一种基于特高压输电线路的水土流失监测方法及系统与流程

1.本发明涉及图像处理技术领域，特别是涉及一种基于特高压输电线路的水土流失监测方法及系统。


背景技术：

2.特高压输电线路工程建设过程会影响地表生态结构,对线路沿线植被,地貌等造成明显影响,容易加重工程区域土地的水土流失情况。随着环境保护意识的提高,在特高压工程建设过程中进行水土流失监测越来越重要。
3.在现有技术中，对于特高压工程的水土流失监测工作，需要工作人员在特定点进行检测，从而获得水土流失数据。不仅人工工作量大，而且难以形成连续的水土流失数据，不能对整个输电线路的水土流失进行完整分析。


技术实现要素：

4.本发明的一个目的是要提供一种能够提高监测自动化程度且能够获得完整输电线路的水土流失数据的基于特高压输电线路的水土流失监测方法及系统。
5.特别地，本发明提供了一种基于特高压输电线路的水土流失监测方法，包括：
6.获取输电线路沿线依次设置的预设数量的水土流失传感器采集到的面状水土流失数据；
7.对所述面状水土流失数据进行预处理，得到预处理图像；
8.对所述预处理图像进行特征信息提取；
9.根据提取到的特征信息对相邻的所述预处理图像进行匹配拼接，得到输电线路的线状水土流失数据。
10.可选地，所述水土流失传感器包括转动式激光探头，所述转动式激光探头对覆盖地面区域进行扫描，从而得到面状水土流失数据。
11.可选地，对所述面状水土流失数据进行预处理的步骤包括：
12.对所述面状水土流失数据进行噪声抑制和失真校正。
13.可选地，对所述预处理图像进行特征信息提取的步骤包括：
14.分别从多个所述预处理图像中提取点特征、边缘特征或区域特征中的一项或多项。
15.可选地，从所述预处理图像提取点特征的步骤包括：
16.对每个所述预处理图像的所有像素点构建矩阵行列式；
17.取行列式值为极大值、极小值的点作为特征点。
18.可选地，根据提取到的特征信息对相邻的所述预处理图像进行匹配拼接的步骤包括：
19.对相邻的两个所述预处理图像的特征点进行初步匹配，得到多组匹配点对；
20.从所述多组匹配点对中找到四组最优匹配点对；
21.根据四组所述最优匹配点对确定相邻的两个所述预处理图像之间的可应用变换矩阵；
22.利用所述可应用变换矩阵对相邻的两个所述预处理图像进行融合。
23.可选地，从所述多组匹配点对中找到四组最优匹配点对的步骤包括：
24.从所述多组匹配点对中选取四组测试匹配点对，得到初步变换矩阵；
25.将其余匹配点对中一点经所述初步变换矩阵变换后与另一点的欧式距离小于阈值的点记为内点并将四组所述测试匹配点对对应的内点数加一；
26.判断是否达到预设执行次数，若是，将对应的内点数最多的测试匹配点对作为最优匹配点对；若否，重新选取四组测试匹配点对进行计算。
27.可选地，利用所述可应用变换矩阵对相邻的两个所述预处理图像进行融合的步骤包括：
28.将所述最优匹配点对对应的内点利用所述可应用变换矩阵进行映射，从而对相邻的两个所述预处理图像进行融合。
29.根据本发明的另一个方面，还提供了一种基于特高压输电线路的水土流失监测系统，包括：
30.水土流失传感器，其用于采集面状水土流失数据；
31.采集网关，其用于接收所述面状水土流失数据并对所述面状水土流失数据做预处理，以得到预处理图像；
32.监测云平台，其用于接收所述预处理图像并对所述预处理图像进行匹配拼接；
33.数据传输单元，其用于将所述预处理图像传输至所述监测云平台；
34.所述水土流失监测系统用于执行权利要求1至8中任意一项所述的水土流失监测方法。
35.可选地，所述采集网关和所述水土流失传感器采用近距离无线通信技术进行数据通信；所述采集网关和所述数据传输单元采用有线通信；所述数据传输单元和所述监测云平台采用公网通信。
36.本发明的基于特高压输电线路的水土流失监测系统包括水土流失传感器，其用于采集面状水土流失数据；采集网关，其用于接收面状水土流失数据并对面状水土流失数据做预处理，以得到预处理图像；监测云平台，其用于接收预处理图像并对预处理图像进行匹配拼接；数据传输单元，其用于将预处理图像传输至监测云平台。基于特高压输电线路的水土流失监测方法，包括：获取输电线路沿线依次设置的预设数量的水土流失传感器采集到的面状水土流失数据；对面状水土流失数据进行预处理，得到预处理图像；对预处理图像进行特征信息提取；根据提取到的特征信息对相邻的面状水土流失数据进行匹配拼接，得到输电线路的线状水土流失数据。通过在输电线路沿线依次布置水土流失传感器，水土流失传感器能够监测覆盖范围内的水土流失数据，从而获得面状水土流失数据。对面状水土流失数据进行进一步的处理和拼接，从而得到输电线路的线状水土流失数据。具体来说，输电线路沿线依次设置的水土流失传感器中，相邻的水土流失传感器的监测范围具有部分重叠。因此，通过将相邻的水土流失传感器采集到的水土流失数据依次拼接，就可以得到整条线路的水土流失数据。不仅减少了人工工作量，而且能够获得完整的输电线路的水土流失数据，从而有助于对整个输电线路的水土流失情况进行分析和监控。
37.根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
38.后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
39.图1是根据本发明一个实施例的基于特高压输电线路的水土流失监测系统的示意图；
40.图2是根据本发明一个实施例的基于特高压输电线路的水土流失监测系统中水土流失传感器的示意图；
41.图3是根据本发明一个实施例的基于特高压输电线路的水土流失监测方法的示意性流程图；
42.图4是根据本发明一个实施例的基于特高压输电线路的水土流失监测方法中对点特征进行提取步骤的示意性流程图；
43.图5是根据本发明一个实施例的基于特高压输电线路的水土流失监测方法中对相邻的预处理图像进行匹配拼接步骤的示意性流程图；
44.图6是根据本发明一个实施例的基于特高压输电线路的水土流失监测方法中从多组匹配点对中找到四组最优匹配点对步骤的示意性流程图。
具体实施方式
45.本领域技术人员应当理解的是，下文所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是本发明的全部实施例，该一部分实施例旨在用于解释本发明的技术原理，并非用于限制本发明的保护范围。基于本发明提供的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所获得的其它所有实施例，仍应落入到本发明的保护范围之内。
46.需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。
47.如图1所示，在一个实施例中，水土流失监测系统包括水土流失传感器100、采集网关200、数据传输单元300和监测云平台400。其中，水土流失传感器100用于采集面状水土流失数据。采集网关200用于接收面状水土流失数据并对面状水土流失数据做预处理，以得到预处理图像。监测云平台400用于接收预处理图像并对预处理图像进行匹配拼接。数据传输单元300用于将预处理图像传输至监测云平台400。
48.结合图2所示，具体地，水土流失传感器100包括转动式激光探头110和立杆120。转动式激光探头110对覆盖地面区域进行扫描，从而得到面状水土流失数据。具体来说，转动式激光探头110设置在立杆120的顶部，从而与地面具有一定距离。转动式激光探头110能够360度转动，从而能够扫描一定范围的地面区域，继而得到覆盖区域的面状水土流失数据。
49.并且，在输电线路沿线上，依次布置多个水土流失传感器100。每个水土流失传感器100获取部分输电线路区域的面状水土流失数据。相连的两个水土流失传感器100的覆盖地面区域具有重叠部分。
50.进一步地，采集网关200和水土流失传感器100采用近距离无线通信技术进行数据通信。采集网关200和数据传输单元300采用有线通信。数据传输单元300和监测云平台400采用公网通信。使得采集网关200能够接收水土流失传感器100的面状水土流失数据，然后对面状水土流失进行预处理得到预处理图像。采集网关200通过数据传输单元300将处理好的预处理图像发送至监测云平台400。
51.需要说明的是，图1只是水土流失监测系统的一种示例，一个采集网关200可以接收多个水土流失传感器100的数据，也可以一个采集网关200接收一个水土流失传感器100的数据。
52.参照图3所示，在一个实施例中，水土流失监测方法一般性地可包括：
53.步骤s301，获取输电线路沿线依次设置的预设数量的水土流失传感器采集到的面状水土流失数据。
54.步骤s303，对面状水土流失数据进行预处理，得到预处理图像。
55.步骤s305，对预处理图像进行特征信息提取。
56.步骤s307，根据提取到的特征信息对相邻的面状水土流失数据进行匹配拼接，得到输电线路的线状水土流失数据。
57.具体来说，沿输电线路的走向，在保证相邻两个水土流失传感器100的覆盖范围具有重叠部分的前提下，每隔一定距离设有一个水土流失传感器100。获取依次设置的预设数量的水土流失传感器100的面状水土流失数据，可以整条输电线路上的水土流失传感器100的面状水土流失数据，也可以是部分长度输电线路上的多个水土流失传感器100的面状水土流失数据。
58.在步骤s303中，具体地，对面状水土流失数据进行预处理的步骤包括：对面状水土流失数据进行噪声抑制和失真校正。其中，可以采用高斯滤波或者中值滤波等滤波过程对面状水土数据进行处理。
59.在步骤s305中，对预处理图像进行特征信息提取的步骤包括：分别从多个预处理图像中提取点特征、边缘特征或区域特征中的一项或多项。
60.参照图4所示，具体地，从预处理图像提取点特征的步骤包括：
61.步骤s401，对每个预处理图像的所有像素点构建矩阵行列式。
62.步骤s403，取行列式值为极大值、极小值的点作为特征点。
63.具体地，预处理图像中的某个像素点坐标为x(x，y)，在x点处，尺度为σ的海森矩阵为：
[0064][0065]
在公式(1)中，l
xx
(x，σ)是高斯二阶偏导在x点处和预处理图像的卷积。l
xy
(x，σ)和l
yy
(x，σ)同理。
[0066]
采用盒式滤波器近似代替高斯滤波器进行运算，得到像素点的海森矩阵行列式的近似值：
[0067]
det(h(x，y，σ)＝l
xx
(x，σ)*l
yy
(x，σ)-(0.9*l
xy
(x，σ))2ꢀꢀꢀ
(2)
[0068]
遍历与处理图像的所有像素点，取行列式值为局部极大值、极小值的点作为特征点。
[0069]
参照图5所示，对相邻的预处理图像进行匹配拼接的步骤包括：
[0070]
步骤s501，对相邻的两个预处理图像的特征点进行初步匹配，得到多组匹配点对。
[0071]
步骤s503，从多组匹配点对中找到四组最优匹配点对。
[0072]
步骤s505，根据四组最优匹配点对确定相邻的两个预处理图像之间的可应用变换矩阵。
[0073]
步骤s507，利用可应用变换矩阵对相邻的两个预处理图像进行融合。
[0074]
具体地，对相邻的两个预处理图像都进行提取特征点的操作后，对两个预处理图像的特征点进行初步匹配，得到多组匹配点对。因为两个水土流失传感器100的覆盖区域具有重叠部分，所以两个预处理图像匹配到一起的特征点一般集中在重叠区域，但是也有一些匹配误差较大的点。因此，从多组匹配点对中找到四组最优匹配点对，来求出最优的单应性变换矩阵，即可应用变换矩阵。利用可应用变换矩阵对两个预处理图像进行融合，就可以实现较好地融合效果。
[0075]
如图6所示，进一步地，在步骤s503，从多组匹配点对中找到四组最优匹配点对的步骤包括：
[0076]
步骤s601，从多组匹配点对中选取四组测试匹配点对，得到初步变换矩阵。
[0077]
步骤s603，将其余匹配点对中一点经初步变换矩阵变换后与另一点的欧式距离小于阈值的点记为内点并将四组所述测试匹配点对对应的内点数加一。
[0078]
步骤s605，判断是否达到预设执行次数，若是，执行步骤s607；若否，返回执行步骤s601。也就是说，重新选取四组测试匹配点对进行计算。
[0079]
步骤s607，将对应的内点数最多的测试匹配点对作为最优匹配点对。
[0080]
具体来说，通过初步匹配，得到了多对对应的匹配点对。从多组匹配点对中选取四组测试匹配点对，得到初步变换矩阵。然后利用初步变换矩阵对剩余的匹配点对进行测试。示例性地，对于一组匹配点对来说，其中一点为(xi，yi)，另一点经过初步变换矩阵变换后的关联点为h(xi，yi)，欧式距离为：
[0081][0082]
如果欧式距离小于阈值，说明采用初步变换矩阵对这一匹配点对的适用性较好，那么将点作为内点，并将测试匹配点对对应的内点数加一。对剩余的匹配点对均进行测试，就可以得到测试匹配点对对应的内点数量，数量越多，说明测试匹配点对对应的初步变换矩阵的融合效果越好。
[0083]
设定预设执行次数，如果达到预设执行次数，也就是说已经获得了可信度较高的数量的测试匹配点对，每一组测试匹配点对都有对应的内点数量。选取内点数量最多的测试匹配点对作为最优匹配点对。如果没达到预设执行次数，那么就选取新的四组测试匹配点对，继续测试。
[0084]
其中，可以是在循环执行的过程中，每次测试完更新最优匹配点对，直至达到预设次数。
[0085]
其中，预设执行次数可以通过公式(4)进行确定。
[0086][0087]
在公式(4)中，p为采样的成功率，一般取0.95以上。wn为四个测试点都可用的概率(即四个测试点中没有匹配误差特别大的点的概率)，所以n为4。
[0088]
选取出最优的匹配点对后，就可以利用最优匹配点对求出可应用变换矩阵，将最优匹配点对对应的内点利用可应用变换矩阵进行映射，从而对相邻的两个所述预处理图像进行融合。
[0089]
在本实施例的方案中，通过在输电线路沿线依次布置水土流失传感器100，水土流失传感器100能够监测覆盖范围内的水土流失数据，从而获得面状水土流失数据。对面状水土流失数据进行进一步的处理和拼接，从而得到输电线路的线状水土流失数据。具体来说，输电线路沿线依次设置的水土流失传感器100中，相邻的水土流失传感器的监测范围具有部分重叠。因此，通过将相邻的水土流失传感器采集到的面状水土流失数据依次拼接，就可以得到整条线路的水土流失数据。不仅减少了人工工作量，而且能够获得完整的输电线路的水土流失数据，从而有助于对整个输电线路的水土流失情况进行分析和监控。
[0090]
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。