基于車載LiDAR數(shù)據(jù)的電力線提取方法研究
發(fā)布時間：2021-01-04 19:24
科學(xué)技術(shù)的不斷革新,使得人類經(jīng)濟社會在快速發(fā)展的同時,也越來越多的受制于環(huán)境約束和資源約束。謀求新的能源利用模式勢在必行,依托日益成熟的信息科技的全球能源互聯(lián)網(wǎng)營運而生,智能電網(wǎng)建設(shè)則成為全球能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵任務(wù)。在全球能源互聯(lián)網(wǎng)和智能電網(wǎng)建設(shè)的過程中,電力設(shè)備數(shù)字化、電力網(wǎng)絡(luò)安全傳輸和電力路線合理規(guī)劃至關(guān)重要。作為一種高效的遙感數(shù)據(jù)獲取方法,車載激光雷達測量（Light Detection and Ranging,LiDAR）技術(shù)可以在短時間內(nèi)快速獲取大量具有精確三維坐標的點云數(shù)據(jù),用于獲取測量目標的物理狀態(tài),實現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化和電網(wǎng)的高效巡檢管理,從而為智能電網(wǎng)建設(shè)和全球能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)提供助力。本文在全面分析研究車載LiDAR系統(tǒng)和點云數(shù)據(jù)特性的基礎(chǔ)上,首先對車載點云數(shù)據(jù)的預(yù)處理過程進行研究,隨后利用正態(tài)分布變換（Normal Distributions Transform,NDT）算法實現(xiàn)電力線的粗提取,并在此基礎(chǔ)上利用隨機抽樣一致性（RANdom SAmple Consensus,RANSAC）算法實現(xiàn)電力線的精提取,最后對提取后的電力線點云數(shù)據(jù)進行精度分析評價�？傮w研究內(nèi)...
【文章來源】：湖南科技大學(xué)湖南省
【文章頁數(shù)】：58 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
本文研究方法技術(shù)路線圖
第二章車載LiDAR技術(shù)基礎(chǔ)-10-除激光掃描儀外，測量單元內(nèi)還包含有GNSS、IMU和CCD相機，其中IMU的絕對位置精度為20-50mm，俯仰精度0.005°，航偏精度0.015°，用戶可根據(jù)需要選擇是否配備CCD相機，本文主要研究車載LiDAR點云數(shù)據(jù)，故不對CCD相機及相關(guān)數(shù)據(jù)進行介紹說明。在VMQ-1HA系統(tǒng)的控制單元中，主要配置有控制計算機、數(shù)據(jù)采集軟件(RIACQUIRE)和里程計(DistanceMeasurementIndicator，DMI)。其中數(shù)據(jù)采集軟件完成整個外業(yè)空間數(shù)據(jù)采集工作的數(shù)據(jù)整合，同時可以對整個集成系統(tǒng)進行測試和驗證，并應(yīng)用在整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)可視化等各個方面。DMI主要用于記錄測量車輛的行車速度和時刻，確保在GNSS失鎖的情況下能夠與IMU進行組合導(dǎo)航，以免造成數(shù)據(jù)斷裂。VMQ-1HA系統(tǒng)的支持部件用于將系統(tǒng)設(shè)備安裝到車輛上并協(xié)助滿足作業(yè)多角度掃描需要，主要包括旋轉(zhuǎn)平臺、車頂安裝架等。(a)(b)圖2.2(a)VMQ-1HA系統(tǒng)組件；(b)VMQ-1HA系統(tǒng)硬件配置示意圖Fig.2.2(a)VMQ-1HASystemComponents;(b)VMQ-1HASystemHardwareConfigurationDiagram
描過程中，各系統(tǒng)單元通過時間同步控制器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步采集，并獲得不同的采集數(shù)據(jù)，其中激光掃描儀對當(dāng)前車載LiDAR系統(tǒng)周圍物體進行逐點掃描，獲取周圍物體位置信息，GNSS可測定當(dāng)前車載LiDAR系統(tǒng)所在的精確坐標，IMU可測定當(dāng)前車載LiDAR系統(tǒng)的實時姿態(tài)，CCD相機可以獲取當(dāng)前車載LiDAR系統(tǒng)周圍的數(shù)字紋理影像，并由車載LiDAR系統(tǒng)中所配置的計算機對各傳感器采集的數(shù)據(jù)進行同步存儲。系統(tǒng)中主要設(shè)備的工作原理如下所述：（1）激光掃描儀激光掃描儀主要利用線性掃描的方式通過車輛前進獲取車輛行駛路線兩側(cè)的三維數(shù)據(jù)（如圖2.3）。在線性掃描的過程中，激光點按照時間順序進行獲取，在空間中依次排列相互緊鄰，如圖2.4所示，相鄰點依次緊鄰形成掃描線，且相鄰的掃描線在空間上相互緊鄰并沿車輛行進方向依次排列[50]。同一條掃描線上相鄰的兩個激光點間的角度差相同，激光掃描儀在車輛行進過程中通過周期性發(fā)射脈沖并接收脈沖，即可獲得每個激光點的掃描角度。激光掃描儀通過激光器向周圍發(fā)射激光脈沖，激光由空氣入射到周圍物體上產(chǎn)生散射，其中一部分經(jīng)過一段時間后發(fā)生反射，并由能將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的接收器接收，通過記錄激光器發(fā)射激光的時間和接收器接受放射激光的時間，利用光在空氣中的傳播速度，根據(jù)公式（2.1）即可計算出激光掃描儀與物體之間的距離。根據(jù)掃描角度和距離即可求得各物體點在掃描儀坐標系下的坐標。2Ctd（2.1）其中，d為激光掃描儀與物體之間的距離，t為同一個激光信號在激光器發(fā)射激光與接收器接收激光之間的時間差，C為光在空氣中的傳播速度，是一個常數(shù)，即C=300,000千米/秒。圖2.3車載LiDAR系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)示意圖Fig.2.3SchematicDiagramofDataAcquisitioninVehicleLiDARSystem
【參考文獻】：
期刊論文
[1]智能牽引供電系統(tǒng)標準體系研究[J]. 朱飛雄. 電氣化鐵道. 2018(06)
[2]車載激光雷達的主要技術(shù)分支及發(fā)展趨勢[J]. 余瑩潔. 科研信息化技術(shù)與應(yīng)用. 2018(06)
[3]中國能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展基本特征[J]. 魯剛. 中國電力. 2018(08)
[4]車載LiDAR點云路燈提取方法[J]. 李永強,董亞涵,張西童,李鵬鵬. 測繪學(xué)報. 2018(02)
[5]大型無人機電力巡檢LiDAR點云安全距離診斷方法[J]. 陳馳,彭向陽,宋爽,王柯,錢金菊,楊必勝. 電網(wǎng)技術(shù). 2017(08)
[6]車載LiDAR數(shù)據(jù)電力線與塔桿提取方法[J]. 賴廣陵,秦志遠,丁璐. 測繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報. 2016(06)
[7]機載激光雷達數(shù)據(jù)中電力線的快速提取[J]. 王平華,習(xí)曉環(huán),王成,夏少波. 測繪科學(xué). 2017(02)
[8]面向車載激光掃描數(shù)據(jù)的道路目標精細化魯棒提取[J]. 熊偉成,楊必勝,董震. 地球信息科學(xué)學(xué)報. 2016(03)
[9]機載激光點云數(shù)據(jù)中電力線自動提取方法[J]. 陳馳,麥曉明,宋爽,彭向陽,徐文學(xué),王珂. 武漢大學(xué)學(xué)報(信息科學(xué)版). 2015(12)
[10]無人機在湛江電網(wǎng)臺風(fēng)應(yīng)急巡檢中的應(yīng)用[J]. 王柯,麥曉明,許志海,彭向陽,饒章權(quán). 廣東電力. 2015(09)
博士論文
[1]基于LiDAR數(shù)據(jù)的海岸線提取技術(shù)研究[D]. 于彩霞.解放軍信息工程大學(xué) 2015
[2]機載LIDAR數(shù)據(jù)處理與土地利用分類研究[D]. 袁楓.中國礦業(yè)大學(xué) 2010
[3]基于多種遙感數(shù)據(jù)的電力線走廊特征物提取方法研究[D]. 穆超.武漢大學(xué) 2010
碩士論文
[1]利用車載LiDAR點云的自動成圖技術(shù)研究[D]. 吳永興.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 2018
[2]基于點云片段法的道路邊線提取研究[D]. 王淑燕.東華理工大學(xué) 2017
[3]基于機載LiDAR點云的電力走廊三維要素提取技術(shù)[D]. 宋爽.武漢大學(xué) 2017
[4]基于機載LiDAR數(shù)據(jù)的電力走廊信息提取技術(shù)研究[D]. 解冰謙.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[5]基于車載LiDAR點云數(shù)據(jù)的濾波及道路標識線提取研究[D]. 曾妮紅.中國地質(zhì)大學(xué) 2016
[6]機載LiDAR點云數(shù)據(jù)濾波方法研究[D]. 甘桂琴.中南大學(xué) 2012
[7]基于車載激光掃描數(shù)據(jù)的三維重建研究[D]. 戴彬.首都師范大學(xué) 2011
[8]機載LiDAR點云數(shù)據(jù)分類技術(shù)研究[D]. 龔亮.解放軍信息工程大學(xué) 2011
[9]互聯(lián)網(wǎng)GIS系統(tǒng)底層算法設(shè)計和實現(xiàn)[D]. 林釗.昆明理工大學(xué) 2011
[10]線狀目標識別及跟蹤算法研究[D]. 陳軍.西安電子科技大學(xué) 2009
本文編號：2957292
【文章來源】：湖南科技大學(xué)湖南省
【文章頁數(shù)】：58 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
本文研究方法技術(shù)路線圖
第二章車載LiDAR技術(shù)基礎(chǔ)-10-除激光掃描儀外，測量單元內(nèi)還包含有GNSS、IMU和CCD相機，其中IMU的絕對位置精度為20-50mm，俯仰精度0.005°，航偏精度0.015°，用戶可根據(jù)需要選擇是否配備CCD相機，本文主要研究車載LiDAR點云數(shù)據(jù)，故不對CCD相機及相關(guān)數(shù)據(jù)進行介紹說明。在VMQ-1HA系統(tǒng)的控制單元中，主要配置有控制計算機、數(shù)據(jù)采集軟件(RIACQUIRE)和里程計(DistanceMeasurementIndicator，DMI)。其中數(shù)據(jù)采集軟件完成整個外業(yè)空間數(shù)據(jù)采集工作的數(shù)據(jù)整合，同時可以對整個集成系統(tǒng)進行測試和驗證，并應(yīng)用在整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)可視化等各個方面。DMI主要用于記錄測量車輛的行車速度和時刻，確保在GNSS失鎖的情況下能夠與IMU進行組合導(dǎo)航，以免造成數(shù)據(jù)斷裂。VMQ-1HA系統(tǒng)的支持部件用于將系統(tǒng)設(shè)備安裝到車輛上并協(xié)助滿足作業(yè)多角度掃描需要，主要包括旋轉(zhuǎn)平臺、車頂安裝架等。(a)(b)圖2.2(a)VMQ-1HA系統(tǒng)組件；(b)VMQ-1HA系統(tǒng)硬件配置示意圖Fig.2.2(a)VMQ-1HASystemComponents;(b)VMQ-1HASystemHardwareConfigurationDiagram
描過程中，各系統(tǒng)單元通過時間同步控制器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步采集，并獲得不同的采集數(shù)據(jù)，其中激光掃描儀對當(dāng)前車載LiDAR系統(tǒng)周圍物體進行逐點掃描，獲取周圍物體位置信息，GNSS可測定當(dāng)前車載LiDAR系統(tǒng)所在的精確坐標，IMU可測定當(dāng)前車載LiDAR系統(tǒng)的實時姿態(tài)，CCD相機可以獲取當(dāng)前車載LiDAR系統(tǒng)周圍的數(shù)字紋理影像，并由車載LiDAR系統(tǒng)中所配置的計算機對各傳感器采集的數(shù)據(jù)進行同步存儲。系統(tǒng)中主要設(shè)備的工作原理如下所述：（1）激光掃描儀激光掃描儀主要利用線性掃描的方式通過車輛前進獲取車輛行駛路線兩側(cè)的三維數(shù)據(jù)（如圖2.3）。在線性掃描的過程中，激光點按照時間順序進行獲取，在空間中依次排列相互緊鄰，如圖2.4所示，相鄰點依次緊鄰形成掃描線，且相鄰的掃描線在空間上相互緊鄰并沿車輛行進方向依次排列[50]。同一條掃描線上相鄰的兩個激光點間的角度差相同，激光掃描儀在車輛行進過程中通過周期性發(fā)射脈沖并接收脈沖，即可獲得每個激光點的掃描角度。激光掃描儀通過激光器向周圍發(fā)射激光脈沖，激光由空氣入射到周圍物體上產(chǎn)生散射，其中一部分經(jīng)過一段時間后發(fā)生反射，并由能將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的接收器接收，通過記錄激光器發(fā)射激光的時間和接收器接受放射激光的時間，利用光在空氣中的傳播速度，根據(jù)公式（2.1）即可計算出激光掃描儀與物體之間的距離。根據(jù)掃描角度和距離即可求得各物體點在掃描儀坐標系下的坐標。2Ctd（2.1）其中，d為激光掃描儀與物體之間的距離，t為同一個激光信號在激光器發(fā)射激光與接收器接收激光之間的時間差，C為光在空氣中的傳播速度，是一個常數(shù)，即C=300,000千米/秒。圖2.3車載LiDAR系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)示意圖Fig.2.3SchematicDiagramofDataAcquisitioninVehicleLiDARSystem
【參考文獻】：
期刊論文
[1]智能牽引供電系統(tǒng)標準體系研究[J]. 朱飛雄. 電氣化鐵道. 2018(06)
[2]車載激光雷達的主要技術(shù)分支及發(fā)展趨勢[J]. 余瑩潔. 科研信息化技術(shù)與應(yīng)用. 2018(06)
[3]中國能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展基本特征[J]. 魯剛. 中國電力. 2018(08)
[4]車載LiDAR點云路燈提取方法[J]. 李永強,董亞涵,張西童,李鵬鵬. 測繪學(xué)報. 2018(02)
[5]大型無人機電力巡檢LiDAR點云安全距離診斷方法[J]. 陳馳,彭向陽,宋爽,王柯,錢金菊,楊必勝. 電網(wǎng)技術(shù). 2017(08)
[6]車載LiDAR數(shù)據(jù)電力線與塔桿提取方法[J]. 賴廣陵,秦志遠,丁璐. 測繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報. 2016(06)
[7]機載激光雷達數(shù)據(jù)中電力線的快速提取[J]. 王平華,習(xí)曉環(huán),王成,夏少波. 測繪科學(xué). 2017(02)
[8]面向車載激光掃描數(shù)據(jù)的道路目標精細化魯棒提取[J]. 熊偉成,楊必勝,董震. 地球信息科學(xué)學(xué)報. 2016(03)
[9]機載激光點云數(shù)據(jù)中電力線自動提取方法[J]. 陳馳,麥曉明,宋爽,彭向陽,徐文學(xué),王珂. 武漢大學(xué)學(xué)報(信息科學(xué)版). 2015(12)
[10]無人機在湛江電網(wǎng)臺風(fēng)應(yīng)急巡檢中的應(yīng)用[J]. 王柯,麥曉明,許志海,彭向陽,饒章權(quán). 廣東電力. 2015(09)
博士論文
[1]基于LiDAR數(shù)據(jù)的海岸線提取技術(shù)研究[D]. 于彩霞.解放軍信息工程大學(xué) 2015
[2]機載LIDAR數(shù)據(jù)處理與土地利用分類研究[D]. 袁楓.中國礦業(yè)大學(xué) 2010
[3]基于多種遙感數(shù)據(jù)的電力線走廊特征物提取方法研究[D]. 穆超.武漢大學(xué) 2010
碩士論文
[1]利用車載LiDAR點云的自動成圖技術(shù)研究[D]. 吳永興.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 2018
[2]基于點云片段法的道路邊線提取研究[D]. 王淑燕.東華理工大學(xué) 2017
[3]基于機載LiDAR點云的電力走廊三維要素提取技術(shù)[D]. 宋爽.武漢大學(xué) 2017
[4]基于機載LiDAR數(shù)據(jù)的電力走廊信息提取技術(shù)研究[D]. 解冰謙.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[5]基于車載LiDAR點云數(shù)據(jù)的濾波及道路標識線提取研究[D]. 曾妮紅.中國地質(zhì)大學(xué) 2016
[6]機載LiDAR點云數(shù)據(jù)濾波方法研究[D]. 甘桂琴.中南大學(xué) 2012
[7]基于車載激光掃描數(shù)據(jù)的三維重建研究[D]. 戴彬.首都師范大學(xué) 2011
[8]機載LiDAR點云數(shù)據(jù)分類技術(shù)研究[D]. 龔亮.解放軍信息工程大學(xué) 2011
[9]互聯(lián)網(wǎng)GIS系統(tǒng)底層算法設(shè)計和實現(xiàn)[D]. 林釗.昆明理工大學(xué) 2011
[10]線狀目標識別及跟蹤算法研究[D]. 陳軍.西安電子科技大學(xué) 2009
本文編號：2957292
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