新的點(diǎn)云數(shù)據(jù)壓縮法在舞動(dòng)治理工程中的應(yīng)用研究

孫浩鈺 樊德順 邢正泉

(山東電力工程咨詢?cè)河邢薰荆綎| 濟(jì)南 250100)

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新的點(diǎn)云數(shù)據(jù)壓縮法在舞動(dòng)治理工程中的應(yīng)用研究

孫浩鈺 樊德順 邢正泉

(山東電力工程咨詢?cè)河邢薰荆綎| 濟(jì)南 250100)

采用柵格劃分和法向量估計(jì)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)壓縮法，對(duì)海量的云數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理,并通過(guò)線路架構(gòu)模型重建，得到準(zhǔn)確的實(shí)物數(shù)字模型，進(jìn)行橫斷面的截取及空間距離計(jì)算。

舞動(dòng)治理工程，機(jī)載激光雷達(dá)，法向量估計(jì)，點(diǎn)云數(shù)據(jù)壓縮

輸電線路舞動(dòng)治理工程是國(guó)家電網(wǎng)公司近期重點(diǎn)技改項(xiàng)目[1]，常用的治理手段為在輸電線路間安裝防舞裝置[2,3]。而機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)自動(dòng)化程度高且定位準(zhǔn)確，為舞動(dòng)治理工程的精細(xì)化、科學(xué)化、高效化提供快速的空間數(shù)據(jù)獲取支持。而機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量會(huì)產(chǎn)生海量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，顯然對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理最為關(guān)鍵。本文采用柵格分隔和法向量估算的點(diǎn)云數(shù)據(jù)壓縮法，對(duì)海量的云數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理，它既顧及了掃描點(diǎn)之間的法向量關(guān)系，又保留點(diǎn)云特征，防止了壓縮過(guò)程中特征信息的丟失；通過(guò)線路架構(gòu)模型重建，得到準(zhǔn)確的實(shí)物數(shù)字模型，進(jìn)行橫斷面的截取及空間距離計(jì)算，在舞動(dòng)治理工程中得到了很好的應(yīng)用，不但提高了工作效率，而且?guī)?lái)客觀的經(jīng)濟(jì)效益，也為線路正常運(yùn)行維護(hù)提供廣闊的后續(xù)使用前景[4]。

1 可行性理論分析

柵格分隔和法向量估算的點(diǎn)云數(shù)據(jù)壓縮法[5]：在對(duì)原始點(diǎn)云進(jìn)行空間柵格分隔的基礎(chǔ)上，對(duì)所有點(diǎn)進(jìn)行鄰域搜索，再對(duì)每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行法向量估算，這樣就可以求得所有點(diǎn)的近鄰點(diǎn)法向量與其法向量的夾角，對(duì)夾角小于設(shè)定值的點(diǎn)進(jìn)行剔除，以此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮。與單純的隨機(jī)采樣等壓縮方法相比，該方法在特征保留方面效果更好，能提高建模和量距精度，數(shù)據(jù)處理流程：點(diǎn)云數(shù)據(jù)柵格化→鄰域搜索→法向量估計(jì)→點(diǎn)云壓縮→架構(gòu)模型斷面截取距離量測(cè)。

2 工程應(yīng)用

2.1點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集

機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)不僅自動(dòng)化程度高且定位準(zhǔn)確，作業(yè)期短[6]。而且為舞動(dòng)治理工程的精細(xì)化、科學(xué)化、高效化提供快速的空間數(shù)據(jù)獲取支持,見圖1。

2.2點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理流程

點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理流程見圖2。

2.3點(diǎn)云數(shù)據(jù)壓縮處理

電力線的掃描點(diǎn)云包含5 865個(gè)點(diǎn)，下面按照本方法進(jìn)行壓縮。

首先按照上述方法柵格化，建立其索引，取xmin=666 326.23，ymin=4 869 045.43，zmin=146.42，取d=11，部分柵格索引數(shù)據(jù)見表1。根據(jù)鄰域結(jié)果進(jìn)行法向量估算，部分結(jié)果見表2。

計(jì)算所有點(diǎn)15鄰域的法向量與其法向量的夾角αi，取夾角值β=5°，將αi>β的鄰域點(diǎn)剔除，壓縮后2 239個(gè)點(diǎn),壓縮率63.7%，通過(guò)對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的柵格化及所有點(diǎn)的法向量信息實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)云數(shù)據(jù)的壓縮，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法使點(diǎn)云精簡(jiǎn)而且保留了數(shù)據(jù)本身的特有信息，從而保證了后續(xù)數(shù)據(jù)處理的精度要求。

表1 部分點(diǎn)的柵格索引

表2 部分點(diǎn)的法向量

2.4架空線路網(wǎng)構(gòu)模型重新建立

根據(jù)線路實(shí)體或?qū)嶓w的點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成準(zhǔn)確的三角網(wǎng)模型，對(duì)其進(jìn)行修改和調(diào)配等操作后，得到準(zhǔn)確的實(shí)物數(shù)字模型，進(jìn)行橫斷面的截取及空間距離計(jì)算。在求取距離過(guò)程中，通過(guò)移去—恢復(fù)法[7]截取出橫斷面。得到構(gòu)架所需橫截?cái)嗝婧?，就可?zhǔn)確量測(cè)其導(dǎo)線點(diǎn)間的距離，通過(guò)平行移動(dòng)正交連線，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)其指定位置的導(dǎo)線空間距離的精準(zhǔn)量測(cè)。

2.5數(shù)據(jù)精度評(píng)定

為校核激光雷達(dá)掃描數(shù)據(jù)的外符合精度,采用了Leica全站儀同步作業(yè)方法,兩者部分比較數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 二者數(shù)據(jù)比較值

由表3可知:二者相差最小值為0.5 cm,基本控制在2 cm左右。最大值3.1 cm出現(xiàn)在距前塔306 m處,由此可以判定二者的比對(duì)準(zhǔn)確性較高,完全滿足架空導(dǎo)線三維空間距離需達(dá)到±10 cm的精度要求,同時(shí)其克服了風(fēng)對(duì)作業(yè)的影響。

2.6工程評(píng)價(jià)

本工程目前已經(jīng)施工完畢，所提交的3 380處導(dǎo)線空間數(shù)據(jù)，總計(jì)完成39 960個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)，均準(zhǔn)確無(wú)誤，完全滿足施工要求，得到了業(yè)主及施工方的高度評(píng)價(jià)，見圖3。

3 結(jié)語(yǔ)

1)機(jī)載激光雷達(dá)獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)全面、準(zhǔn)確、作業(yè)期短、受人為因素影響小。為舞動(dòng)治理工程的精細(xì)化、科學(xué)化、高效化提供快速的空間數(shù)據(jù)獲取支持。

2)柵格分隔和法向量估算的點(diǎn)云數(shù)據(jù)壓縮法既精簡(jiǎn)又保留了數(shù)據(jù)本身的特征信息，從而保證了后續(xù)數(shù)據(jù)處理計(jì)算的精度。所建立的架空線路三維模型信息完備、易于保存及管理,為架空線路正常運(yùn)行和維護(hù)提供廣闊的后續(xù)應(yīng)用前景。

3)機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量法具有作業(yè)快的優(yōu)勢(shì)及技術(shù)的先進(jìn)性；尤其是柵格分隔和法向量估算的點(diǎn)云數(shù)據(jù)壓縮法，在本工程中得到了較好的應(yīng)用，有利于進(jìn)一步推廣和使用。

[1] 劉洪正.山東500 kV電網(wǎng)線路舞動(dòng)分析及其治理[J].山東電力技術(shù)，2011(3)：66-70.

[2] DL/T 1098—2009，間隔棒技術(shù)條件和試驗(yàn)方法[S].

[3] 郭應(yīng)龍.輸電線路舞動(dòng)[M].北京:中國(guó)電力出版社，2003.

[4] 藍(lán)曾榮，胡慶武．基于機(jī)載LiDAR的數(shù)字電網(wǎng)巡線應(yīng)用研究[A].第一屆全國(guó)激光雷達(dá)對(duì)地觀測(cè)高級(jí)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C].2010:382-387．

[5] 邢正全.基于柵格劃分和法向量估計(jì)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)壓縮[J].測(cè)繪通報(bào)，2013(4):67-68.

[6] 梁 靜.利用機(jī)載LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)提取電力線的研究[J].測(cè)繪通報(bào)，2012(7):17-20．

[7] 江峻毅.三維激光掃描系統(tǒng)在輸電線路舞動(dòng)治理工程中的應(yīng)用[J].測(cè)繪通報(bào)，2010(9):67-68.

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SunHaoyuFanDeshunXingZhengquan

(ShandongElectricPowerEngineeringConsultingInstituteCorp.,Ltd,Jinan250100,China)

Through applying grid division and point cloud data compression method of the normal estimation, the paper carries out data compression for the numerous cloud data, re-establishes circuit framework, and obtains accurate material digital model, and finally carries out the cross-section interception and spatial distance calculation.

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P208

A

1009-6825(2017)26-0197-02

2017-07-06

孫浩鈺(1965- )，男，工程師