本發(fā)明涉及電力管廊數(shù)字孿生，具體涉及一種基于多數(shù)據(jù)融合的電力管廊數(shù)字孿生建模方法、系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、電力管廊，也稱電纜隧道、電力隧道，是城市重要的市政基礎(chǔ)設(shè)施，電纜隧道處于地下深處，延伸到城市的每個(gè)角落，一旦出現(xiàn)問(wèn)題將對(duì)城市的正常運(yùn)轉(zhuǎn)造成嚴(yán)重影響。

2、由于地下電力管廊的復(fù)雜性和特殊性，對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的管理是一項(xiàng)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。目前除了采取傳統(tǒng)的人工巡檢的方法之外，已經(jīng)衍生出了數(shù)字孿生技術(shù)對(duì)電力管廊進(jìn)行三維數(shù)字孿生。

3、激光掃描和計(jì)算機(jī)三維點(diǎn)云處理技術(shù)，能夠?qū)Ψ笤O(shè)施工等關(guān)鍵步驟進(jìn)行數(shù)字化記錄，并對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，輔助施工和驗(yàn)收人員實(shí)現(xiàn)電纜敷設(shè)位置信息的高效準(zhǔn)確分析和施工質(zhì)量校核?；谌S點(diǎn)云的測(cè)量技術(shù)可精準(zhǔn)重建待測(cè)物體的三維結(jié)構(gòu)和空間方位，對(duì)幾何參數(shù)的測(cè)量更加精準(zhǔn)，因此在電力電纜檢測(cè)領(lǐng)域也逐步得到應(yīng)用。

4、基于激光三維掃描技術(shù)可以構(gòu)建高精度地下電纜管廊及隧道的三維可視化場(chǎng)景，直觀呈現(xiàn)電纜管廊運(yùn)行參數(shù)及環(huán)境參數(shù)，助力實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)遠(yuǎn)端監(jiān)控與智能運(yùn)維的可視化功能。

5、然而，由于電纜隧道內(nèi)部與室外高架塔桿結(jié)構(gòu)不同，電纜隧道具有內(nèi)部空間小，元件多且密集的特點(diǎn)，使得現(xiàn)有技術(shù)中仍然難以通過(guò)激光掃描技術(shù)有效獲得電纜附件的數(shù)字模型，提供對(duì)于電纜附件層級(jí)的合理管控措施。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的在于提供一種基于多數(shù)據(jù)融合的電力管廊建模方法、系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，以解決上述的技術(shù)問(wèn)題。

2、本發(fā)明提供一種基于多數(shù)據(jù)融合的電力管廊建模方法，包括步驟：

3、s1，獲取針對(duì)電力管廊的待建模區(qū)域經(jīng)激光雷達(dá)掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，攝像頭采集到的圖像數(shù)據(jù)以及探地雷達(dá)掃描得到的二維時(shí)間剖面圖像；

4、s2，對(duì)所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)、二維時(shí)間剖面圖像、以及所述圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行同源化處理后，融合得到三維坐標(biāo)系下的融合點(diǎn)云數(shù)據(jù)，包括：

5、s21，對(duì)所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波除噪以及平滑處理，然后基于預(yù)設(shè)的采樣標(biāo)記點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，建立基于三維坐標(biāo)系的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

6、s22，基于預(yù)設(shè)的采樣標(biāo)記點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，使用攝像頭的內(nèi)參矩陣q將所述激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的每個(gè)點(diǎn)的空間坐標(biāo)進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換為二維平面像素坐標(biāo)，對(duì)于所述圖像數(shù)據(jù)中的每個(gè)像素點(diǎn)，在所述二維平面像素坐標(biāo)中找到與所述像素點(diǎn)最接近的點(diǎn)，并將通過(guò)該點(diǎn)的坐標(biāo)值與相機(jī)深度值d以及攝像頭的內(nèi)參矩陣q的逆矩陣q-1，進(jìn)行反投影得到所述圖像數(shù)據(jù)每個(gè)像素點(diǎn)在所述三維坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，以得到圖像點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

7、s23，基于預(yù)設(shè)的采樣標(biāo)記點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，對(duì)所述二維時(shí)間剖面圖像進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換，得到探地雷達(dá)圖像上的所有采樣點(diǎn)在所述三維坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，以得到探測(cè)雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

8、s24，對(duì)所述激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)、圖像點(diǎn)云數(shù)據(jù)以及探測(cè)雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配融合得到所述三維坐標(biāo)系下的融合點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

9、s3，基于所述融合點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取與聚類，并進(jìn)行電力管廊的三維模型構(gòu)建。

10、優(yōu)選的，所述步驟s21中，對(duì)所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波除噪的步驟，包括：

11、s211，通過(guò)濾波算法去除點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的噪聲點(diǎn)，保留有效的點(diǎn)云數(shù)據(jù)得到濾波后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

12、s212，對(duì)于濾波后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的每個(gè)點(diǎn)p，計(jì)算其周圍的鄰域點(diǎn)的坐標(biāo)值的平均值μ及標(biāo)準(zhǔn)差σ；

13、s213，根據(jù)每個(gè)鄰域點(diǎn)i到點(diǎn)p的距離dist(i)以及鄰域點(diǎn)i的權(quán)重系數(shù)wi，通過(guò)高斯平滑算法得到點(diǎn)p的平滑后的點(diǎn)的坐標(biāo)f(p)，以降低濾波后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的噪聲以及不規(guī)則性。

14、優(yōu)選的，所述步驟s21中，

15、所述平均值μ的計(jì)算公式為

16、所述標(biāo)準(zhǔn)差的σ計(jì)算公式為

17、

18、所述權(quán)重系數(shù)的wi的計(jì)算公式為

19、所述平滑后坐標(biāo)f(p)的計(jì)算公式為

20、其中，{x1，x2，...，xn}表示n個(gè)鄰域點(diǎn)的坐標(biāo)值的集合，λ表示高斯函數(shù)的參數(shù)。

21、優(yōu)選的，所述步驟s213中，通過(guò)高斯平滑算法得到點(diǎn)p的平滑后坐標(biāo)f(p)中，還包括步驟：

22、計(jì)算平滑后的點(diǎn)的坐標(biāo)f(p)與點(diǎn)p之間的誤差距離dis，dis＝sqrt((f(p).x-p.x)2+(f(p).y-p.y)2+(f(p).z-p.z)2)；

23、計(jì)算所有的平滑后坐標(biāo)f(p)的誤差距離的平方差r，其中，f(p).x、f(p).y、f(p).z分別表示平滑后的坐標(biāo)f(p)點(diǎn)的x、y、z的坐標(biāo)，p.x、p.y、p.z分別表示點(diǎn)p的x、y、z的坐標(biāo)；m表示點(diǎn)的總個(gè)數(shù)；

24、若平方差r大于預(yù)設(shè)閾值，則調(diào)整所述高斯函數(shù)的參數(shù)λ繼續(xù)進(jìn)行運(yùn)算；若平方差r小于等于預(yù)設(shè)閾值，則進(jìn)入后續(xù)步驟。

25、優(yōu)選的，所述步驟s22中，所述圖像數(shù)據(jù)每個(gè)像素點(diǎn)(s,t)在所述三維坐標(biāo)系下的坐標(biāo)d(x，y，z)的計(jì)算公式為d(x，y，z)＝q-1-1*[s’,t’,d]。

26、優(yōu)選的，所述步驟s23包括：

27、s231，對(duì)探地雷達(dá)采集的二維時(shí)間剖面圖像進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)后處理；

28、s232，基于預(yù)設(shè)的采樣標(biāo)記點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，根據(jù)探地雷達(dá)和時(shí)間同步文件，將處理后的探地雷達(dá)圖像進(jìn)行坐標(biāo)匹配，得到基準(zhǔn)點(diǎn)在所述探地雷達(dá)圖像豎直方向上的位置；

29、s233，由所述基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)開(kāi)始，以時(shí)間前進(jìn)和倒退兩個(gè)方向，對(duì)探地雷達(dá)圖像縱軸方向上的時(shí)深轉(zhuǎn)換，得到探地雷達(dá)圖像上所有采樣點(diǎn)的坐標(biāo)。

30、優(yōu)選的，所述后處理包括解震蕩濾波、自動(dòng)增益、背景濾波、帶通濾波和圖像平滑處理。

31、優(yōu)選的，所述基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)定為(0,0,0)。

32、本發(fā)明還提供一種基于多數(shù)據(jù)融合的電力管廊建模系統(tǒng)，包括激光雷達(dá)掃描裝置、攝像頭裝置、探地雷達(dá)掃描裝置以及計(jì)算機(jī)后臺(tái)服務(wù)端；

33、激光雷達(dá)掃描裝置，用于獲取針對(duì)電力管廊的待建模區(qū)域的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

34、攝像頭裝置，用于采集針對(duì)電力管廊的待建模區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)；

35、探地雷達(dá)掃描裝置，用于掃描針對(duì)電力管廊的待建模區(qū)域得到二維時(shí)間剖面圖像；

36、計(jì)算機(jī)后臺(tái)服務(wù)端包括存儲(chǔ)器、處理器、存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如上任一項(xiàng)所述的基于多數(shù)據(jù)融合的電力管廊建模方法的步驟。

37、本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上任一項(xiàng)所述的基于多數(shù)據(jù)融合的電力管廊建模方法的步驟。

38、本發(fā)明提供的基于多數(shù)據(jù)融合的電力管廊建模方法，包括步驟：s1，獲取針對(duì)電力管廊的待建模區(qū)域經(jīng)激光雷達(dá)掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，攝像頭采集到的圖像數(shù)據(jù)以及探地雷達(dá)掃描得到的二維時(shí)間剖面圖像；s2，對(duì)所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)、二維時(shí)間剖面圖像、以及所述圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行同源化處理后，融合得到三維坐標(biāo)系下的融合點(diǎn)云數(shù)據(jù)；s3，基于所述融合點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取與聚類，并進(jìn)行電力管廊的三維模型構(gòu)建。相較于傳統(tǒng)的激光雷達(dá)測(cè)繪所得到的點(diǎn)云三維模型，通過(guò)結(jié)合圖像數(shù)據(jù)，豐富點(diǎn)云色彩紋理信息，；另外結(jié)合了探地雷達(dá)的圖像信息，在豎直方向的信息進(jìn)行了優(yōu)化，補(bǔ)齊了因?yàn)槎S圖像數(shù)據(jù)在第三軸方向的信息缺失；融合后的融合點(diǎn)云數(shù)據(jù)同時(shí)具有高精度和富有真實(shí)感，發(fā)揮了不同數(shù)據(jù)源的優(yōu)勢(shì)，克服單一數(shù)據(jù)源的缺陷。