构梁点云精提取
55.此时格构梁表面点云中存在部分和格构梁高程相似的植被点云，需要将这部分点云从混凝土格构梁点云中剔除。首先将上一步获得的地面和植被点云在xoy平面聚类并用凹包算法提取地面和植被外边界，将格构梁表面点云向xoy平面投影，提取出没有落在地面和植被外边界的格构梁表面点云数据即为混凝土格构梁精分类点云。
56.步骤s3.进行两期混凝土格构梁点云对比
57.步骤s31：进行混凝土格构梁特征提取
58.将同期边坡所有的混凝土格构梁精分类点云合并为一个点云，用ransac提取所有水平方向直线点云并进行拼接。两期点云均进行上述操作。
59.步骤s32：进行特征位移量提取
60.对两期点云分别沿水平方向从一侧开始间隔1m取点，记为两期点云的位移对比点，对两期位移对比点进行空间位置对比，计算出位移距离，根据规程规范判断是否有地质灾害风险。
61.本发明在南方电网220kv赵渔线第5基、第6基杆塔塔基边坡监测中进行了应用实验，混凝土格构梁的格子边长采用1m，边坡局部变形为不均匀变形，局部垂直方向变形在0到0.04m，局部水平位移0到0.05m，发生位移多数是雨水冲刷所致，且位移较小，边坡状态比较稳定，进而可以判断该处杆塔塔基边坡无地质风险。
62.应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
63.此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
64.进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、ram、rom等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。
65.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。