本發(fā)明涉及地理信息領(lǐng)域，特別是指一種架空輸電線路數(shù)字孿生的數(shù)字地形數(shù)據(jù)生成方法。

背景技術(shù)：

1、“數(shù)字孿生”是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程。近年來，隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型的推進，“數(shù)字孿生”的發(fā)展勢頭強勁，在理論研究和實踐應(yīng)用層面均取得了快速發(fā)展。

2、電網(wǎng)企業(yè)通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型，可以構(gòu)建起覆蓋電網(wǎng)全過程與生產(chǎn)全環(huán)節(jié)的“數(shù)字孿生電網(wǎng)”，提升復(fù)雜電網(wǎng)的駕馭能力。在輸電領(lǐng)域，由于電網(wǎng)地理跨度大、地形復(fù)雜，為了實現(xiàn)電網(wǎng)的數(shù)字孿生，做為電網(wǎng)數(shù)字孿生基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一的數(shù)字地形數(shù)據(jù)變得尤為重要。

3、目前，能夠通過公共渠道獲取到的數(shù)字地形數(shù)據(jù)普遍以srtm數(shù)據(jù)為主，空間分辨率為90米、30米或者12.5米等，精度比較低。與高精度的電網(wǎng)數(shù)字孿生數(shù)據(jù)融合后，由于二者精度差距很大，導(dǎo)致結(jié)合部位無法精確貼合、融合后效果很差甚至無法正常使用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種架空輸電線路數(shù)字孿生的數(shù)字地形數(shù)據(jù)生成方法，降低了數(shù)字地形數(shù)據(jù)的使用成本，提高了數(shù)字地形數(shù)據(jù)的精度。

2、本發(fā)明提供技術(shù)方案如下：

3、一種架空輸電線路數(shù)字孿生的數(shù)字地形數(shù)據(jù)生成方法，所述方法包括：

4、s1：獲取數(shù)字地形數(shù)據(jù)以及輸電線路的條帶激光點云數(shù)據(jù)；

5、s2：對所述條帶激光點云數(shù)據(jù)進行地面分割，提取得到條帶地面點云數(shù)據(jù)；

6、s3：對所述條帶激光點云數(shù)據(jù)進行桿塔分類，提取桿塔點云，并根據(jù)所述桿塔點云提取出桿塔的塔腳點云；

7、s4：使用提取的塔腳點云對所述條帶地面點云數(shù)據(jù)進行濾波、平差和精化，得到條帶地面點云精化數(shù)據(jù)；

8、s5：將所述條帶地面點云精化數(shù)據(jù)和所述數(shù)字地形數(shù)據(jù)的高程模型分別轉(zhuǎn)換為大地橢球高程模型；

9、s6：提取所述條帶地面點云精化數(shù)據(jù)的邊界，通過邊界加權(quán)損失函數(shù)將所述條帶地面點云精化數(shù)據(jù)和所述數(shù)字地形數(shù)據(jù)進行融合，得到最終的數(shù)字地形數(shù)據(jù)。

10、進一步的，所述s2包括：

11、使用布料濾波算法，對所述條帶激光點云數(shù)據(jù)進行地面分割，提取得到條帶地面點云數(shù)據(jù)。

12、進一步的，所述s3包括：

13、s31：通過桿塔的分類標(biāo)簽從所述條帶激光點云數(shù)據(jù)提取所述桿塔點云；

14、s32：對所述桿塔點云使用高度百分比過濾掉塔身點云，保留塔腿點云；

15、s33：對所述塔腿點云進行聚類，分割為塔腿組，對每組塔腿計算最低點，獲取所述塔腳點云。

16、進一步的，所述s32包括：

17、計算桿塔的高度，使用桿塔高度的80％作為分割點，將桿塔分割為塔身和塔腳，保留塔腳部分的點云數(shù)據(jù)作為所述塔腳點云。

18、進一步的，所述s4包括：

19、s41：對所述塔腳點云使用歐式聚類方法進行分組，對每組塔腳點云設(shè)定一個平差半徑，作為搜索范圍；

20、s42：針對每個分組的塔腳點云，對其平差半徑范圍內(nèi)的所述條帶地面點云數(shù)據(jù)進行鄰近搜索，得到目標(biāo)地面點云集合；

21、s43：計算所述目標(biāo)地面點云集合中每個集合點與所述塔腳點云的歐氏距離；

22、dp1＝distance(p1，q)

23、其中，p1為所述目標(biāo)地面點云集合的集合點，q為所述塔腳點云，dp1為集合點p1和塔腳點云q的歐氏距離，distance()表示歐氏距離的計算函數(shù)；

24、s44：計算所述目標(biāo)地面點云集合中每個集合點的新高程dh1，并將集合點的高程重置為dh1；

25、dh1＝ph1×(1-dp1/dmax)+qh×(dp1/dmax)

26、其中，ph1為集合點p1的原始高程，dh1為集合點p1的新高程，qh為塔腳點云q的基準(zhǔn)高程，dmax為最大搜索區(qū)域半徑；

27、s45：計算所述目標(biāo)地面點云集合中每個集合點的新高程與所述塔腳點云的基準(zhǔn)高程的差距，當(dāng)差距大于設(shè)定的第一閾值或小于設(shè)定的第二閾值時，將對應(yīng)的集合點剔除。

28、進一步的，所述s4還包括：

29、s46：統(tǒng)計塔腳點云在搜索范圍內(nèi)的點云數(shù)量，并與設(shè)定的數(shù)量閾值進行比較，若搜索到的點云數(shù)量小于數(shù)量閾值，則判斷為點云空洞；

30、s47：在點云空洞處選取參考平面，按照設(shè)置的分辨率對所述參考平面進行網(wǎng)格劃分，采樣網(wǎng)格中心點的坐標(biāo)，使用距離加權(quán)法計算點云插值點的高程，并根據(jù)計算的高程及網(wǎng)格中心點生成新的點云插值點，得到條帶地面點云精化數(shù)據(jù)。

31、dh＝ph×(1-distance(p，qedge)/dmax)+qhe×(distance(p，qedge)/dmax)

32、其中，p為網(wǎng)格中心點，qedge為所述目標(biāo)地面點云集合中距離p點的最近點，ph為p點的高程，qhe為qedge點的高程，dh為計算的點云插值點的高程。

33、進一步的，所述s6包括；

34、s61：將所述數(shù)字地形數(shù)據(jù)采樣為數(shù)字地形點云數(shù)據(jù)；

35、s62：對所述條帶地面點云精化數(shù)據(jù)進行邊界輪廓點云提取，使用提取的邊界輪廓點云得到輪廓多邊形矢量數(shù)據(jù)；

36、s63：使用所述輪廓多邊形矢量數(shù)據(jù)，剔除掉所述數(shù)字地形點云數(shù)據(jù)中位于所述輪廓多邊形矢量數(shù)據(jù)內(nèi)部的點云；

37、s64：將剔除后的數(shù)字地形點云數(shù)據(jù)和所述條帶地面點云精化數(shù)據(jù)合并，得到合并點云數(shù)據(jù)并對所述合并點云數(shù)據(jù)的邊界點進行平滑處理；

38、s65：將平滑處理后的合并點云數(shù)據(jù)根據(jù)分辨率重新采樣為數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)，得到最終的數(shù)字地形數(shù)據(jù)。

39、進一步的，所述s64包括：

40、s641：遍歷所述條帶地面點云精化數(shù)據(jù)的邊界點云，計算每個邊界點云的法向量；

41、s642：以每個邊界點云為中心，以所述邊界點云的法向量為方向約束，搜索剔除后的數(shù)字地形點云數(shù)據(jù)的鄰近點；

42、s643：對搜索到的鄰近點，使用邊界加權(quán)損失函數(shù)重新計算鄰近點的高程dh2，并將鄰近點的高程重置為dh2；

43、dh2＝ph2×(1-dp2/dmax)+eh×(dp2/dmax)

44、其中，ph2為鄰近點p2的原始高程，eh為邊界點云e的基準(zhǔn)高程，dp2為鄰近點p2與邊界點云e的歐式距離，dh2為鄰近點p2重新計算的高程。

45、進一步的，所述數(shù)字地形數(shù)據(jù)為srtm數(shù)據(jù)，所述條帶激光點云數(shù)據(jù)使用無人機采用激光雷達(dá)掃描得到。

46、本發(fā)明具有以下有益效果：

47、本發(fā)明利用公共渠道獲取的低精度srtm數(shù)據(jù)做為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合架空輸電線路的高精度條帶型點云數(shù)據(jù)，通過對點云數(shù)據(jù)進行地面點云分割提取、桿塔點云分類、桿塔塔腳點云提取、塔腳點云范圍濾波精化、地面點云數(shù)字地形提取、高程模型轉(zhuǎn)換以及srtm數(shù)據(jù)融合平差等方法實現(xiàn)地形的平差擬合。本發(fā)明以提取的塔腳點云數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，對目標(biāo)地面塔腳范圍進行局部高程擬合和點云精化處理，極大的降低了數(shù)字地形的使用成本，同時，也提高了局部地形數(shù)據(jù)的精度。本發(fā)明以低成本的免費地形數(shù)據(jù)生成局部的高精度地形數(shù)據(jù)，有助于大地理跨度的輸電線路數(shù)字孿生的推廣與落地。本發(fā)明能夠在保證架空輸電線路通道兩公里范圍內(nèi)地面的精度的前提下，保證最終三維地形達(dá)到美觀平滑的效果。