(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111662788.9 (22)申请日 2021.12.31 (71)申请人 西南大学 地址 400715 重庆市北碚区天生路2号 (72)发明人 林家元　陈炀宇　 (74)专利代理 机构 成都方圆聿联专利代理事务 所(普通合伙) 51241 代理人 王悦 (51)Int.Cl. G06V 20/13(2022.01) G06V 10/26(2022.01) G06V 10/764(2022.01) G06V 10/30(2022.01) G06K 9/62(2022.01) G06Q 10/04(2012.01)G06Q 50/02(2012.01) G06Q 50/06(2012.01) (54)发明名称 一种基于生长模型的输电线走廊树障隐患 超前检测方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于生长模型的输电线 走廊树障隐患超前检测方法， 包括： 提取输电走 廊激光点云中的电力线点与植被点； 分割植被点 获取单木点 云和信息； 利用树木样方数据和理查 德方程拟合得到树木生长模型； 通过生长模型得 到树木当前树龄； 利用生长模型预测给定时间点 的树木高度； 获取电力线安全缓冲区并分段； 构 建单木和电力线分段包围盒； 先测试包围盒是否 相交， 如果相交再进行点距离遍历计算找到树障 隐患； 获取树障位置、 种类及发生时间点。 本发明 的优点是： 1、 预测了树木生长高度， 将树障隐患 检测从被动巡视转变为主动超前检测。 2、 通过基 于包围盒的两步检测算法大幅度提高了潜在树 障隐患的检测效率。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 114241337 A 2022.03.25 CN 114241337 A 1.一种基于生长模型的输电线走廊树障隐患超前检测方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： 步骤1.对采集到的输电线路走廊激光点云进行预处理， 预处理包括： 去噪和分类， 提取 出电力线点云和植被点云； 步骤2.对植被点云进行单木分割， 提取出单木点云， 并获取单木点云的树高、 位置和树 种信息； 步骤3.利用理查德生长方程， 结合相应树种的样方数据， 建立该树种的树高与树龄之 间的关系， 拟合得到树木生长模型； 步骤4.将步骤2提取 出的各单木树高通过生长模型计算出 各单木当前树龄； 步骤5.将给定的预测时间点的时长跨度加在当前单木树龄上， 得到给定时间点的树 龄， 再结合树木生长模型 预测出该时间点的树木高度； 步骤6.对步骤1提取出的电力线点云以安全距离为半径生成三维缓冲区， 并对生成的 缓冲区进行分段； 步骤7.对分段后的各 段电力线缓冲区生成包围盒， 同时对各 单木点云也 生成包围盒； 步骤8.将各单木包围盒和电力线缓冲区分段包围盒进行相交测试； 如果相交， 则执行 步骤9， 如果 不相交， 则判定该 单木不是树障隐患； 步骤9.满足包围盒相交条件下， 再遍历电力线点云和单木点云计算它们间的最小距离 是否大于安全距离； 若大于安全距离， 则判定该单木不是树障隐患， 如果小于安全距离， 则 该单木为树障隐患； 步骤10.基于上面检测的结果， 获得整个输电线路走廊的树障隐患情况； 步骤11.提取最终的树障隐患信息， 包括： 隐患树木位置， 隐患树木种类， 树障发生的时 间点。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114241337 A 2一种基于生长模型的输电线走廊树障隐患超前检测方 法 技术领域 [0001]本发明涉及无人机电力巡线技术领域， 特别涉及 一种利用机载激光点云和树木生 长模型对输电线走廊中的树障隐患进行超前检测的方法。 背景技术 [0002]生长在输电线路附近的树木侵入会使导线被击穿引发跳闸， 导致大面积停电或森 林火灾， 已经严重威胁到电力线路的安全。 因此， 及时发现和清除侵入高压电线安全空间的 树木具有重要的意义。 传统的人工输电线路检测方法的巡检周期长、 作业 强度大， 检测结果 受人为因素 的影响大， 有些线路段受制 于地形因素甚至无法巡检， 无法保证检测结果的客 观性与完整性， 难以满足智能电网建设的需求[1]。 激光雷达技术可以弥补传统巡线技术空 间定位精度低、 难以精确判断走廊内树木到输电线之间距离的局限性。 通过机载激光扫描 系统获取输电线路及其走廊内的地物高精度激光点云数据， 能够对电力线和下方植被(主 要是树木)之间的距离进行精确 测量， 从而根据安全距离要求判断是否为 树障隐患[2]。 [0003]由于输电线路走廊附近的树木在不断生长， 电力线和树木之间的距离是动态变化 的。 目前， 多数树障检测都是某一时刻的静态结果， 无法预测随时间的推移， 树木是否会对 线路造成威胁， 这导致检测结果缺 乏时效性。 而对整个电力线走廊的周期性巡检则会花费 极大的时间和人力成本， 效率非常低。 [0004]目前， 已有不少树木生长模型能基于树木样方数据对树木 的生长趋势做出预测。 理查德模型是用数学演 绎法推导的一类理论生长模 型[3]， 它特别适合对增长率较小的线性 和非线性过程的模拟和预测。 在描述单木或林分生长时具有较好的拟合效果， 是当前对生 物生长过程描述较准确且具有很强适宜性的生长模型。 其数 学模型如下式： [0005]y＝a(1‑e‑bt)c (1) [0006]式中， t为树龄(单位： 年)， y为树木在t树龄时的树高， 常数e(取值2.718)为自然对 数的底数； a表示方程的最终值,即树木生长高度的最大值； 参数b与树木生长速度相关， 代 表树木的生长 速率； 参数c与生长方程的曲线形状相关,决定曲线拐点的位置 。 [0007]输电线路走廊树障隐患检测主要是针对树木和导线之间的距离进行计算， 通常需 要遍历计算每个电力线点到每个树木点的距离， 所需要的计算量较大， 计算效率也比较低。 通过为对象所属点云数据建立包围盒的方法， 可以将点云距离计算问题简化[4]。 其基本思 想是用一个体积略大 的长方体将复杂的点云对 象包围起来。 这样一来， 在对电力线和树木 进行距离计算前， 先对它们的包围盒进 行相交测试。 如果包围盒不相交， 那么这两个点云对 象就不需要进 行距离计算。 如果包围盒相交， 就对两个对象的点云进 行进一步距离计算， 然 后与安全距离比较确定是否为 树障。 这就是基于包围盒的树障隐患两步检测算法。 [0008]包围盒被定义为包含点云对象且各边平行于坐标轴的最小六面体。 通过遍历点云 中的所有点,找出点的X坐标、 Y坐标和Z坐标的最大值和最小值得到6个极值， 这6个值构成 包围盒的8 个顶点， 从而得到包围盒。 包围盒间的相交测试可以转换为判断两个包围盒在三 个坐标轴上的投影区间是否都重叠。 包围盒在X、 Y、 Z方向上的最大值和最小值分别确定了说　明　书 1/4 页 3 CN 114241337 A 3