本發(fā)明涉及監(jiān)測(cè)預(yù)警，具體涉及基于三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的近網(wǎng)距離動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警方法。

背景技術(shù)：

1、隨著電力線路建設(shè)的不斷擴(kuò)大，吊車等特種車輛在電力線路附近作業(yè)的需求也逐漸增加，然而，吊車等特種車輛在電力線路附近作業(yè)時(shí)極易發(fā)生近電事故，給施工人員和設(shè)備帶來(lái)嚴(yán)重安全隱患；

2、為避免此類事故，當(dāng)前市場(chǎng)上已出現(xiàn)多種近電預(yù)警系統(tǒng)，這些系統(tǒng)通常依靠超聲波、紅外線、激光測(cè)距或電磁感應(yīng)技術(shù)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)吊車等特種車輛與電力線路的距離以及電磁場(chǎng)強(qiáng)度，提供預(yù)警信息，但是這些技術(shù)方案在精度、穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性等方面仍存在諸多不足，因此設(shè)計(jì)一種精度高，穩(wěn)定性強(qiáng)且具有實(shí)時(shí)性的監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供基于三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的近網(wǎng)距離動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警方法，以解決背景技術(shù)中不足。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：基于三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的近網(wǎng)距離動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警方法，包括：

3、通過(guò)無(wú)人機(jī)采集電力線路及其周邊的圖像數(shù)據(jù)和gps數(shù)據(jù)，通過(guò)影像匹配技術(shù)獲得電力線路及其周邊的初步點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

4、檢查初步點(diǎn)云數(shù)據(jù)的完整性，并分割出電力線路的點(diǎn)云數(shù)據(jù)部分得到電力線路點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

5、對(duì)電力線路點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行粗采樣和細(xì)采樣分別得到粗采樣點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)以及細(xì)采樣點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)；

6、上傳電力線路點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行解析得到經(jīng)緯度坐標(biāo)，同時(shí)將粗采樣點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)和細(xì)采樣點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)中，并分別設(shè)置唯一id；

7、在吊車上安裝rtk設(shè)備獲取吊車三維定位數(shù)據(jù)，其中吊車三維定位數(shù)據(jù)包括經(jīng)緯度和高度坐標(biāo)，利用三維定位數(shù)據(jù)、粗采樣點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)以及細(xì)采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)計(jì)算吊車與電力線路之間的精確最短距離；

8、定義預(yù)設(shè)閾值和預(yù)警等級(jí)，當(dāng)精確最短距離小于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，將預(yù)警信息存儲(chǔ)并展示，同時(shí)通過(guò)消息提示、短信或聲光警示設(shè)備給后臺(tái)和駕駛員提供安全預(yù)警提示并規(guī)劃吊車運(yùn)行的安全路徑。

9、在新一實(shí)施例中，所述通過(guò)無(wú)人機(jī)采集電力線路及其周邊的影像數(shù)據(jù)和gps數(shù)據(jù)，通過(guò)影像匹配技術(shù)獲得電力線路及其周邊的初步點(diǎn)云數(shù)據(jù)的步驟為：

10、通過(guò)無(wú)人機(jī)設(shè)備采集電力線路及其周邊的圖像數(shù)據(jù)和gps數(shù)據(jù)；

11、對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理提高質(zhì)量，其中預(yù)處理包括校正畸變，調(diào)整亮度和增強(qiáng)對(duì)比度；

12、利用圖像匹配算法提取圖像數(shù)據(jù)中的特征點(diǎn)，通過(guò)特征點(diǎn)生成初步點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

13、利用濾波算法除去初步點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的噪聲和干擾濾波。

14、在新一實(shí)施例中，所述檢查初步點(diǎn)云數(shù)據(jù)的完整性，并分割出電力線路的點(diǎn)云數(shù)據(jù)部分得到電力線路點(diǎn)云數(shù)據(jù)的步驟為：

15、定義預(yù)設(shè)點(diǎn)密度和預(yù)設(shè)空間范圍；

16、將初步點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入點(diǎn)云處理軟件，計(jì)算初步點(diǎn)云數(shù)據(jù)的點(diǎn)密度和空間范圍，若均滿足預(yù)設(shè)點(diǎn)密度和預(yù)設(shè)空間范圍則說(shuō)明初步點(diǎn)云數(shù)據(jù)是完整的；

17、使用地面分割算法提取出初步點(diǎn)云數(shù)據(jù)中地面部分的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并計(jì)算初步點(diǎn)云數(shù)據(jù)中非地面部分點(diǎn)云數(shù)據(jù)作為電力路線點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

18、其中電力線路點(diǎn)云數(shù)據(jù)包含點(diǎn)云的墨卡托投影坐標(biāo)、點(diǎn)云密度、分類信息以及時(shí)間戳。

19、在新一實(shí)施例中，所述對(duì)電力線路點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行粗采樣和細(xì)采樣分別得到粗采樣點(diǎn)云數(shù)據(jù)以及細(xì)采樣點(diǎn)云數(shù)據(jù)的步驟為：

20、定義預(yù)設(shè)粗采樣精度以及預(yù)設(shè)細(xì)采樣精度，預(yù)設(shè)細(xì)采樣精度要高于預(yù)設(shè)粗采樣精度；

21、利用預(yù)設(shè)粗采樣精度對(duì)電力線路點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行粗采樣，獲得粗采樣點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)；

22、利用預(yù)設(shè)細(xì)采樣精度對(duì)電力線路點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)采樣，獲得細(xì)采樣點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)。

23、在新一實(shí)施例中，所述上傳電力線路點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)行解析得到經(jīng)緯度坐標(biāo)，同時(shí)將粗采樣點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)和細(xì)采樣點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)中，并分別設(shè)置唯一id的步驟為：

24、上傳電力線路點(diǎn)云數(shù)據(jù)至系統(tǒng)中，獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的墨卡托投影坐標(biāo)并解析為utm坐標(biāo)；

25、首先將每個(gè)點(diǎn)云的墨卡托投影坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為utm坐標(biāo)，計(jì)算方式為：

26、

27、然后使用投影轉(zhuǎn)換庫(kù)，將utm坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為經(jīng)緯度坐標(biāo)得到電力線路點(diǎn)云數(shù)據(jù)的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)；

28、同時(shí)將粗采樣點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)中，為每一個(gè)粗采樣點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)生成粗采樣點(diǎn)id，將細(xì)采樣點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)中，為每一個(gè)細(xì)采樣點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)生成細(xì)采樣點(diǎn)id，并令細(xì)采樣點(diǎn)id關(guān)聯(lián)粗采樣點(diǎn)id。

29、在新一實(shí)施例中，所述通過(guò)細(xì)采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)計(jì)算與吊車的精確最短距離的步驟為：

30、在吊索頭、吊臂頭和吊臂尾位置安裝rtk設(shè)備，實(shí)時(shí)獲取吊車的三維定位數(shù)據(jù)，包括經(jīng)緯度和高度坐標(biāo)，并將吊索頭、吊臂頭和吊臂尾三個(gè)位置的坐標(biāo)數(shù)據(jù)上傳至后臺(tái)控制系統(tǒng)；

31、利用粗采樣點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)計(jì)算吊索頭與吊臂頭、吊臂頭與吊臂尾形成的兩個(gè)線段到電力線路的最短距離，計(jì)算方式如下：

32、首先將吊車的三維定位數(shù)據(jù)以及電力線路點(diǎn)云數(shù)據(jù)的經(jīng)緯度和高度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為空間直角坐標(biāo)系，轉(zhuǎn)化公式如下：

33、

34、其中，和分別是緯度和經(jīng)度的弧度值，是電力線路、吊索頭、吊臂頭和吊臂尾的高度，是地球赤道半徑；

35、然后利用投影法計(jì)算粗采樣點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)至吊索頭與吊臂頭、吊臂頭與吊臂尾形成的兩個(gè)線段的距離作為吊車與電力線路的距離；

36、選擇吊車與電力線路的最短距離作為粗略最短距離，獲取粗略最短距離處的粗采樣點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)的粗采樣點(diǎn)id，并查詢所關(guān)聯(lián)的多個(gè)細(xì)采樣點(diǎn)id，基于多個(gè)細(xì)采樣點(diǎn)id獲取多個(gè)細(xì)采樣點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)的坐標(biāo)；

37、利用投影法和多個(gè)細(xì)采樣點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算并判斷吊車與電力線路的精確最短距離。

38、在新一實(shí)施例中，所述定義預(yù)設(shè)閾值和預(yù)警等級(jí)，當(dāng)精確最短距離小于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，將預(yù)警信息存儲(chǔ)并展示的步驟為：

39、定義預(yù)警等級(jí)為紅色、橙色、黃色并定義對(duì)應(yīng)的閾值為一級(jí)預(yù)警閾值、二級(jí)預(yù)警閾值、三級(jí)預(yù)警閾值；

40、基于精確最短距離判斷預(yù)警等級(jí)；

41、當(dāng)，則觸發(fā)紅色預(yù)警、當(dāng)，則觸發(fā)橙色預(yù)警、當(dāng)，則觸發(fā)黃色預(yù)警；

42、當(dāng)精確最短距離滿足預(yù)警條件時(shí)，將預(yù)警信息存儲(chǔ)并展示，同時(shí)通過(guò)消息提示以及聲光警示設(shè)備預(yù)警后臺(tái)和駕駛員并規(guī)劃吊車運(yùn)行的安全路徑，其中預(yù)警信息包括預(yù)警等級(jí)、吊車三維定位數(shù)據(jù)以及細(xì)采樣點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)的坐標(biāo)。

43、在新一實(shí)施例中，所規(guī)劃吊車運(yùn)行的安全路徑的步驟為：

44、獲取電力線路點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并將其經(jīng)緯度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為空間直角坐標(biāo)系；

45、定義預(yù)設(shè)安全距離，基于電力線路點(diǎn)云數(shù)據(jù)以預(yù)設(shè)安全距離為半徑構(gòu)建圓柱體形狀的安全區(qū)域；

46、確定吊車運(yùn)行的初始位置和目標(biāo)位置，在空間中連接初始位置和目標(biāo)位置形成初始路徑，并標(biāo)注關(guān)鍵點(diǎn)，其中關(guān)鍵點(diǎn)包括吊車運(yùn)行的轉(zhuǎn)折點(diǎn)以及電力線路的交叉點(diǎn)；

47、針對(duì)初始路徑，計(jì)算粗采樣點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)與初始路徑的距離判斷是否與安全區(qū)域相交；

48、如果有相交部分則確定相交點(diǎn)，并進(jìn)行路徑偏移，偏移方向?yàn)檫h(yuǎn)離安全區(qū)域以及電力線路方向，偏移量基于細(xì)采樣點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)與相交點(diǎn)之間的相交距離，偏移后的相交部分與細(xì)采樣點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)的最短距離應(yīng)大于預(yù)設(shè)安全距離；

49、初始路徑完成路徑偏移后形成二次路徑，針對(duì)二次路徑計(jì)算粗采樣點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)與初始路徑的距離，判斷是否具有相交部分，若有則繼續(xù)進(jìn)行路徑偏移，如無(wú)則輸出為安全路徑至后臺(tái)控制系統(tǒng)；

50、若吊車基于安全路徑運(yùn)行中出現(xiàn)新的障礙物并觸發(fā)預(yù)警，則將停止運(yùn)行，并將停止點(diǎn)作為初始點(diǎn)重新進(jìn)行路徑規(guī)劃。

51、在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明提供的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

52、1、本發(fā)明通過(guò)構(gòu)建電力線路的點(diǎn)云數(shù)據(jù)結(jié)合吊車上的rtk設(shè)備實(shí)現(xiàn)高精度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警，通過(guò)將rtk高精度設(shè)備安裝在吊索頭、吊臂頭、吊臂尾三個(gè)位置，通過(guò)多點(diǎn)定位提高了定位的穩(wěn)定性和精確度，實(shí)現(xiàn)對(duì)吊車位置的精確測(cè)量，確保預(yù)警系統(tǒng)的定位誤差降至最低，提高了預(yù)警的準(zhǔn)確性，同時(shí)能夠?qū)崟r(shí)獲取吊車的位置數(shù)據(jù)，結(jié)合激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，確保定位和測(cè)距的高準(zhǔn)確性保證系統(tǒng)在各種復(fù)雜環(huán)境中的高可靠性；

53、2、本發(fā)明通過(guò)設(shè)定不同的預(yù)警等級(jí)和閾值，根據(jù)距離的不同進(jìn)行多級(jí)預(yù)警，提供詳細(xì)的安全提示，并且在復(fù)雜電力線路環(huán)境中，吊車運(yùn)行觸發(fā)預(yù)警后會(huì)進(jìn)行安全路徑規(guī)劃，通過(guò)吊車的三維定位數(shù)據(jù)以及電力線路點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成安全路徑供駕駛?cè)藛T參考，多級(jí)預(yù)警和安全路徑規(guī)劃增強(qiáng)了預(yù)警系統(tǒng)的靈活性和實(shí)用性。