基于三维成像技术的输电铁塔倾斜监测系统的制作方法

本发明涉及输电铁塔倾斜监测，具体涉及一种基于三维成像技术的输电铁塔倾斜监测系统。

背景技术：

1、输电铁塔作为输电线路中最为重要的基础设施，随着输电线路的大面积铺盖，输电铁塔的分布也会更加广泛。例如输电铁塔不仅会建设在地质、交通条件较好的地段，也会被迫建设在地形复杂、交通不便、通讯不好等区域。这无形中增加了对输电铁塔的检修和维护难度，使得输电铁塔与其他电力设备相比，更具有多样性和不可控性。同时，复杂的地形使得输电铁塔在极端天气如暴雨和暴雪及自然灾害如滑坡、泥石流等下容易发生倾斜、晃动、沉降，进而导致输电铁塔倒塌，输电线路受损等各种影响输电通道正常运行的状况，造成国家经济受损。因此，对输电铁塔进行持续有效地监测，可靠、高效地获取电网设施状态，对保障输电线路安全运行具有重要意义，尤其在地质灾害风险较高的重点区域。

2、对于输电铁塔这种竖直结构的建筑，由于一般位于人迹罕见，地势环境复杂的山区。传统的人工巡检和无人机巡检虽然能够实现对输电铁塔的检测，但这两种方式依然有着无法避免的弊端：人工巡检费时费力，对于一些地势陡峭的区域，人工很难到达，且存在巨大的安全隐患；无人机巡检需要花费大量的财力，在天气恶劣的区域，很难发挥其有效作用。因此，迫切需要一种监测范围广、周期短、效率高的监测新手段。

技术实现思路

1、本申请提供一种基于三维成像技术的输电铁塔倾斜监测系统，以解决传统的输电铁塔巡检方式存在的费时费力、监测范围有限、监测效率低等的问题。

2、本申请一种实施例中提供一种基于三维成像技术的输电铁塔倾斜监测系统，所述系统包括：

3、铁塔远程监测终端，用于通过搭载于无人机上并利用合成孔径雷达对输电铁塔进行观测获取n幅sar单视复图像，基于n幅sar单视复图像采用sar层析技术进行成像得到输电铁塔图像；

4、信息传输模块，用于将铁塔远程监测终端获取的输电铁塔图像数据加密传输至铁塔远程监测平台；

5、铁塔远程监测平台，用于对获取的输电铁塔图像与输电铁塔原始图像数据进行比对分析，获取铁塔倾斜角度。

6、进一步的，通过搭载于无人机上并利用合成孔径雷达对输电铁塔进行观测获取n幅sar单视复图像，具体包括：

7、沿确定的高程向进行巡航，在移动期间对铁塔观测n次，获取n幅sar单视复图像，t1为主图像的观测时刻位置，tn为n幅图像的观测时刻位置。

8、进一步的，基于n幅sar单视复图像采用sar层析技术进行成像得到输电铁塔图像，具体包括：

9、成像的步骤包括：配准、去斜、相位补偿、高程向成像。

10、进一步的，所述配准步骤具体包括：

11、采用相干系数法进行配准，配准后的图像序列中同名像素点观测的信号复数值都是叠掩在像素点内到铁塔监测终端斜距相同的散射点在高程向上的积分，序列中同名像素点观测的信号复数值表示为：

12、

13、其中[-s,s]为高程向的长度范围,γ(s)表示散射点目标的散射特性，rn(s)代表目标到n次航过的铁塔监测终端的距离；

14、rn(s)的计算方式如下：

15、

16、其中r为监测终端到高程向的距离，s为高程向上散射点目标到参考零点的距离，bn为t1和tn之间的基线，bn∥和bn⊥分别表示t1和tn的平行基线和垂直基线。

17、进一步的，所述去斜步骤具体包括：

18、去斜为一种校正操作，用于将监测终端的实际飞机轨道校正到理想平面上，图像序列中观测信号去斜后，同名像素点的信号复数值表示如下：

19、

20、进一步的，所述相位补偿步骤具体包括：

21、相位补偿用于去除终端航迹误差的干扰，包括基于运动数据的粗补偿和基于回波数据的精细补偿；基于运动数据的粗补偿通过远程监测终端的定位模块实现，回波数据在成像条件较好的情况下能够忽略，在成像条件较差的情况下从回波数据中估计多普勒参数，实现sar图像的精确聚焦。

22、进一步的，所述高程向成像步骤具体包括：

23、首先对散射点进行识别，筛选出用于成像的点，散射点筛选方法采用振幅阈值法，设定一个阈值t，选取所有振幅大于阈值t的像素点作为散射点，阈值的计算方式如下：

24、

25、其中为配准后的第k幅sar图像像素点(i,j)的振幅信息，p、q为sar图像的行列数。

26、进一步的，所述高程向成像步骤具体包括：

27、在成像过程中，需要对信号和噪声的空间特性进行精确建模和估计，通过权值矢量w将观测信号g恢复成原信号公式如下：

28、

29、其中φ(s,v)和γ(s,v)表示观测矩阵和散射系数的导向矢量，e为噪声。

30、进一步的，对获取的输电铁塔图像与输电铁塔原始图像数据进行比对分析，获取铁塔倾斜角度，具体包括：

31、选取同一平面的散射点生成新的平面，计算新平面的法向量，根据法向量的变化判断铁塔的倾斜度；

32、判断铁塔发生倾斜后，将使用采集的铁塔高程向信息进行验证，验证方式为：

33、

34、其中为采集的铁塔高程向，h为铁塔高度，α为检测的铁塔倾斜角。

35、进一步的，所述信息传输模块具体用于：

36、采用tcp通信方式，数据传输格式由标识位、时间、信号质量、经度、纬度、图片组成，加密算法支持des以及rsa加密算法。

37、本申请提供一种基于三维成像技术的输电铁塔倾斜监测系统，所述系统包括：铁塔远程监测终端，用于通过搭载于无人机上并利用合成孔径雷达对输电铁塔进行观测获取n幅sar单视复图像，基于n幅sar单视复图像采用sar层析技术进行成像得到输电铁塔图像；信息传输模块，用于将铁塔远程监测终端获取的输电铁塔图像数据加密传输至铁塔远程监测平台；铁塔远程监测平台，用于对获取的输电铁塔图像与输电铁塔原始图像数据进行比对分析，获取铁塔倾斜角度。本发明基于三维成像技术对输电铁塔图像进行采集，通过采集数据与原始数据进行对比分析铁塔的倾斜情况，上述方法无需现场布置监测设备和人工操作，可大幅提高监测效率，减少人工作业成本，尤其对于地形地貌复杂、存在危险等人力较难进入的区域。

技术特征：

1.一种基于三维成像技术的输电铁塔倾斜监测系统，其特征在于，所述系统包括：

2.如权利要求1所述的一种基于三维成像技术的输电铁塔倾斜监测系统，其特征在于，通过搭载于无人机上并利用合成孔径雷达对输电铁塔进行观测获取n幅sar单视复图像，具体包括：

3.如权利要求2所述的一种基于三维成像技术的输电铁塔倾斜监测系统，其特征在于，基于n幅sar单视复图像采用sar层析技术进行成像得到输电铁塔图像，具体包括：

4.如权利要求3所述的一种基于三维成像技术的输电铁塔倾斜监测系统，其特征在于，所述配准步骤具体包括：

5.如权利要求4所述的一种基于三维成像技术的输电铁塔倾斜监测系统，其特征在于，所述去斜步骤具体包括：

6.如权利要求3所述的一种基于三维成像技术的输电铁塔倾斜监测系统，其特征在于，所述相位补偿步骤具体包括：

7.如权利要求3所述的一种基于三维成像技术的输电铁塔倾斜监测系统，其特征在于，所述高程向成像步骤具体包括：

8.如权利要求3所述的一种基于三维成像技术的输电铁塔倾斜监测系统，其特征在于，所述高程向成像步骤具体包括：

9.如权利要求1所述的一种基于三维成像技术的输电铁塔倾斜监测系统，其特征在于，对获取的输电铁塔图像与输电铁塔原始图像数据进行比对分析，获取铁塔倾斜角度，具体包括：

10.如权利要求1所述的一种基于三维成像技术的输电铁塔倾斜监测系统，其特征在于，所述信息传输模块具体用于：

技术总结本发明公开了一种基于三维成像技术的输电铁塔倾斜监测系统，所述系统包括：铁塔远程监测终端，用于通过搭载于无人机上并利用合成孔径雷达对输电铁塔进行观测获取N幅SAR单视复图像，基于N幅SAR单视复图像采用SAR层析技术进行成像得到输电铁塔图像；信息传输模块，用于将铁塔远程监测终端获取的输电铁塔图像数据加密传输至铁塔远程监测平台；铁塔远程监测平台，用于对获取的输电铁塔图像与输电铁塔原始图像数据进行比对分析，获取铁塔倾斜角度。本发明基于三维成像技术对输电铁塔图像进行采集，无需现场布置监测设备和人工操作，可大幅提高监测效率，减少人工作业成本，尤其对于地形地貌复杂、存在危险等人力较难进入的区域。技术研发人员：于志军受保护的技术使用者：中铁第一勘察设计院集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25