变电站实景模型生成方法、装置、设备及存储介质与流程

1.本发明涉及变电站场景建模技术领域，尤其涉及一种变电站实景模型生成方法、装置、设备及存储介质。


背景技术：

2.倾斜摄影建模是一种利用航拍图像对特定区域进行三维建模的方式。其减少了人工成本，提高了建模速度，其在变电站实景建模中也被大量的应用。
3.但在实际应用中目前的变电站实景模型存在如下问题：一、真实率低，基于倾斜摄影的建模在变电站导线的点云与图片的多视觉影像融合与目标识别过程中，实景模型会出现对线型设备如软母线、线路导线纹理映射精度较低，从而无法准确提供该类设备实景模型。二、安全性低，基于倾斜摄影的建模中导线模型的缺失，导致在基于实景模型基础的无人机航线规划设计中，无法准确判断无人机航线与带电导线是否重叠及安全距离不足，容易出现无人机与带电导线距离超出规定的安全距离及航线碰撞问题。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种变电站实景模型生成方法、装置、设备及存储介质，以解决在变电站实景建模中带电导线的建模精度不高，影响后续使用的问题。
5.根据本发明的一方面，提供了一种变电站实景模型生成方法，包括：
6.获取基于倾斜摄影技术拍摄的变电站的图像信息；
7.对所述图像信息进行解析，获得所述变电站的三维坐标数据，作为初始点云数据；
8.获得所述变电站的电力线的走向和位于所述电力线上的起始端点、终止端点和中间关键点；
9.基于所述走向、所述起始端点、所述终止端点和所述中间关键点拟合生成所述电力线的矢量线；
10.基于所述图像信息、所述初始点云数据和所述矢量线生成所述变电站的实景模型。
11.可选的，所述图像信息包括采用倾斜航摄仪拍摄的图像数据和采用激光雷达获取的点阵坐标信息。
12.可选的，所述对所述图像信息进行解析，获得所述变电站的三维坐标数据，作为初始点云数据，包括：
13.对所述图像信息的像素坐标进行提取并转换到世界坐标系下，获得所述变电站的三维坐标数据，作为初始点云数据。
14.可选的，在所述对所述图像信息进行解析，获得所述变电站的表面的三维坐标数据，作为初始点云数据之后，还包括：
15.对所述初始点云数据进行点云预处理，获得三维点云模型。
16.可选的，所述获得所述变电站的电力线的走向和位于所述电力线上的起始端点、
终止端点和中间关键点，包括：
17.对所述图像信息进行图像识别获取所述电力线的走向和位于所述电力线上的起始端点、终止端点和中间关键点；
18.或，获取预先设定的所述电力线的走向和位于所述电力线上的起始端点、终止端点和中间关键点。
19.可选的，所述基于所述走向、所述起始端点、所述终止端点和所述中间关键点拟合生成所述电力线的矢量线，包括：
20.基于所述走向将所述起始端点、所述终止端点和所述中间关键点构建成有序特征点；
21.基于所述有序特征点进行拟合生成所述电力线的矢量线。
22.可选的，所述基于所述图像信息、所述初始点云数据和所述矢量线生成所述变电站的实景模型，包括：
23.基于所述初始点云数据生成所述变电站的三维模型；
24.将所述矢量线导入至所述三维模型；
25.基于所述图像信息对所述三维模型进行高分辨率纹理填充，获得所述变电站的实景模型。
26.根据本发明的另一方面，提供了一种变电站实景模型生成装置，包括：
27.图像获取模块，用于执行获取基于倾斜摄影技术拍摄的变电站的图像信息；
28.解析模块，用于执行对所述图像信息进行解析，获得所述变电站的三维坐标数据，作为初始点云数据；
29.点获取模块，用于执行获得所述变电站的电力线的走向和位于所述电力线上的起始端点、终止端点和中间关键点；
30.拟合模块，用于执行基于所述走向、所述起始端点、所述终止端点和所述中间关键点拟合生成所述电力线的矢量线；
31.生成模块，用于执行基于所述图像信息、所述初始点云数据和所述矢量线生成所述变电站的实景模型。
32.根据本发明的另一方面，提供了一种变电站实景模型生成设备，所述设备包括：
33.至少一个处理器；以及
34.与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
35.所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例所述的变电站实景模型生成方法。
36.根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例所述的变电站实景模型生成方法。
37.本发明实施例的技术方案，通过利用倾斜摄影技术拍摄变电站的图像信息，并从图像信息中获取点云数据、电力线的走向、起始端点、终止端点和中间关键点，然后基于电力线的走向、起始端点、终止端点和中间关键点进行拟合获得电力线的矢量线，最后基于点云数据和电力线的矢量线生成变电站的实景模型，矢量线的生成可保证电力线在建模的过
程中不会因为其在变电站中相对较小而造成无法被完整辨识并完整建模的问题，保证了电力线在建模过程中的完整性，避免在实景模型中导线的缺失。
38.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
39.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
40.图1是根据本发明实施例一提供的一种变电站实景模型生成方法的流程图；
41.图2是根据本发明实施例二提供的一种变电站实景模型生成装置的结构示意图；
42.图3是根据本发明实施例三提供的一种变电站实景模型生成设备的结构示意图。
具体实施方式
43.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
44.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
45.实施例一
46.图1为本发明实施例一提供了一种变电站实景模型生成方法的流程图，本实施例可适用于对变电站进行实景建模的情况，该方法可以由变电站实景模型生成装置来执行，该变电站实景模型生成装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，该变电站实景模型生成装置可配置于计算机设备中，例如，服务器、工作站、个人电脑，等等。
47.倾斜摄影建模是一种利用航拍图像对特定区域进行三维建模的方式。通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从一个垂直、多个侧视等不同角度采集影像，它比传统的摄影测量多了四个倾斜拍摄角度，从而能够获取到更加丰富的侧面纹理等信息。倾斜摄影测量技术可以大范围、高精度、高清晰的方式全面感知复杂场景，通过高效的数据采集设备及专业的数据处理流程生成的数据成果直观反映地物的外观、位置、高度等属性，为真实效果和测绘级精度提供保证。同时有效提升模型的生产效率，采用人工建模方式一两年才能完成的一个中小城市建模工作，通过倾斜摄影建模方式只需要三至五个月时间即可完成，
大大降低了三维模型数据采集的经济代价和时间代价。
48.目前基于倾斜摄影的实景模型已经逐步在各专业现场实际中得到应用，本发明实施例主要针对采用倾斜摄影技术实现变电站的实景模型过程中电力线建模效果不佳的问题。
49.如图1所示，该方法包括：
50.s110、获取基于倾斜摄影技术拍摄的变电站的图像信息。
51.在本发明实施例中，基于倾斜摄影技术，采用无人机搭载多个图像传感器和/或激光雷达，同时从一个垂直、多个侧视等不同角度对变电站进行图像采集，进而获得变电站的图像信息。在图像信息中至少要包含清楚的变电站图像和图像的获取位置和对应的图像传感器和/或激光雷达参数等与变电站图像获取相关的参数和信息。
52.s120、对图像信息进行解析，获得变电站的三维坐标数据，作为初始点云数据。
53.在本发明的一个实施例中，获取的图像信息内包含有变电站的三维坐标信息，在本步骤中所要做的是基于图像信息进行变电站的三维坐标数据获取，进而获得变电站的点云数据。在获取图像时，可通过立体相机或激光雷达相机进行图像信息的获取，并在获取图像信息的同时获取对应的立体相机或激光雷达相机的参数信息和搭载立体相机或激光雷达相机的无人设备的位置信息等。
54.s130、获得变电站的电力线的走向和位于电力线上的起始端点、终止端点和中间关键点。
55.对于电力线的走向、起始端点、终止端点和中间关键点的获取可通过多种形式进行，例如通过图像识别的方式在图像信息中对电力线进行识别，进而获得图像信息中的电力线的走向，以及在电力线上的起始端点、终止端点和中间关键点；又或者是通过人为输入的形式输入电力线的走向、起始端点、终止端点和中间关键点；再或者是人为在图像信息中电力线上进行关键点标注，再基于关键点进行电力线的走向、起始端点、终止端点和中间关键点提取等形式。在具体实现中，可基于现实需要选定可实现对电力线的走向、起始端点、终止端点和中间关键点提取的方式。
56.s140、基于走向、起始端点、终止端点和中间关键点拟合生成电力线的矢量线。
57.在前述步骤中对电力线的走向、起始端点、终止端点和中间关键点进行了获取，在本步骤中则是基于走向、起始端点、终止端点和中间关键点进行拟合，基于走向、起始端点、终止端点和中间关键点拟合出来一条与电力线的走向和位置相同的矢量线。
58.s150、基于图像信息、初始点云数据和矢量线生成变电站的实景模型。
59.在前述步骤中对变电站的点云数据和电力线的矢量线进行了计算和确定，在本步骤中则基于点云数据进行变电站的建模，然后再在建立的模型上加载矢量线作为电力线所在的位置，最后基于图像信息中模型进行实景填充，进而获得变电站的实景模型。
60.在本发明实施例中，通过利用倾斜摄影技术拍摄变电站的图像信息，并从图像信息中获取点云数据、电力线的走向、起始端点、终止端点和中间关键点，然后基于电力线的走向、起始端点、终止端点和中间关键点进行拟合获得电力线的矢量线，最后基于点云数据和电力线的矢量线生成变电站的实景模型，矢量线的生成可保证电力线在建模的过程中不会因为其在变电站中相对较小而造成无法被完整辨识并完整建模的问题，保证了电力线在建模过程中的完整性，避免在实景模型中导线的缺失。
61.在本发明实施例中获取的图像信息可包括采用倾斜航摄仪拍摄的图像数据和采用激光雷达获取的点阵坐标信息。
62.同时利用倾斜航摄仪拍摄图像数据和采用激光雷达获取的点阵坐标信息可获得更精准的三维坐标数据，降低对计算服务的算力要求，然后拍摄的图像数据则可用于实现对变电站的高分辨率纹理获取，提高后续生成的变电站的真实性。
63.在s120、对图像信息进行解析，获得变电站的三维坐标数据，作为初始点云数据中，可包括：
64.对图像信息的像素坐标进行提取并转换到世界坐标系下，获得变电站的三维坐标数据，作为初始点云数据。
65.在从图像信息中获取三维坐标数据时，包括四个坐标系：图像像素坐标系、图像物理坐标系、相机坐标系、世界坐标系。其中：
66.图像像素坐标系：表示三维空间物体在图像平面上的投影，像素是离散化的，其坐标原点在ccd图像平面的左上角，u轴平行于ccd平面水平向右，v轴垂直于u轴向下，坐标使用(u,v)来表示。图像宽度w，高度h。
67.图像物理坐标系：坐标原点在ccd图像平面的中心x,y轴分别平行于图像像素坐标系的(u,v)轴，坐标用(x,y)表示。
68.相机坐标系：以相机的光心为坐标系原点，xc，yc轴平行于图像坐标系的x,y轴，相机的光轴为轴，坐标系满足右手法则。相机的光心可理解为相机透镜的几何中心。
69.世界坐标系：用于表示空间物体的绝对坐标，使用(xw,yw,zw)表示，世界坐标系可通过旋转和平移得到相机坐标系。
70.因此，在对变电站的三维坐标数据进行获取可通过对图像信息进行处理，转换图像的像素坐标到世界坐标下，进而获得变电站在世界坐标中的三维坐标数据。
71.在其他实施例中，在s120、在对图像信息进行解析，获得变电站的表面的三维坐标数据，作为初始点云数据之后，还包括：
72.对初始点云数据进行点云预处理，获得三维点云模型。对初始点云数据的点云预处理可包括点云拼接、融合、配准、裁剪、去噪、抽稀等一系列操作。在实际处理的过程中选择合适的预处理方式对点云数据进行处理即可。
73.在本发明实施例中，s130、获得变电站的电力线的走向和位于电力线上的起始端点、终止端点和中间关键点，可通过以下两种方式进行：
74.1、对图像信息进行图像识别获取电力线的走向和位于电力线上的起始端点、终止端点和中间关键点。通过图像识别的方式在图像信息中对电力线进行识别，然后基于识别结果确定电力线的走向、起始端点、终止端点和中间关键点。
75.2、获取预先设定的电力线的走向和位于电力线上的起始端点、终止端点和中间关键点。也就是说，通过人工的方式对电力线的走向和电力线上的起始端点、终止端点和中间关键点进行指定。
76.在本发明实施例中，s140、基于走向、起始端点、终止端点和中间关键点拟合生成电力线的矢量线，可包括：
77.s141、基于走向将起始端点、终止端点和中间关键点构建成有序特征点。
78.在具体实现中，获取的起始端点、终止端点和中间关键点的格式和顺序可能会出
现偏差，在本步骤中则是基于走向对起始端点、终止端点和中间关键点进行排序，并构建成有序特征点序列。
79.s142、基于有序特征点进行拟合生成电力线的矢量线。
80.在具体实现中，可通过多种方式对电力线进行矢量线拟合，例如使用catmull-rom轨迹线算法拟合出电力线的矢量线。
81.在本发明实施例中，s150、基于图像信息、初始点云数据和矢量线生成变电站的实景模型，可包括：
82.基于初始点云数据生成变电站的三维模型；
83.将矢量线导入至三维模型；
84.基于图像信息对三维模型进行高分辨率纹理填充，获得变电站的实景模型。
85.通过先基于初始点云数据生成变电站的三维模型，然后再将电力线的矢量线导入到三维模型中，最后基于矢量线和图像信息中电力线的高分辨率纹理对矢量线进行填充即可获得较为准确的电力线模型。
86.此外，对于获得的矢量线还可以进行属性匹配，该属性指的是电力线的物理属性，例如电力线的材质、长度、粗细等信息。
87.实施例二
88.图2为本发明实施例二提供的一种变电站实景模型生成装置的结构示意图。如图2所示，该装置包括图像获取模块21、解析模块22、点获取模块23、拟合模块24和生成模块25，其中：
89.图像获取模块21，用于执行获取基于倾斜摄影技术拍摄的变电站的图像信息；
90.解析模块22，用于执行对图像信息进行解析，获得变电站的三维坐标数据，作为初始点云数据；
91.点获取模块23，用于执行获得变电站的电力线的走向和位于电力线上的起始端点、终止端点和中间关键点；
92.拟合模块24，用于执行基于走向、起始端点、终止端点和中间关键点拟合生成电力线的矢量线；
93.生成模块25，用于执行基于图像信息、初始点云数据和矢量线生成变电站的实景模型。
94.在本发明实施例中，图像信息包括采用倾斜航摄仪拍摄的图像数据和采用激光雷达获取的点阵坐标信息。
95.可选的，解析模块包括：
96.解析单元22，用于执行对图像信息的像素坐标进行提取并转换到世界坐标系下，获得变电站的三维坐标数据，作为初始点云数据。
97.在本发明实施例中，还包括：
98.处理模块，用于执行对初始点云数据进行点云预处理，获得三维点云模型。
99.可选的，点获取模块23包括：
100.识别单元，用于对图像信息进行图像识别获取电力线的走向和位于电力线上的起始端点、终止端点和中间关键点；或，获取预先设定的电力线的走向和位于电力线上的起始端点、终止端点和中间关键点。
101.可选的，拟合模块24包括：
102.排序单元，用于执行基于走向将起始端点、终止端点和中间关键点构建成有序特征点；
103.拟合单元，用于执行基于有序特征点进行拟合生成电力线的矢量线。
104.可选的，生成模块25包括：
105.生成单元，用于执行基于初始点云数据生成变电站的三维模型；
106.导入单元，用于执行将矢量线导入至三维模型；
107.加载单元，用于执行基于图像信息对三维模型进行高分辨率纹理填充，获得变电站的实景模型。
108.本发明实施例所提供的变电站实景模型生成装置可执行本发明任意实施例所提供的变电站实景模型生成方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
109.实施例三
110.图3示出了可以用来实施本发明的实施例的变电站实景模型生成设备10的结构示意图。变电站实景模型生成设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。变电站实景模型生成设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备(如头盔、眼镜、手表等)和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。
111.如图3所示，变电站实景模型生成设备10包括至少一个处理器11，以及与至少一个处理器11通信连接的存储器，如只读存储器(rom)12、随机访问存储器(ram)13等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器11可以根据存储在只读存储器(rom)12中的计算机程序或者从存储单元18加载到随机访问存储器(ram)13中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在ram 13中，还可存储变电站实景模型生成设备10操作所需的各种程序和数据。处理器11、rom 12以及ram 13通过总线14彼此相连。输入/输出(i/o)接口15也连接至总线14。
112.变电站实景模型生成设备10中的多个部件连接至i/o接口15，包括：输入单元16，例如键盘、鼠标等；输出单元17，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元18，例如磁盘、光盘等；以及通信单元19，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元19允许变电站实景模型生成设备10通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
113.处理器11可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器11的一些示例包括但不限于中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、各种专用的人工智能(ai)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器(dsp)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器11执行上文所描述的各个方法和处理，例如变电站实景模型生成方法。
114.在一些实施例中，变电站实景模型生成方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元18。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom 12和/或通信单元19而被载入和/或安装到变电站实景模型生成设备10上。
当计算机程序加载到ram 13并由处理器11执行时，可以执行上文描述的变电站实景模型生成方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器11可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行变电站实景模型生成方法。
115.本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、芯片上系统的系统(soc)、负载可编程逻辑设备(cpld)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
116.用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
117.在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
118.为了提供与用户的交互，可以在变电站实景模型生成设备上实施此处描述的系统和技术，该变电站实景模型生成设备具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，crt(阴极射线管)或者lcd(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给变电站实景模型生成设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
119.可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(lan)、广域网(wan)、区块链网络和互联网。
120.计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过
通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与vps服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。
121.应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
122.上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。