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机载LiDAR点云数据抽稀算法研究述评

测绘通报 2017年第S1期 33-35,58页

作者：钱金菊张昌赛王柯徐博广东电网有限责任公司电力科学研究院广东广州510062 中国测绘科学研究院摄影测量与遥感所北京100830

机载LiDAR技术作为一种全新的遥测技术,可以获取高精度和高密度的三维点云地形数据,它所获取的高密度的点云数据存在数据冗余和数据量庞大等一些问题,造成了存储、后处理(如滤波、分类、特征提取和建模)和显示的不便。因此对点云数据进... 详细信息

机载LiDAR技术作为一种全新的遥测技术,可以获取高精度和高密度的三维点云地形数据,它所获取的高密度的点云数据存在数据冗余和数据量庞大等一些问题,造成了存储、后处理(如滤波、分类、特征提取和建模)和显示的不便。因此对点云数据进行有效的数据抽稀简化很有必要,抽稀算法需要在数据精度和采样密度之间达到一种最优平衡。本文将现有的LiDAR点云数据抽稀算法概括为随机采样算法、基于高程的算法和基于TIN的算法3类,并分别进行了研究评述,最后探讨了各类方法的优缺点,以为机载点云数据抽稀简化提供参考。

关键词： LiDAR 点云数据抽稀简化精度约束

大型无人机电力巡检LiDAR点云安全距离诊断方法

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电网技术 2017年第8期41卷 2723-2730页

作者：陈驰彭向阳宋爽王柯钱金菊杨必胜测绘遥感信息工程国家重点实验室(武汉大学) 湖北省武汉市430079 广东电力科学研究院广东省广州市510080 时空数据智能获取技术与应用教育部工程研究中心(武汉大学) 湖北省武汉市430079

输电线路走廊中地物安全距离检测是电力运维部门日常线路巡检作业中的重要一环。结合此项运维实际需求,提出一种无人机电力巡检LiDAR点云数据的自动安全距离诊断方法:首先依据已知的线路位置与走向对无人机巡检系统采集的LiDAR点云进行... 详细信息

输电线路走廊中地物安全距离检测是电力运维部门日常线路巡检作业中的重要一环。结合此项运维实际需求,提出一种无人机电力巡检LiDAR点云数据的自动安全距离诊断方法:首先依据已知的线路位置与走向对无人机巡检系统采集的LiDAR点云进行裁剪,获得线路走廊区域点云;其次,采用自适应分区滤波的方法滤除地面点,获得非地面点云;在此基础上,在非地面点数据中,依据点云维数特征以及空间几何分布特性从非地面点中分离出导线点、杆塔点、及林木植被、建筑物等安全距离诊断所关注的线路走廊其他地物;继而提出一种迭代最小二乘电力线悬链线模型解算方法,自无序电力线激光点云数据拟合悬链线方程,用于后续安全距离计算;最后使用分段剖面安全距离计算方法计算线路与线路走廊下方地面/地物距离,并与标准安全距离做比较,对于距离小于安全距离的区域进行危险预警。采用大型无人机电力线路巡检系统采集的多组LiDAR点云数据对文中算法进行实验验证,并对检测结果与人工点云量测值与实地巡检值进行了定性与定量的对比分析。实验结果表明提出的安全距离诊断方法能准确探测树障等安全距离超限地物。

关键词：无人机 LiDAR 点云电力巡检安全距离

架空输电线路机器人全自主巡检系统及示范应用

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高电压技术 2017年第8期43卷 2582-2591页

作者：彭向阳钱金菊吴功平麦晓明魏莱饶章权广东电网有限责任公司电力科学研究院广州510080 武汉大学动力与机械学院武汉430072 广东电网有限责任公司惠州供电公司惠州516001

机巡作业是当前电力巡检的主要发展方向,但与直升机、无人机以及变电站机器人相比,我国输电线路机器人巡检尚未达到实用化水平。为此,对输电线路机器人实用化巡检关键技术开展了研究,建立了机器人典型作业模式,研发了穿越式、跨越式两... 详细信息

机巡作业是当前电力巡检的主要发展方向,但与直升机、无人机以及变电站机器人相比,我国输电线路机器人巡检尚未达到实用化水平。为此,对输电线路机器人实用化巡检关键技术开展了研究,建立了机器人典型作业模式,研发了穿越式、跨越式两类巡检机器人,提出了机器人行走路径改造方法,首次设计了机器人自动上下线装置,并完成了机器人全自主巡检系统的研制。机器人通过了多种复杂自然环境和电磁环境工况的试验考核,以及户外真型线路试验段的功能测试,在500 k V带电运行线路开展示范应用,对线路设备同时进行可见光和红外检测。巡检中暴露了巡检系统存在的问题并进行分析解决,提出了机器人异常情况下的紧急救援措施并成功开展带电救援作业。机器人单次巡检里程达到10 km以上,巡检应用取得良好效果,机器人巡检系统达到一定的实用化水平。

关键词：架空输电线路机器人巡检系统全自主巡检机器人自主上下线应急救援示范应用

基于机载红外影像纹理特征的输电线路绝缘子自动定位

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高电压技术 2019年第3期45卷 922-928页

作者：彭向阳梁福逊钱金菊杨必胜陈驰郑晓光广东电网公司电力科学研究院广州510080 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室武汉430079 武汉大学时空数据智能获取技术与应用教育部工程研究中心武汉430079

红外成像法是一种重要的绝缘子缺陷检测方法,但传统的人工诊断方式效率较低,难以满足无人机巡检的数据处理需求。为此提出一种从无人机红外影像中自动识别绝缘子的方法,首先对影像进行拉普拉斯边缘提取,然后遍历穿过影像的直线集,根据... 详细信息

红外成像法是一种重要的绝缘子缺陷检测方法,但传统的人工诊断方式效率较低,难以满足无人机巡检的数据处理需求。为此提出一种从无人机红外影像中自动识别绝缘子的方法,首先对影像进行拉普拉斯边缘提取,然后遍历穿过影像的直线集,根据沿线的强度直方图探测影像中的周期纹理特征,再通过角度内特征聚类与角度间特征聚类,自动识别红外影像中的绝缘子中心线。选取包含不同背景(植被、农田、杆塔)的无人机红外影像数据集进行实验,该方法识别率在85%以上。结果表明,该方法能有效地从复杂地面背景的无人机红外影像中自动识别并定位绝缘子,为实现机巡作业红外诊断智能化奠定了基础。

关键词：输电线路无人机巡检红外影像绝缘子自动识别周期纹理特征聚类

基于多旋翼无人机单目序列影像的导线安全距离检测

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电测与仪表 2020年第5期57卷 107-112,124页

作者：谭金宇文旋钱金菊广东电网有限责任公司电力科学研究院人工智能与机器人研究所广州510000 中山大学数据科学与计算机学院广州510006

针对以直升机为平台的激光雷达导线安全距离检测方案成本较高、不易操作等缺点,提出了一种基于相机的多旋翼无人机单目序列影像导线安全距离检测方法。方法以摄影测量学中的GPS辅助空中三角测量以及空间前方交会为基础,建立待检导线下... 详细信息

针对以直升机为平台的激光雷达导线安全距离检测方案成本较高、不易操作等缺点,提出了一种基于相机的多旋翼无人机单目序列影像导线安全距离检测方法。方法以摄影测量学中的GPS辅助空中三角测量以及空间前方交会为基础,建立待检导线下方地物三维模型,并采用人机交互方式生成导线的弧垂模型,进而进行导线与地物的间距计算,根据设定的阈值判断间距是否符合规范。最后通过对比实验对所提检测方法进行了验证,实验结果表明,该检测方法能够有效地对待检导线进行安全距离检测。

关键词：多旋翼无人机单目序列影像输电线路检测安全距离检测空中三角测量

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无人机激光扫描作业杆塔位置提取算法

电网技术 2017年第11期41卷 3670-3677页

作者：彭向阳宋爽钱金菊陈驰王柯杨钰琪郑晓光广东电网公司电力科学研究院广东省广州市510080 测绘遥感信息工程国家重点实验室(武汉大学) 湖北省武汉市430079

基于激光点云的输电线路杆塔自动定位是电网无人机、直升机智能巡检技术应用的基础,但目前从激光点云中定位杆塔主要依赖于人工处理,工作效率低。针对如何从激光点云中自动定位杆塔这一问题,根据输电杆塔在激光点云中具有高密度、大坡... 详细信息

基于激光点云的输电线路杆塔自动定位是电网无人机、直升机智能巡检技术应用的基础,但目前从激光点云中定位杆塔主要依赖于人工处理,工作效率低。针对如何从激光点云中自动定位杆塔这一问题,根据输电杆塔在激光点云中具有高密度、大坡度、大高差特征,提出了一种基于二维格网多维特征分析的输电杆塔自动定位方法。首先对无人机获取的激光点云进行滤波去噪处理,再对激光点云进行规则化,在此基础上计算点云的特征图像;然后结合架空线路走廊区域分析,根据密度、高差和坡度特征迭代定位出输电杆塔,最终实现了从无人机激光点云中自动定位输电杆塔位置。采用广东电网公司大型无人直升机实际巡检获取的输电线路激光点云数据对自动定位算法进行了验证,实验结果表明提出的算法具有较高的自动化程度和处理效率,对提高无人机、直升机机巡作业智能化水平具有促进作用。

关键词：输电线路无人机巡检激光点云特征图计算密度特征区域分析杆塔自动定位

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利用卷积神经网络进行绝缘子自动定位

武汉大学学报（信息科学版） 2019年第4期44卷 563-569页

作者：彭向阳刘洋王柯张泊宇钱金菊陈驰杨必胜广东电网公司电力科学研究院广东广州510080 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079

提出一种基于二值化赋范梯度特征和卷积神经网络的航空影像绝缘子自动定位方法。首先利用二值化赋范梯度分类器提取绝缘子候选窗口,而后利用卷积神经网络算法进行精细识别,获得包含绝缘子目标的窗口集,最后对高重叠度窗口集进行加权迭... 详细信息

提出一种基于二值化赋范梯度特征和卷积神经网络的航空影像绝缘子自动定位方法。首先利用二值化赋范梯度分类器提取绝缘子候选窗口,而后利用卷积神经网络算法进行精细识别,获得包含绝缘子目标的窗口集,最后对高重叠度窗口集进行加权迭代合并得到最终绝缘子定位结果。采用广东电网大型无人机实际线路巡检获取的可见光影像对自动定位算法进行验证,实验结果表明,在复杂背景下绝缘子整体回调率为90.5%,定位精度为92%,证明该方法能够对复杂背景下可见光影像中的绝缘子进行有效识别定位,且算法通用性较强,可适应不同背景的可见光影像。

关键词：二值化赋范梯度卷积神经网络加权迭代合并绝缘子自动定位

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地面激光点云与纹理影像的自动配准

测绘地理信息 2015年第3期40卷 18-20页

作者：钱金菊杨必胜陈驰董震武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室武汉市珞喻路129号430079

针对建筑物场景存在丰富的线特征的特点,提出了一种基于直线特征的地面激光点云与纹理影像自动配准方法。试验结果表明,在没有初始配准参数的情况下,仅利用提取的线特征能够实现激光点云与影像的自动配准,并具有较高的配准精度。

关键词：地面LiDAR 纹理影像线特征配准

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变电站机器人智能巡检系统设计及应用

中国电力 2018年第2期51卷 82-89页

作者：彭向阳金亮王柯钱金菊岳卫兵广东电网公司电力科学研究院广东广州510080 广东电网公司研究生工作站广东广州510080 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所河南洛阳471000

研发了一套变电站机器人智能巡检系统,从机器人本体、充电系统、无线传输系统、本地监控后台和环境适应性等方面介绍了巡检系统设计方案和各组成部分的关键技术。从现场勘查、设备安装、巡检规划和巡检应用等方面介绍了工程实施步骤和... 详细信息

研发了一套变电站机器人智能巡检系统,从机器人本体、充电系统、无线传输系统、本地监控后台和环境适应性等方面介绍了巡检系统设计方案和各组成部分的关键技术。从现场勘查、设备安装、巡检规划和巡检应用等方面介绍了工程实施步骤和在电网220 kV、500 kV变电站的实际应用情况。分析了机器人巡检调试过程中存在的行进时出轨、无线通信不稳定、表计读取不准确、行走转弯卡涩等问题,并提出了解决措施。该巡检系统具有部署快速、适应性强、采集数据准确、定位精度高、超声防撞等显著优点,各项性能指标均满足变电站智能巡检需求,具有良好的推广应用前景。

关键词：变电站机器人巡检系统设计智能巡检工程实施问题分析