一种基于3D点云的电力传输通道防外破入侵检测方法与流程

本发明涉及计算机视觉领域，特别是涉及了一种电力传输通道防外破入侵检测的方法。

背景技术：

1、基于3d点云的电力传输通道防外破入侵检测方法是一种利用数字图像处理和三维点云进行入侵检测的技术，利用输入图像的语义信息和深度信息来建立工程机械的三维点云，并结合激光雷达获得的准确输电线三维坐标检测是否存在外破入侵现象。

2、电网所辖输电线路途经地区地形复杂，传统作业方式由人工巡视电力线，工作量较大，存在输电线路巡检精度较低等问题。已不能满足现代化电网的发展和安全运行的需求，且使用和维护的成本较高。随着计算机视觉技术的发展和测距装置如机载激光雷达技术和深度相机的发展，基于3d点云的电力传输通道防外破入侵检测方法成为一种有效的解决方法。在这种方法中，首先使用语义分割技术对图像进行处理，将电力线和工程机械等不同种类进行分割，结合深度估计获取的工程机械深度信息可以建立图像中树木的三维点云坐标，接着利用激光雷达设备获取电力线的三维坐标数据，利用工程机械和电力线的三维坐标信息，判断工程机械是否对电力线造成入侵。语义分割和激光雷达相结合可以提供精确的工程机械和电力线的位置和语义信息，可以准确检测外破入侵的情况。同时，基于图像可以实时地对电力线背景的工程机械进行监测，及时发现并警示工程机械与电力线的接触情况。

3、经检索发现，公开号为cn116308292a的中国专利申请提供了一种基于3d点云的输电通道障碍检测方法、系统、设备及介质，该方法获取基于无人机搭载的激光雷达扫描的激光测距数据，对激光测距数据进行分类，得到输电线3d点云及障碍物3d点云。基于输电线路矢量模型，从输电线3d点云中提取输电线矢量数据，基于输电线矢量数据，确定输电线的弧垂坐标，并计算所有障碍物的3d点云坐标到输电线的距离，在距离小于预设阈值时，触发报警。但该方法的检测区域需要无人机搭载的激光雷达不断地进行扫描获取激光测距数据，成本较高，同时需要对测距数据进行分类，鲁棒性较差，不具有较高的实时性。

4、为了提高电力传输通道防外破入侵检测的鲁棒性与实时性，一种可行的方法利用双目相机获取检测区域图像，通过图像语义分割获取工程机械的区域，同时深度估计网络得到图像深度信息，将分割出的工程机械区域和深度信息相结合得到工程机械区域的三维点云坐标。结合利用激光雷达扫描电力线，提供电力线的三维坐标，更加准确地在三维空间中获得工程机械和电力线的三维坐标，通过安全距离分析，实现了输电线路工程机械外破入侵的有效预测，保障了输电线路安全运行。此方法可以通过相机模块以及激光雷达实时建立电力线区域立体模型，成本更低，速度更快。

技术实现思路

1、为了提高工程机械外破入侵检测的准确性，提高抗干扰能力，本发明提供了一种基于3d点云的电力传输通道防外破入侵检测方法，基于语义分割获得图像中的工程机械区域，结合双目相机使用深度估计算法获得的图像深度信息获得工程机械的三维点云区域坐标，再利用激光雷达扫描电力线得到电力线的三维坐标，结合工程机械的三维点云坐标和电力线的三维坐标，更加准确地检测外破入侵现象。

2、为实现上述目的，本发明公开了一种基于3d点云的电力传输通道防外破入侵检测方法，步骤包括：

3、步骤s10：图像语义分割是计算机视觉领域的一项技术，旨在将输入图像中的每个像素分类为不同的语义类别。基于图像语义分割原理，可以将图像中的工程机械与其他物体进行有效地区分，为后续的识别、检测等任务提供基础的语义信息；

4、步骤s101：为了减少图像中噪声的影响，使用滤波器除去图像中的噪声，使图像分割的效果更好；

5、步骤s102：将图像进行色彩空间转换，可以更加容易区分图像中的工程机械和背景，同时通过边缘提取以及纹理分析等方法对图像进行特征提取，然后通过聚类、图割等常见的分割策略进行分割；

6、步骤s103：完成图像分割后，通过膨胀、腐蚀以及轮廓跟踪等技术来完善图像的分割效果；

7、步骤s20：利用深度估计算法对由双目相机获得的目标区域图像进行深度估计，获取目标区域的深度信息，结合由语义分割得到的工程机械掩膜获得工程机械的三维点云信息；

8、步骤s201：首先对左右两张图像进行归一化和矫正，确保它们是矫正过的立体图对，即同一个场景点在两幅图像中的投影具有相同的垂直坐标。对矫正之后的图像使用各种卷积结构进行特征提取；

9、步骤s202：根据左右两张图像的视差范围d，在这个视差范围内计算左右图像对应点的相似度，从而构建h×w×d代价体(h、w分别为图像的高和宽)，可以通过聚合或一致性检查等方法来改善代价估计的一致性；

10、步骤s203：根据构建方式采用2d卷积或者3d卷积进行代价优化。2d卷积在空间维度上对领域范围内的信息进行聚合，3d卷积在空间和视差维度上聚合信息；

11、步骤s204：使用softmax从代价体中提取像素的最终深度值，通过概率加权所有可能视差值的平均视差，来实现对深度估计的平滑处理；

12、步骤s30：利用s10和s20分别获得的工程机械分割图和深度图，得到工程机械的三维空间信息，建立工程机械的三维点云。

13、步骤s40：通过激光雷达对输电线进行激光测距，得到输电线的三维点云，构建输电线路矢量模型，从输电线3d点云中提取输电线矢量数据；

14、步骤s50：基于输电线矢量数据，确定输电线的弧垂坐标，并通过计算由s30获得的工程机械的3d点云坐标到输电线的距离，在距离小于预设阈值时，触发报警；

技术特征：

1.一种基于3d点云的电力传输通道防外破侵检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的根据语义分割获得工程机械区域的方法，其特征在于，利用图像分割算法准确分割出工程机械区域。

3.根据权利要求1所述的利用深度估计算法获得图像深度信息的方法，其特征在于，利用深度估计网络，在经过一系列数据训练后能够学习到工程机械与输电线场景的特征信息，可以准确的输出相应的深度信息。

4.根据权利要求1所述的根据激光雷达扫描电力线获得电力线三维坐标的方法，其特征在于，利用激光雷达扫描可以准确的确定电力线的三维位置，获得准确的电力线三维坐标区域。

5.根据权利要求1所述的对电力传输通道是否被工程机械入侵进行判断的方法，其特征在于，通过计算工程机械的3d点云坐标到所述输电线的距离来判断输电线是否被外破入侵。

技术总结本发明公开了一种基于3D点云的电力传输通道防外破入侵检测方法，所述方法包括：基于图像语义分割出相机模块提供图像中的工程机械场景；利用深度估计获得图像的深度信息；基于分割图像和深度信息得到工程机械的三维点云图像；基于激光雷达获得电力线的三维空间坐标；基于工程机械的三维点云和电力线的三维空间坐标判断是由存在工程机械入侵。本发明将计算机视觉、数字图像处理技术和激光雷达技术相结合，通过对相机捕获的图像进行分析进行工程机械入侵的判断，利用空间分割的技术进行输电线提取，形成了精准的安全距离诊断，提高了输电线路障碍物巡检的效率，解放了人力，降低了电力运检成本。具有普适性高、成本低、准确率高等优势。技术研发人员：郭圣,张超,杨尚彬,孙天成,王永华,甄志明,陈志锋,邹巍,温带银受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司江门供电局技术研发日：技术公布日：2024/10/17