本發(fā)明涉及無人機(jī)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于無人機(jī)單目序列影像的電力線下方地物距離檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)電網(wǎng)現(xiàn)行高壓電力線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、規(guī)模龐大，線路通道環(huán)境十分復(fù)雜，異物纏掛、線路下方樹木、違規(guī)施工、違章建筑等易導(dǎo)致線路安全距離不足而發(fā)生短路事故。事故一旦發(fā)生，后果嚴(yán)重，巨大的電流可能造成人員嚴(yán)重傷害，故障造成線路設(shè)備損壞，跳閘停運(yùn)，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行造成沖擊，同時(shí)，故障對(duì)城市區(qū)域供電造成影響，擾亂企業(yè)和居民的正常生產(chǎn)生活秩序，帶來重大經(jīng)濟(jì)損失。

對(duì)于電力線路安全距離的檢測(cè)，目前常用的方式是電力工人巡線過程中，對(duì)線路段進(jìn)行人工目視判斷或全站儀量測(cè)，但線路安全距離不足的多發(fā)點(diǎn)通常在人跡難至之地，這些測(cè)量方式由于樹木、建筑等遮擋以及視覺透視偏差，難以對(duì)疑似超限點(diǎn)得出準(zhǔn)確有效的判斷，不能適應(yīng)現(xiàn)代化電網(wǎng)的發(fā)展和安全運(yùn)行需要，超、特高壓電網(wǎng)急需高效、先進(jìn)、科學(xué)的電力線路安全檢測(cè)方式。

有人直升機(jī)及大型無人直升機(jī)攜帶激光掃描系統(tǒng)電力線路通道巡檢技術(shù)，已在我國(guó)電網(wǎng)巡檢中逐漸得到應(yīng)用，能一次飛行獲取全線三維數(shù)據(jù)并事后得出安全距離分析診斷，但其巡檢成本像對(duì)較高，空域申請(qǐng)周期長(zhǎng)，數(shù)據(jù)處理量大，不適宜對(duì)于區(qū)域性安全距離黑點(diǎn)特巡，且其操作難度大，資質(zhì)獲取要求高，設(shè)備的高價(jià)值為操控人員帶來心理和技術(shù)上的壓力，難以在基層巡線人員中得到普及應(yīng)用，還不能完全滿足電網(wǎng)電力線路常規(guī)化作業(yè)的要求。

小型多旋翼無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為電網(wǎng)巡檢技術(shù)的發(fā)展提供了一條新的發(fā)展手段。其具有設(shè)備廉價(jià)、易操控的特點(diǎn)，且其資質(zhì)獲取易、飛行高度低、法律風(fēng)險(xiǎn)低、一線人員接受程度高，已逐漸普及到基層巡線班組日常巡檢應(yīng)用中。但目前多旋翼無人機(jī)的日常巡檢主要使用可見光、紅外傳感器對(duì)線路設(shè)備進(jìn)行拍攝及人工分析，對(duì)于安全距離測(cè)量仍是通過操作無人機(jī)平飛近線路進(jìn)行目視觀察，仍未能對(duì)線路弧垂、安全距離等做準(zhǔn)確測(cè)量和判斷。

基于可見光影像的電力線路安全檢測(cè)先采用攝影測(cè)量方法進(jìn)行導(dǎo)線三維重建和交跨物三維測(cè)量。攝影測(cè)量的基本原理是基于物方(空間)點(diǎn)、像點(diǎn)、相機(jī)中心3點(diǎn)共線的成像模型，根據(jù)兩張或兩張以上影像上的同名點(diǎn)，進(jìn)行交會(huì)得到空間點(diǎn)三維坐標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)三維空間的測(cè)量與認(rèn)知。

在基于單目相機(jī)的無人機(jī)導(dǎo)線巡檢中，為了恢復(fù)帶絕對(duì)尺度的導(dǎo)線及其下方物體三維信息，需要知道每個(gè)曝光時(shí)刻相機(jī)的位置和姿態(tài)信息，并在序列影像間進(jìn)行同名點(diǎn)匹配及導(dǎo)線提取。相機(jī)的位置和姿態(tài)信息可以通過搭載在無人機(jī)上的較高精度gps和慣導(dǎo)獲?。粚?dǎo)線及其下方交跨物的空間信息獲取依賴于影像上同名特征的獲取，通過影像匹配方法解決。但影像匹配是一個(gè)病態(tài)問題,特別對(duì)于導(dǎo)線這種特征目標(biāo)而言，難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的影像匹配。

為了解決這種病態(tài)匹配問題，一些研究學(xué)者提出帶約束條件的導(dǎo)線配準(zhǔn)方法。武漢大學(xué)鄭順義等人提出了基于鉛垂線約束和鉛垂線軌跡法的導(dǎo)線測(cè)距方法。為了解決導(dǎo)線上同名點(diǎn)難以匹配的問題，他們提出利用導(dǎo)線兩端的桿塔信息，引入導(dǎo)線一定在兩端桿塔所確定的鉛垂面內(nèi)的約束條件，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線點(diǎn)的對(duì)應(yīng)。其具體做法為：根據(jù)導(dǎo)線兩端的桿塔信息，確定導(dǎo)線的平面位置，對(duì)于導(dǎo)線上的每一個(gè)點(diǎn)的平面位置(x0,y0)，可以畫出一條鉛垂線，該鉛垂線投影到左、右影像上，和影像上提取的導(dǎo)線的交點(diǎn)一定是同名點(diǎn)。然后通過前方交匯即可算出該導(dǎo)線點(diǎn)的三維坐標(biāo)。通過多個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)，即可擬合出導(dǎo)線的整體三維模型。這種方法的缺點(diǎn)在于需要確保同一張影像上面同時(shí)包含有首尾兩個(gè)桿塔，而在實(shí)際作業(yè)中，往往達(dá)不到這樣的要求。北京師范大學(xué)張吳明等人提出采用核線約束進(jìn)行電力線路三維重建。他們先采用自動(dòng)或半自動(dòng)的手段從圖像中提取出電力線路中的間隔棒，然后根據(jù)同名點(diǎn)必位于核線這一約束在左右相片中尋找同名間隔棒，然后計(jì)算每個(gè)間隔棒的三維坐標(biāo)，再利用間隔棒對(duì)導(dǎo)線做三維重建。其缺點(diǎn)在于對(duì)于間隔棒這一特定目標(biāo)的依賴。

也有學(xué)者研究單目距離測(cè)算法來判斷電力線路周邊環(huán)境是否符合安全要求。上海大學(xué)邵志一等人提出利用透視投影關(guān)系中的交比不變性，在獲取參考距離和相應(yīng)消失線等條件下，對(duì)未知距離進(jìn)行測(cè)量。他們首先對(duì)可見光圖像進(jìn)行預(yù)處理，使用地平線檢測(cè)算法得到地平線在圖像中的位置。然后人工輔助選取參考距離和測(cè)量距離，并使用單目測(cè)量算法得到其實(shí)際距離的測(cè)量值，最后與故障檢測(cè)判決規(guī)則數(shù)據(jù)庫(kù)中的閾值比較，判斷線纜間的距離是否在正常范圍內(nèi)。葉潤(rùn)等人提出了基于偽像距的單目量距方法。這兩種方法的缺點(diǎn)在于需要事先知道參照物的尺寸，這依賴于人的估計(jì)，而人的估計(jì)往往包含有較大的誤差。

現(xiàn)有的電力線下方地物距離檢測(cè)方法有的需要較高的測(cè)量條件才能測(cè)量準(zhǔn)確，有的依然需要人工輔助測(cè)量。因此，需提出一種新的電力線下方地物距離檢測(cè)方法以解決上述的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于無人機(jī)單目序列影像的電力線下方地物距離檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了快速自動(dòng)高精度的電力線下方地物安全距離檢測(cè)，解決了現(xiàn)有的電力線下方地物距離檢測(cè)方法需要較高的測(cè)量條件才能測(cè)量準(zhǔn)確或依然需要人工輔助測(cè)量的技術(shù)問題。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于無人機(jī)單目序列影像的電力線下方地物距離檢測(cè)方法，包括：

s1：獲取單目相機(jī)序列影像；

s2：對(duì)單目相機(jī)序列影像提取特征點(diǎn)，并進(jìn)行二維影像匹配，獲得同名核線和同名像點(diǎn)；

s3：根據(jù)單目相機(jī)序列影像、同名像點(diǎn)、同名核線執(zhí)行g(shù)ps輔助空中三角測(cè)量算法，確定目標(biāo)點(diǎn)位和像片方位元素，獲得空中三角測(cè)量絕對(duì)定向結(jié)果；

s4：根據(jù)空中三角測(cè)量絕對(duì)定向結(jié)果生成立體像對(duì)；

s5：根據(jù)立體像對(duì)對(duì)電力線進(jìn)行立體量測(cè)，獲取同一條電力線三個(gè)以上節(jié)點(diǎn)的三維絕對(duì)坐標(biāo)，并進(jìn)行電力線擬合獲得電力線弧垂矢量模型；

所述步驟s3之后，步驟s6之前還包括：

x：根據(jù)空中三角測(cè)量絕對(duì)定向結(jié)果自動(dòng)生成電力線下方地物密集三維點(diǎn)云；

s6：根據(jù)電力線弧垂矢量模型計(jì)算電力線在鉛垂線上與電力線下方地物密集三維點(diǎn)云的安全距離，將安全距離與預(yù)設(shè)的閾值比較，獲得安全檢測(cè)結(jié)果。

優(yōu)選地，所述步驟s2具體包括：

采用sift特征匹配算法對(duì)單目相機(jī)序列影像自動(dòng)選取不同影像的同名特征點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)像點(diǎn)坐標(biāo)的自動(dòng)量測(cè)；

根據(jù)單目相機(jī)序列影像和像點(diǎn)坐標(biāo)確定同名核線；

在同名核線上搜索同名像點(diǎn)。

優(yōu)選地，所述根據(jù)單目相機(jī)序列影像和像點(diǎn)坐標(biāo)確定同名核線具體包括：

從左右影像中的左影像中選取一個(gè)像點(diǎn)a(xa，ya)，確定經(jīng)過像點(diǎn)a的核線l以及對(duì)應(yīng)的右影像中的同名核線l‘；

從過像點(diǎn)a(xa，ya)的核線l上選取像點(diǎn)b(xb，yb)，從右影像中的同名核線l‘上選取像點(diǎn)a′(x'a，y'a)和像點(diǎn)b′(x'b，y'b)；

根據(jù)第一公式、預(yù)設(shè)的像點(diǎn)b的橫坐標(biāo)xb和像點(diǎn)a的坐標(biāo)a(xa，ya)計(jì)算獲得像點(diǎn)b的坐標(biāo)b(xb，yb)，所述第一公式為：

其中，va，ua，wa和vb，ub，wb分別為像點(diǎn)a和像點(diǎn)b相對(duì)于單獨(dú)像對(duì)的像空間輔助坐標(biāo)系的坐標(biāo)；a1，a2，a3，b1，b2，b3，c1，c2，c3九個(gè)方向余弦為左像片相對(duì)定向元素的函數(shù)；

根據(jù)像點(diǎn)a的坐標(biāo)a(xa，ya)和像點(diǎn)b的坐標(biāo)b(xb，yb)計(jì)算獲得過像點(diǎn)a(xa，ya)的核線l的直線方程；

計(jì)算右影像中的同名核線l‘的直線方程。

優(yōu)選地，所述步驟s3具體包括：

獲取無人機(jī)相機(jī)記錄的包含曝光時(shí)刻的相機(jī)gps信息，并作為附加觀測(cè)值引入攝影測(cè)量區(qū)域網(wǎng)平差中，用于代替地面控制點(diǎn)；

以每一張像片所組成的一束光線作為平差的基本單元，以共線條件方程作為平差的基礎(chǔ)方程，

通過各個(gè)光束在空中的旋轉(zhuǎn)和平移，實(shí)現(xiàn)模型之間公共點(diǎn)的光線交會(huì)，建立全區(qū)統(tǒng)一的誤差方程式，所述誤差方程式具體為：

其中，v＝[vxvy]^t為坐標(biāo)誤差，為外方位元素，x＝[δxδyδz]^t，l＝[lxly]^t為常數(shù)項(xiàng)；

對(duì)每個(gè)像點(diǎn)列出誤差方程式，獲得相應(yīng)法方程為：

確定像片外方位元素求解公式：

確定絕對(duì)定向基本關(guān)系式：

其中，(x，y，z)為模型的地面攝影測(cè)量坐標(biāo)，λ為模型縮放比例因子，(a1，a2，a3，b1，b2，b3，c1，c2，c3)為方向余弦，(u，v，w)為模型點(diǎn)在像空間輔助坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，(xs，ys，zs)為坐標(biāo)原點(diǎn)的平移量；

整體求解全區(qū)區(qū)域內(nèi)每張像片的六個(gè)外方位元素以及所有待求點(diǎn)的地面坐標(biāo)。

優(yōu)選地，所述步驟s4具體包括：

將空中三角測(cè)量絕對(duì)定向結(jié)果納入地面攝影測(cè)量絕對(duì)坐標(biāo)系中；

根據(jù)攝影基線、同名射線、同名像點(diǎn)和地面點(diǎn)之間的幾何關(guān)系確定立體像對(duì)。

優(yōu)選地，所述步驟s5具體包括：

根據(jù)立體像對(duì)通過數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站對(duì)電力線進(jìn)行數(shù)字影像立體量測(cè)，尋找地物同名像點(diǎn)并量測(cè)三維坐標(biāo)，獲取同一條電力線三個(gè)以上節(jié)點(diǎn)的三維絕對(duì)坐標(biāo)；

基于同一條電力線三個(gè)以上節(jié)點(diǎn)的三維絕對(duì)坐標(biāo)和第六公式、第七公式進(jìn)行電力線擬合，計(jì)算出電力線弧垂矢量，獲得電力線弧垂矢量模型；

所述第六公式為等高懸點(diǎn)電力線任意一點(diǎn)f的弧垂計(jì)算公式：

所述第七公式為不等高懸點(diǎn)電力線任意一點(diǎn)的弧垂計(jì)算公式：

其中，σ0為電力線最低點(diǎn)應(yīng)力，單位為kg/mm²，g為電線比載，單位為kg/m·mm²，l為檔距，單位為米，φ為懸點(diǎn)高差角，單位為度。

優(yōu)選地，所述步驟x具體包括：

基于空中三角測(cè)量絕對(duì)定向結(jié)果，將同名的核線及影像的灰度進(jìn)行排列，形成核線影像；

沿著核線進(jìn)行影像相關(guān)和特征匹配，自動(dòng)生成電力線下方地物密集三維點(diǎn)云；

對(duì)密集三維點(diǎn)云進(jìn)行噪點(diǎn)濾波，剔除殘差較大點(diǎn)，得出具有絕對(duì)坐標(biāo)的電力線下方地物密集三維點(diǎn)云。

優(yōu)選地，所述步驟s6具體包括：

根據(jù)電力線弧垂矢量模型和第八公式計(jì)算電力線在鉛垂線上與電力線下方地物密集三維點(diǎn)云的安全距離h0；

比較每個(gè)安全距離h0與預(yù)設(shè)的對(duì)應(yīng)的閾值大小，檢測(cè)識(shí)別出未達(dá)到安全距離的電力線部分；

所述第八公式為：

h0＝ha-hb＝a(lnga,lata)-b(lngb,latb)；

其中，a(lnga,lata)為電力線上任意一點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)；b(lngb,latb)為a點(diǎn)在鉛垂線方向上最近的地物三維點(diǎn)云坐標(biāo)。ha為a點(diǎn)在電力線上的高度，hb為a點(diǎn)鉛垂線方向地物點(diǎn)云高度，h0為a點(diǎn)處電力線與地物安全距離。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于無人機(jī)單目序列影像的電力線下方地物距離檢測(cè)裝置，包括：

影像獲取模塊，用于獲取單目相機(jī)序列影像；

特征點(diǎn)提取與影像配準(zhǔn)模塊，用于對(duì)單目相機(jī)序列影像提取特征點(diǎn)，并進(jìn)行二維影像匹配，獲得同名核線和同名像點(diǎn)；

gps輔助空三與絕對(duì)定向模塊，用于根據(jù)單目相機(jī)序列影像、同名像點(diǎn)、同名核線執(zhí)行g(shù)ps輔助空中三角測(cè)量算法，確定目標(biāo)點(diǎn)位和像片方位元素，獲得空中三角測(cè)量絕對(duì)定向結(jié)果；

立體像對(duì)生成模塊，用于根據(jù)空中三角測(cè)量絕對(duì)定向結(jié)果生成立體像對(duì)；

立體量測(cè)模塊，用于根據(jù)立體像對(duì)對(duì)電力線進(jìn)行立體量測(cè)，獲取同一條電力線三個(gè)以上節(jié)點(diǎn)的三維絕對(duì)坐標(biāo)，并進(jìn)行電力線擬合獲得電力線弧垂矢量模型；

密集三維點(diǎn)云生成模塊，用于根據(jù)空中三角測(cè)量絕對(duì)定向結(jié)果自動(dòng)生成電力線下方地物密集三維點(diǎn)云；

安全距離檢測(cè)模塊，用于根據(jù)電力線弧垂矢量模型計(jì)算電力線在鉛垂線上與電力線下方地物密集三維點(diǎn)云的安全距離，將安全距離與預(yù)設(shè)的閾值比較，獲得安全檢測(cè)結(jié)果。

優(yōu)選地，所述特征點(diǎn)提取與影像配準(zhǔn)模塊具體包括：

像點(diǎn)坐標(biāo)量測(cè)單元，用于采用sift特征匹配算法對(duì)單目相機(jī)序列影像自動(dòng)選取不同影像的同名特征點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)像點(diǎn)坐標(biāo)的自動(dòng)量測(cè)；

同名核線確定單元，用于根據(jù)單目相機(jī)序列影像和像點(diǎn)坐標(biāo)確定同名核線；

在同名核線上搜索同名像點(diǎn)。

優(yōu)選地，，所述同名核線確定單元具體包括：

核線確定子單元，用于從左右影像中的左影像中選取一個(gè)像點(diǎn)a(xa，ya)，確定經(jīng)過像點(diǎn)a的核線l以及對(duì)應(yīng)的右影像中的同名核線l‘；

像點(diǎn)確定子單元，用于從過像點(diǎn)a(xa，ya)的核線l上選取像點(diǎn)b(xb，yb)，從右影像中的同名核線l‘上選取像點(diǎn)a′(x'a，y'a)和像點(diǎn)b′(x'b，y'b)；

像點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算子單元，用于根據(jù)第一公式、預(yù)設(shè)的像點(diǎn)b的橫坐標(biāo)xb和像點(diǎn)a的坐標(biāo)a(xa，ya)計(jì)算獲得像點(diǎn)b的坐標(biāo)b(xb，yb)，所述第一公式為：

其中，va，ua，wa和vb，ub，wb分別為像點(diǎn)a和像點(diǎn)b相對(duì)于單獨(dú)像對(duì)的像空間輔助坐標(biāo)系的坐標(biāo)；a1，a2，a3，b1，b2，b3，c1，c2，c3九個(gè)方向余弦為左像片相對(duì)定向元素的函數(shù)；

核線直線方程計(jì)算第一子單元，用于根據(jù)像點(diǎn)a的坐標(biāo)a(xa，ya)和像點(diǎn)b的坐標(biāo)b(xb，yb)計(jì)算獲得過像點(diǎn)a(xa，ya)的核線l的直線方程；

核線直線方程計(jì)算第二子單元，用于計(jì)算右影像中的同名核線l‘的直線方程。

優(yōu)選地，所述gps輔助空三與絕對(duì)定向模塊具體包括：

gps信息引入單元，用于獲取無人機(jī)相機(jī)記錄的包含曝光時(shí)刻的相機(jī)gps信息，并作為附加觀測(cè)值引入攝影測(cè)量區(qū)域網(wǎng)平差中，用于代替地面控制點(diǎn)；

初始條件確定單元，用于以每一張像片所組成的一束光線作為平差的基本單元，以共線條件方程作為平差的基礎(chǔ)方程，

誤差方程式建立單元，用于通過各個(gè)光束在空中的旋轉(zhuǎn)和平移，實(shí)現(xiàn)模型之間公共點(diǎn)的光線交會(huì)，建立全區(qū)統(tǒng)一的誤差方程式，所述誤差方程式具體為：

其中，v＝[vxvy]^t為坐標(biāo)誤差，為外方位元素，x＝[δxδyδz]^t，為常數(shù)項(xiàng)；

法方程建立單元，用于對(duì)每個(gè)像點(diǎn)列出誤差方程式，獲得相應(yīng)法方程為：

外方位元素求解公式建立單元，用于確定像片外方位元素求解公式：

絕對(duì)定向基本關(guān)系式建立單元，用于確定絕對(duì)定向基本關(guān)系式：

其中，(x，y，z)為模型的地面攝影測(cè)量坐標(biāo)，λ為模型縮放比例因子，(a1，a2，a3，b1，b2，b3，c1，c2，c3)為方向余弦，(u，v，w)為模型點(diǎn)在像空間輔助坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，(xs，ys，zs)為坐標(biāo)原點(diǎn)的平移量；

求解單元，用于整體求解全區(qū)區(qū)域內(nèi)每張像片的六個(gè)外方位元素以及所有待求點(diǎn)的地面坐標(biāo)。

優(yōu)選地，所述立體像對(duì)生成模塊具體包括：

結(jié)果導(dǎo)入單元，用于將空中三角測(cè)量絕對(duì)定向結(jié)果納入地面攝影測(cè)量絕對(duì)坐標(biāo)系中；

立體像對(duì)確定單元，用于根據(jù)攝影基線、同名射線、同名像點(diǎn)和地面點(diǎn)之間的幾何關(guān)系確定立體像對(duì)。

優(yōu)選地，所述立體量測(cè)模塊具體包括：

立體測(cè)量單元，用于根據(jù)立體像對(duì)通過數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站對(duì)電力線進(jìn)行數(shù)字影像立體量測(cè)，尋找地物同名像點(diǎn)并量測(cè)三維坐標(biāo)，獲取同一條電力線三個(gè)以上節(jié)點(diǎn)的三維絕對(duì)坐標(biāo)；

電力線擬合單元，用于基于同一條電力線三個(gè)以上節(jié)點(diǎn)的三維絕對(duì)坐標(biāo)和第六公式、第七公式進(jìn)行電力線擬合，計(jì)算出電力線弧垂矢量，獲得電力線弧垂矢量模型；

所述第六公式為等高懸點(diǎn)電力線任意一點(diǎn)f的弧垂計(jì)算公式：

所述第七公式為不等高懸點(diǎn)電力線任意一點(diǎn)的弧垂計(jì)算公式：

其中，σ0為電力線最低點(diǎn)應(yīng)力，單位為kg/mm²，g為電線比載，單位為kg/m·mm²，l為檔距，單位為米，φ為懸點(diǎn)高差角，單位為度。

優(yōu)選地，所述密集三維點(diǎn)云生成模塊具體包括：

核線影像形成單元，用于基于空中三角測(cè)量絕對(duì)定向結(jié)果，將同名的核線及影像的灰度進(jìn)行排列，形成核線影像；

三維點(diǎn)云生成單元，用于沿著核線進(jìn)行影像相關(guān)和特征匹配，自動(dòng)生成電力線下方地物密集三維點(diǎn)云；

噪點(diǎn)濾波單元，用于對(duì)密集三維點(diǎn)云進(jìn)行噪點(diǎn)濾波，剔除殘差較大點(diǎn)，得出具有絕對(duì)坐標(biāo)的電力線下方地物密集三維點(diǎn)云。

優(yōu)選地，所述安全距離檢測(cè)模塊具體包括：

安全距離計(jì)算單元，用于根據(jù)電力線弧垂矢量模型和第八公式計(jì)算電力線在鉛垂線上與電力線下方地物密集三維點(diǎn)云的安全距離h0；

安全距離比較單元，用于比較每個(gè)安全距離h0與預(yù)設(shè)的對(duì)應(yīng)的閾值大小，檢測(cè)識(shí)別出未達(dá)到安全距離的電力線部分；

所述第八公式為：

h0＝ha-hb＝a(lnga,lata)-b(lngb,latb)；

其中，a(lnga,lata)為電力線上任意一點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)；b(lngb,latb)為a點(diǎn)在鉛垂線方向上最近的地物三維點(diǎn)云坐標(biāo)。ha為a點(diǎn)在電力線上的高度，hb為a點(diǎn)鉛垂線方向地物點(diǎn)云高度，h0為a點(diǎn)處電力線與地物安全距離。

從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明實(shí)施例提供的基于無人機(jī)單目序列影像的電力線下方地物距離檢測(cè)方法，通過對(duì)帶有g(shù)ps絕對(duì)定位信息的單目相機(jī)序列影像進(jìn)行g(shù)ps輔助空中三角測(cè)量，基于空三結(jié)果獲取電力線下方地物密集三維點(diǎn)云和立體量測(cè)導(dǎo)線矢量模型，結(jié)合導(dǎo)線矢量模型和電力線下方地物密集三維點(diǎn)云，實(shí)現(xiàn)電力線下方地物安全距離檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了快速自動(dòng)高精度的電力線下方地物安全距離檢測(cè)，解決了現(xiàn)有的電力線下方地物距離檢測(cè)方法需要較高的測(cè)量條件才能測(cè)量準(zhǔn)確或依然需要人工輔助測(cè)量的技術(shù)問題。此外，本發(fā)明實(shí)施例還提供有基于無人機(jī)單目序列影像的電力線下方地物距離檢測(cè)裝置。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于無人機(jī)單目序列影像的電力線下方地物距離檢測(cè)方法的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于無人機(jī)單目序列影像的電力線下方地物距離檢測(cè)方法的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于無人機(jī)單目序列影像的電力線下方地物距離檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了快速自動(dòng)高精度的電力線下方地物安全距離檢測(cè)，解決了現(xiàn)有的電力線下方地物距離檢測(cè)方法需要較高的測(cè)量條件才能測(cè)量準(zhǔn)確或依然需要人工輔助測(cè)量的技術(shù)問題。為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點(diǎn)能夠更加的明顯和易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而非全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于無人機(jī)單目序列影像的電力線下方地物距離檢測(cè)方法的一個(gè)實(shí)施例，包括：

101：獲取單目相機(jī)序列影像；

即獲取到單目相機(jī)序列影像。

102：對(duì)單目相機(jī)序列影像提取特征點(diǎn)，并進(jìn)行二維影像匹配，獲得同名核線和同名像點(diǎn)；

即對(duì)單目相機(jī)序列影像提取特征點(diǎn)、影像配準(zhǔn)(進(jìn)行二維影像匹配)，獲得同名核線和同名像點(diǎn)。

103：根據(jù)單目相機(jī)序列影像、同名像點(diǎn)、同名核線執(zhí)行g(shù)ps輔助空中三角測(cè)量算法，確定目標(biāo)點(diǎn)位和像片方位元素，獲得空中三角測(cè)量絕對(duì)定向結(jié)果；

即進(jìn)行g(shù)ps輔助空三、絕對(duì)定向，獲得空中三角測(cè)量絕對(duì)定向結(jié)果。

104：根據(jù)空中三角測(cè)量絕對(duì)定向結(jié)果生成立體像對(duì)；

即根據(jù)空中三角測(cè)量絕對(duì)定向結(jié)果生成立體像對(duì)。

105：根據(jù)立體像對(duì)對(duì)電力線進(jìn)行立體量測(cè)，獲取同一條電力線三個(gè)以上節(jié)點(diǎn)的三維絕對(duì)坐標(biāo)，并進(jìn)行電力線擬合獲得電力線弧垂矢量模型；

即將立體像對(duì)導(dǎo)入立體量測(cè)系統(tǒng)，對(duì)電力線三維進(jìn)行立體量測(cè)，獲取同一條電力線三個(gè)以上節(jié)點(diǎn)的三維絕對(duì)坐標(biāo)，并進(jìn)行電力線擬合獲得電力線弧垂矢量模型。

106：根據(jù)電力線弧垂矢量模型計(jì)算電力線在鉛垂線上與電力線下方地物密集三維點(diǎn)云的安全距離，將安全距離與預(yù)設(shè)的閾值比較，獲得安全檢測(cè)結(jié)果；

即將電力線弧垂矢量模型導(dǎo)入點(diǎn)云中進(jìn)行安全診斷，計(jì)算電力線在鉛垂線上與電力線下方地物密集三維點(diǎn)云的安全距離，將安全距離與預(yù)設(shè)的閾值比較，獲得安全檢測(cè)結(jié)果。

所述步驟103之后，步驟106之前還包括：

107：根據(jù)空中三角測(cè)量絕對(duì)定向結(jié)果自動(dòng)生成電力線下方地物密集三維點(diǎn)云；

即根據(jù)空中三角測(cè)量絕對(duì)定向結(jié)果生成電力線下方地物密集三維點(diǎn)云。

本發(fā)明實(shí)施例提供的基于無人機(jī)單目序列影像的電力線下方地物距離檢測(cè)方法，通過對(duì)帶有g(shù)ps絕對(duì)定位信息的單目相機(jī)序列影像進(jìn)行g(shù)ps輔助空中三角測(cè)量，基于空三結(jié)果獲取電力線下方地物密集三維點(diǎn)云和立體量測(cè)導(dǎo)線矢量模型，結(jié)合導(dǎo)線矢量模型和電力線下方地物密集三維點(diǎn)云，實(shí)現(xiàn)電力線下方地物安全距離檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了快速自動(dòng)高精度的電力線下方地物安全距離檢測(cè)，解決了現(xiàn)有的電力線下方地物距離檢測(cè)方法需要較高的測(cè)量條件才能測(cè)量準(zhǔn)確或依然需要人工輔助測(cè)量的技術(shù)問題。

以上是對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于無人機(jī)單目序列影像的電力線下方地物距離檢測(cè)方法的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述，以下將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于無人機(jī)單目序列影像的電力線下方地物距離檢測(cè)方法的另一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

請(qǐng)參閱圖2，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于無人機(jī)單目序列影像的電力線下方地物距離檢測(cè)方法的另一個(gè)實(shí)施例，包括：

201：獲取單目相機(jī)序列影像；

202：對(duì)單目相機(jī)序列影像提取特征點(diǎn)，并進(jìn)行二維影像匹配，獲得同名核線和同名像點(diǎn)；

203：根據(jù)單目相機(jī)序列影像、同名像點(diǎn)、同名核線執(zhí)行g(shù)ps輔助空中三角測(cè)量算法，確定目標(biāo)點(diǎn)位和像片方位元素，獲得空中三角測(cè)量絕對(duì)定向結(jié)果；

204：根據(jù)空中三角測(cè)量絕對(duì)定向結(jié)果生成立體像對(duì)；

205：根據(jù)立體像對(duì)對(duì)電力線進(jìn)行立體量測(cè)，獲取同一條電力線三個(gè)以上節(jié)點(diǎn)的三維絕對(duì)坐標(biāo)，并進(jìn)行電力線擬合獲得電力線弧垂矢量模型；

206：根據(jù)電力線弧垂矢量模型計(jì)算電力線在鉛垂線上與電力線下方地物密集三維點(diǎn)云的安全距離，將安全距離與預(yù)設(shè)的閾值比較，獲得安全檢測(cè)結(jié)果；

所述步驟203之后，步驟206之前還包括：

207：根據(jù)空中三角測(cè)量絕對(duì)定向結(jié)果自動(dòng)生成電力線下方地物密集三維點(diǎn)云。

本發(fā)明實(shí)施例提供的基于無人機(jī)單目序列影像的電力線下方地物距離檢測(cè)方法，通過對(duì)帶有g(shù)ps絕對(duì)定位信息的單目相機(jī)序列影像進(jìn)行g(shù)ps輔助空中三角測(cè)量，基于空三結(jié)果獲取電力線下方地物密集三維點(diǎn)云和立體量測(cè)導(dǎo)線矢量模型，結(jié)合導(dǎo)線矢量模型和電力線下方地物密集三維點(diǎn)云，實(shí)現(xiàn)電力線下方地物安全距離檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了快速自動(dòng)高精度的電力線下方地物安全距離檢測(cè)，解決了現(xiàn)有的電力線下方地物距離檢測(cè)方法需要較高的測(cè)量條件才能測(cè)量準(zhǔn)確或依然需要人工輔助測(cè)量的技術(shù)問題。

本發(fā)明實(shí)施例給出一種利用多旋翼無人機(jī)單目序列影像快速實(shí)現(xiàn)電力線下方地物安全距離檢測(cè)的方法，即通過對(duì)帶有g(shù)ps絕對(duì)定位信息的單目相機(jī)序列影像進(jìn)行g(shù)ps輔助空中三角測(cè)量，基于空三結(jié)果獲取電力線下方地物密集三維點(diǎn)云和立體量測(cè)導(dǎo)線矢量模型，結(jié)合導(dǎo)線矢量模型和電力線下方地物密集三維點(diǎn)云，快速自動(dòng)實(shí)現(xiàn)高精度的電力線下方地物安全距離檢測(cè)。

步驟202具體包括：

采用sift特征匹配算法對(duì)單目相機(jī)序列影像自動(dòng)選取不同影像的同名特征點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)像點(diǎn)坐標(biāo)的自動(dòng)量測(cè)；

需要說明的是，對(duì)多旋翼無人機(jī)單目序列影像特征點(diǎn)提取與影像匹配，即采用sift特征匹配算法自動(dòng)選取不同影像的同名特征點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)像點(diǎn)坐標(biāo)的自動(dòng)量測(cè)。sift特征匹配算法過程主要分兩個(gè)階段:一是從多幅待匹配圖像中提取出對(duì)尺度縮放、旋轉(zhuǎn)、亮度變化無關(guān)的特征向量；二是sift特征向量的匹配。

根據(jù)單目相機(jī)序列影像和像點(diǎn)坐標(biāo)確定同名核線；

在同名核線上搜索同名像點(diǎn)。

上述的根據(jù)單目相機(jī)序列影像和像點(diǎn)坐標(biāo)確定同名核線具體包括：

從左右影像中的左影像中選取一個(gè)像點(diǎn)a(xa，ya)，確定經(jīng)過像點(diǎn)a的核線l以及對(duì)應(yīng)的右影像中的同名核線l‘；

從過像點(diǎn)a(xa，ya)的核線l上選取像點(diǎn)b(xb，yb)，從右影像中的同名核線l‘上選取像點(diǎn)a′(x'a，y'a)和像點(diǎn)b(x'b，y'b)；

根據(jù)第一公式、預(yù)設(shè)的像點(diǎn)b的橫坐標(biāo)xb和像點(diǎn)a的坐標(biāo)a(xa，ya)計(jì)算獲得像點(diǎn)b的坐標(biāo)b(xb，yb)，所述第一公式為：

其中，va，ua，wa和vb，ub，wb分別為像點(diǎn)a和像點(diǎn)b相對(duì)于單獨(dú)像對(duì)的像空間輔助坐標(biāo)系的坐標(biāo)；a1，a2，a3，b1，b2，b3，c1，c2，c3九個(gè)方向余弦為左像片相對(duì)定向元素的函數(shù)；

根據(jù)像點(diǎn)a的坐標(biāo)a(xa，ya)和像點(diǎn)b的坐標(biāo)b(xb，yb)計(jì)算獲得過像點(diǎn)a(xa，ya)的核線l的直線方程；

計(jì)算右影像中的同名核線l‘的直線方程。

需要說明的是，計(jì)算右影像中的同名核線l‘的直線方程的具體方法是：第一，根據(jù)像點(diǎn)a(xa，ya)與像點(diǎn)a(x'a，y'a)滿足的共面條件推導(dǎo)出類似第一公式的公式(或直接采用共面條件公式)，然后代入像點(diǎn)a的坐標(biāo)a(xa，ya)和預(yù)設(shè)的x'a值，即可求得像點(diǎn)坐標(biāo)a′(x'a，y'a)；第二，根據(jù)像點(diǎn)a(xa，ya)與像點(diǎn)b′(x'b,y'b′)滿足的共面條件推導(dǎo)出類似第一公式的公式(或直接采用共面條件公式)，然后代入像點(diǎn)a的坐標(biāo)a(xa，ya)和預(yù)設(shè)的x'b值，即可求得像點(diǎn)坐標(biāo)b′(x'b,y'b′)；第三，根據(jù)像點(diǎn)a′(x'a，y'a)與像點(diǎn)b′(x'b,y'b′)的坐標(biāo)計(jì)算獲得右影像中的同名核線l‘的直線方程；

需要說明的是，在進(jìn)行二維影像匹配時(shí)，需在左右影像搜索到同名像點(diǎn)。而核面與兩像片面的交線為同名核線，同名像點(diǎn)必定在同名核線上。因此當(dāng)同名核線獲取后，可按照系數(shù)相關(guān)法、協(xié)方差相關(guān)法等進(jìn)行一維影像相關(guān)確定同名像點(diǎn)，沿著核線上尋找同名像點(diǎn)，可以大大減少計(jì)算工作量。

同名核線的確定，可以根據(jù)共面條件的方法確定，即在左片目標(biāo)選區(qū)選取一個(gè)像點(diǎn)a(xa，ya),確定出過a(xa，ya)點(diǎn)的核線同一核線l和右片搜索區(qū)內(nèi)同名核線l′上點(diǎn)。設(shè)左片b(xb，yb)點(diǎn)為過a(xa，ya)點(diǎn)左核線l上的一點(diǎn)，右片核線任意兩點(diǎn)a′(x'a，y'a)、b′(x'b，y'b)、則滿足共面條件因此在左像片上取一點(diǎn)a(xa，ya)，則計(jì)算出左核線l任一點(diǎn)b的坐標(biāo)。當(dāng)給定xb，根據(jù)第一公式求得相應(yīng)yb，有了a(xa，ya)，b(xb，yb)就有了過點(diǎn)a左核線的直線方程，第一公式為：

式中：va，ua，wa和vb，ub，wb分別為像點(diǎn)a和b相對(duì)于單獨(dú)像對(duì)的像空間輔助坐標(biāo)系的坐標(biāo)；a1，a2，a3，b1，b2，b3，c1，c2，c3九個(gè)方向余弦為左像片相對(duì)定向元素的函數(shù)。

上述第一公式可由共面條件推導(dǎo)得出。同理，求取其他像點(diǎn)坐標(biāo)的相應(yīng)公式也可以由共面條件推導(dǎo)得出。

同理，左像點(diǎn)a和右片同名核線上任意一點(diǎn)a′(x'a，y'a),滿足共面條件即給定x′a值，求得y′a；同理，左像點(diǎn)a和右像點(diǎn)b′也位于同一核面內(nèi)，按相同算法則求得b′(x'b,y'b′)。

步驟203具體包括：

獲取無人機(jī)相機(jī)記錄的包含曝光時(shí)刻的相機(jī)gps信息，并作為附加觀測(cè)值引入攝影測(cè)量區(qū)域網(wǎng)平差中，用于代替地面控制點(diǎn)；

以每一張像片所組成的一束光線作為平差的基本單元，以共線條件方程作為平差的基礎(chǔ)方程，

通過各個(gè)光束在空中的旋轉(zhuǎn)和平移，實(shí)現(xiàn)模型之間公共點(diǎn)的光線交會(huì)，建立全區(qū)統(tǒng)一的誤差方程式，所述誤差方程式具體為：

其中，v＝[vxvy]^t為坐標(biāo)誤差，為外方位元素，x＝[δxδyδz]^t，為常數(shù)項(xiàng)；

對(duì)每個(gè)像點(diǎn)列出誤差方程式，獲得相應(yīng)法方程為：

確定像片外方位元素求解公式：

確定絕對(duì)定向基本關(guān)系式：

其中，(x，y，z)為模型的地面攝影測(cè)量坐標(biāo)，λ為模型縮放比例因子，(a1，a2，a3，b1，b2，b3，c1，c2，c3)為方向余弦，(u，v，w)為模型點(diǎn)在像空間輔助坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，(xs，ys，zs)為坐標(biāo)原點(diǎn)的平移量；

整體求解全區(qū)區(qū)域內(nèi)每張像片的六個(gè)外方位元素以及所有待求點(diǎn)的地面坐標(biāo)。

需要說明的是，整體求解全區(qū)區(qū)域內(nèi)每張像片的六個(gè)外方位元素以及所有待求點(diǎn)的地面坐標(biāo)指的是通過上述的誤差方程式、相應(yīng)法方程、像片外方位元素求解公式、絕對(duì)定向基本關(guān)系式進(jìn)行求解。

需要說明的是，使用無人機(jī)相機(jī)記錄曝光時(shí)刻的相機(jī)gps信息，將其視為附加觀測(cè)值引入攝影測(cè)量區(qū)域網(wǎng)平差中，以取代地面控制點(diǎn)，采用統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型和算法來整體確定目標(biāo)點(diǎn)位和像片方位元素(即絕對(duì)定向)，從而恢復(fù)出導(dǎo)線及其周圍環(huán)境的絕對(duì)三維模型。

使用光束法區(qū)域網(wǎng)空中三角測(cè)量方法，即以每一張像片所組成的一束光線作為平差的基本單元滿，以共線條件方程作為平差的基礎(chǔ)方程，通過各個(gè)光束在空中的旋轉(zhuǎn)和平移，實(shí)現(xiàn)模型之間公共點(diǎn)的光線實(shí)現(xiàn)最佳交會(huì)，建立全區(qū)統(tǒng)一的誤差方程式，整體解求全區(qū)區(qū)域內(nèi)每張像片的六個(gè)外方位元素以及所有待求點(diǎn)的地面坐標(biāo)。在內(nèi)方位原始已知的情況下，視像點(diǎn)坐標(biāo)為觀測(cè)值，其誤差方程用矩陣方式表達(dá)。

步驟204具體包括：

將空中三角測(cè)量絕對(duì)定向結(jié)果納入地面攝影測(cè)量絕對(duì)坐標(biāo)系中；

根據(jù)攝影基線、同名射線、同名像點(diǎn)和地面點(diǎn)之間的幾何關(guān)系確定立體像對(duì)。

需要說明的是，基于空中三角測(cè)量絕對(duì)定向結(jié)果，恢復(fù)了相鄰像片的內(nèi)、外方位元素，從而恢復(fù)了模型的大小和空間方位，使其納入了地面攝影測(cè)量絕對(duì)坐標(biāo)系中。而兩兩像片影像重疊范圍內(nèi)的任意地面點(diǎn)在兩張像片上都分別有它們的同名像點(diǎn)，并與相應(yīng)的攝影中心組成同名射線，同名攝影射線是對(duì)對(duì)相交的。因此攝影基線、同名射線、同名像點(diǎn)和地面點(diǎn)之間有著固定的幾何關(guān)系?？苫诹Ⅲw像對(duì)進(jìn)行立體量測(cè)，實(shí)現(xiàn)重建與地面相似的幾何模型。

步驟205具體包括：

根據(jù)立體像對(duì)通過數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站對(duì)電力線進(jìn)行數(shù)字影像立體量測(cè)，尋找地物同名像點(diǎn)并量測(cè)三維坐標(biāo)，獲取同一條電力線三個(gè)以上節(jié)點(diǎn)的三維絕對(duì)坐標(biāo)；

需要說明的是，基于數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站實(shí)現(xiàn)數(shù)字影像立體量測(cè)，即利用計(jì)算機(jī)數(shù)字量測(cè)技術(shù)代替人眼觀察，使用偏振光或閃閉法原理的立體觀察裝置進(jìn)行立體觀察，尋找地物同名像點(diǎn)并量測(cè)三維坐標(biāo)。基于具有一定重疊度的立體像對(duì)，對(duì)電力線進(jìn)行立體量測(cè)，獲取同一條電力線多個(gè)節(jié)點(diǎn)(三個(gè)點(diǎn)以上)的三維絕對(duì)坐標(biāo)(lng，lat，h)。

基于同一條電力線三個(gè)以上節(jié)點(diǎn)的三維絕對(duì)坐標(biāo)和第六公式、第七公式進(jìn)行電力線擬合，計(jì)算出電力線弧垂矢量，獲得電力線弧垂矢量模型；

所述第六公式為等高懸點(diǎn)電力線任意一點(diǎn)f的弧垂計(jì)算公式：

所述第七公式為不等高懸點(diǎn)電力線任意一點(diǎn)的弧垂計(jì)算公式：

其中，σ0為電力線最低點(diǎn)應(yīng)力，單位為kg/mm²，g為電線比載，單位為kg/m·mm²，l為檔距，單位為米，φ為懸點(diǎn)高差角，單位為度。

架空線上任意一點(diǎn)的弧垂是指該點(diǎn)距兩懸點(diǎn)連線的垂直距離?；陔娏€多個(gè)節(jié)點(diǎn)的三維絕對(duì)坐標(biāo)，根據(jù)架空線弧垂原理(第六公式、第七公式)進(jìn)行電力線擬合。

步驟207具體包括：

基于空中三角測(cè)量絕對(duì)定向結(jié)果，將同名的核線及影像的灰度進(jìn)行排列，形成核線影像；

沿著核線進(jìn)行影像相關(guān)和特征匹配，自動(dòng)生成電力線下方地物密集三維點(diǎn)云；

對(duì)密集三維點(diǎn)云進(jìn)行噪點(diǎn)濾波，剔除殘差較大點(diǎn)，得出具有絕對(duì)坐標(biāo)的電力線下方地物密集三維點(diǎn)云。

需要說明的是，步驟207基于空中三角測(cè)量絕對(duì)定向結(jié)果，將同名的核線及影像的灰度予以排列，形成核線影像。沿著核線進(jìn)行影像相關(guān)和特征匹配，自動(dòng)生成電力線下方地物密集三維點(diǎn)云，然后對(duì)密集三維點(diǎn)云進(jìn)行噪點(diǎn)濾波，剔除殘差較大點(diǎn)，得出具有絕對(duì)坐標(biāo)的電力線下方地物密集三維點(diǎn)云。

步驟206具體包括：

根據(jù)電力線弧垂矢量模型和第八公式計(jì)算電力線在鉛垂線上與電力線下方地物密集三維點(diǎn)云的安全距離h0；

比較每個(gè)安全距離h0與預(yù)設(shè)的對(duì)應(yīng)的閾值大小，檢測(cè)識(shí)別出未達(dá)到安全距離的電力線部分；

所述第八公式為：

h0＝ha-hb＝a(lnga,lata)-b(lngb,latb)；

其中，a(lnga,lata)為電力線上任意一點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)；b(lngb,latb)為a點(diǎn)在鉛垂線方向上最近的地物三維點(diǎn)云坐標(biāo)。ha為a點(diǎn)在電力線上的高度，hb為a點(diǎn)鉛垂線方向地物點(diǎn)云高度，h0為a點(diǎn)處電力線與地物安全距離。

需要說明的是，獲得電力線弧垂矢量模型后，同時(shí)考慮地球重力場(chǎng)，使用鉛垂線方法，自動(dòng)計(jì)算電力線在鉛垂線上與電力線下方地物密集三維點(diǎn)云的安全距離h0?；诎踩嚯x計(jì)算結(jié)果，自定義不同的閾值以統(tǒng)計(jì)和顯示不同閾值下的結(jié)果，從而達(dá)到自動(dòng)進(jìn)行電力線與下方地物安全距離檢測(cè)目的。

1.本發(fā)明實(shí)施例利用多旋翼無人機(jī)單目序列影像實(shí)現(xiàn)電力線下方地物安全距離檢測(cè)。

2.本發(fā)明實(shí)施例利用多旋翼無人機(jī)單目序列影像，自動(dòng)獲取電力線下方地物三維密集點(diǎn)云，并使用立體量測(cè)方法提取同一坐標(biāo)系下的導(dǎo)線矢量模型，通過垂弧擬合和鉛垂線方法，自動(dòng)計(jì)算導(dǎo)線與電力線下方地物三維密集點(diǎn)云的安全距離，從而實(shí)現(xiàn)電力線下方地物安全距離檢測(cè)。

本發(fā)明實(shí)施例具備以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明基于消費(fèi)級(jí)無人機(jī)開發(fā)，無需硬件改造，系統(tǒng)較為成熟，因此具有成本低廉、操作簡(jiǎn)單、單臺(tái)無人機(jī)單兵即可作業(yè)、推廣難度小等優(yōu)勢(shì)。

(2)基于無人機(jī)單目序列影像，使用gps輔助空中三角測(cè)量，可免除常規(guī)三角測(cè)量所必須的地面控制點(diǎn)，從而擴(kuò)大使用環(huán)境范圍、縮短工期、減少作業(yè)成本。

(3)基于無人機(jī)單目序列影像gps輔助空中三角測(cè)量結(jié)果，自動(dòng)生成電力線下方地物密集三維點(diǎn)云，同時(shí)使用立體量測(cè)方法對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行立體量測(cè)，獲取電力線多個(gè)節(jié)點(diǎn)(3個(gè)以上)并擬合電力線垂弧，使用鉛垂線方法，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)電力線下方地物安全距離檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果相對(duì)精度可達(dá)0.2米。本發(fā)明自動(dòng)化程度高、檢測(cè)精度高、穩(wěn)定性好。

以上是對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于無人機(jī)單目序列影像的電力線下方地物距離檢測(cè)方法的另一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述，以下將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于無人機(jī)單目序列影像的電力線下方地物距離檢測(cè)裝置的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于無人機(jī)單目序列影像的電力線下方地物距離檢測(cè)裝置的一個(gè)實(shí)施例，包括：

影像獲取模塊，用于獲取單目相機(jī)序列影像；

特征點(diǎn)提取與影像配準(zhǔn)模塊，用于對(duì)單目相機(jī)序列影像提取特征點(diǎn)，并進(jìn)行二維影像匹配，獲得同名核線和同名像點(diǎn)；

gps輔助空三與絕對(duì)定向模塊，用于根據(jù)單目相機(jī)序列影像、同名像點(diǎn)、同名核線執(zhí)行g(shù)ps輔助空中三角測(cè)量算法，確定目標(biāo)點(diǎn)位和像片方位元素，獲得空中三角測(cè)量絕對(duì)定向結(jié)果；

立體像對(duì)生成模塊，用于根據(jù)空中三角測(cè)量絕對(duì)定向結(jié)果生成立體像對(duì)；

立體量測(cè)模塊，用于根據(jù)立體像對(duì)對(duì)電力線進(jìn)行立體量測(cè)，獲取同一條電力線三個(gè)以上節(jié)點(diǎn)的三維絕對(duì)坐標(biāo)，并進(jìn)行電力線擬合獲得電力線弧垂矢量模型；

密集三維點(diǎn)云生成模塊，用于根據(jù)空中三角測(cè)量絕對(duì)定向結(jié)果自動(dòng)生成電力線下方地物密集三維點(diǎn)云；

安全距離檢測(cè)模塊，用于根據(jù)電力線弧垂矢量模型計(jì)算電力線在鉛垂線上與電力線下方地物密集三維點(diǎn)云的安全距離，將安全距離與預(yù)設(shè)的閾值比較，獲得安全檢測(cè)結(jié)果。

特征點(diǎn)提取與影像配準(zhǔn)模塊具體包括：

像點(diǎn)坐標(biāo)量測(cè)單元，用于采用sift特征匹配算法對(duì)單目相機(jī)序列影像自動(dòng)選取不同影像的同名特征點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)像點(diǎn)坐標(biāo)的自動(dòng)量測(cè)；

同名核線確定單元，用于根據(jù)單目相機(jī)序列影像和像點(diǎn)坐標(biāo)確定同名核線；

在同名核線上搜索同名像點(diǎn)。

同名核線確定單元具體包括：

核線確定子單元，用于從左右影像中的左影像中選取一個(gè)像點(diǎn)a(xa，ya)，確定經(jīng)過像點(diǎn)a的核線l以及對(duì)應(yīng)的右影像中的同名核線l‘；

像點(diǎn)確定子單元，用于從過像點(diǎn)a(xa，ya)的核線l上選取像點(diǎn)b(xb，yb)，從右影像中的同名核線l‘上選取像點(diǎn)a′(x'a，y'a)和像點(diǎn)b(x'b，y'b)；

像點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算子單元，用于根據(jù)第一公式、預(yù)設(shè)的像點(diǎn)b的橫坐標(biāo)xb和像點(diǎn)a的坐標(biāo)a(xa，ya)計(jì)算獲得像點(diǎn)b的坐標(biāo)b(xb，yb)，第一公式為：

其中，va，ua，wa和vb，ub，wb分別為像點(diǎn)a和像點(diǎn)b相對(duì)于單獨(dú)像對(duì)的像空間輔助坐標(biāo)系的坐標(biāo)；a1，a2，a3，b1，b2，b3，c1，c2，c3九個(gè)方向余弦為左像片相對(duì)定向元素的函數(shù)；

核線直線方程計(jì)算第一子單元，用于根據(jù)像點(diǎn)a的坐標(biāo)a(xa，ya)和像點(diǎn)b的坐標(biāo)b(xb，yb)計(jì)算獲得過像點(diǎn)a(xa，ya)的核線l的直線方程；

核線直線方程計(jì)算第二子單元，用于計(jì)算右影像中的同名核線l‘的直線方程。

gps輔助空三與絕對(duì)定向模塊具體包括：

gps信息引入單元，用于獲取無人機(jī)相機(jī)記錄的包含曝光時(shí)刻的相機(jī)gps信息，并作為附加觀測(cè)值引入攝影測(cè)量區(qū)域網(wǎng)平差中，用于代替地面控制點(diǎn)；

初始條件確定單元，用于以每一張像片所組成的一束光線作為平差的基本單元，以共線條件方程作為平差的基礎(chǔ)方程，

誤差方程式建立單元，用于通過各個(gè)光束在空中的旋轉(zhuǎn)和平移，實(shí)現(xiàn)模型之間公共點(diǎn)的光線交會(huì)，建立全區(qū)統(tǒng)一的誤差方程式，誤差方程式具體為：

其中，v＝[vxvy]^t為坐標(biāo)誤差，為外方位元素，x＝[δxδyδz]^t，為常數(shù)項(xiàng)；

法方程建立單元，用于對(duì)每個(gè)像點(diǎn)列出誤差方程式，獲得相應(yīng)法方程為：

外方位元素求解公式建立單元，用于確定像片外方位元素求解公式：

絕對(duì)定向基本關(guān)系式建立單元，用于確定絕對(duì)定向基本關(guān)系式：

其中，(x，y，z)為模型的地面攝影測(cè)量坐標(biāo)，λ為模型縮放比例因子，(a1，a2，a3，b1，b2，b3，c1，c2，c3)為方向余弦，(u，v，w)為模型點(diǎn)在像空間輔助坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，(xs，ys，zs)為坐標(biāo)原點(diǎn)的平移量；

求解單元，用于整體求解全區(qū)區(qū)域內(nèi)每張像片的六個(gè)外方位元素以及所有待求點(diǎn)的地面坐標(biāo)。

立體像對(duì)生成模塊具體包括：

結(jié)果導(dǎo)入單元，用于將空中三角測(cè)量絕對(duì)定向結(jié)果納入地面攝影測(cè)量絕對(duì)坐標(biāo)系中；

立體像對(duì)確定單元，用于根據(jù)攝影基線、同名射線、同名像點(diǎn)和地面點(diǎn)之間的幾何關(guān)系確定立體像對(duì)。

立體量測(cè)模塊具體包括：

立體測(cè)量單元，用于根據(jù)立體像對(duì)通過數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站對(duì)電力線進(jìn)行數(shù)字影像立體量測(cè)，尋找地物同名像點(diǎn)并量測(cè)三維坐標(biāo)，獲取同一條電力線三個(gè)以上節(jié)點(diǎn)的三維絕對(duì)坐標(biāo)；

電力線擬合單元，用于基于同一條電力線三個(gè)以上節(jié)點(diǎn)的三維絕對(duì)坐標(biāo)和第六公式、第七公式進(jìn)行電力線擬合，計(jì)算出電力線弧垂矢量，獲得電力線弧垂矢量模型；

第六公式為等高懸點(diǎn)電力線任意一點(diǎn)f的弧垂計(jì)算公式：

第七公式為不等高懸點(diǎn)電力線任意一點(diǎn)的弧垂計(jì)算公式：

其中，σ0為電力線最低點(diǎn)應(yīng)力，單位為kg/mm²，g為電線比載，單位為kg/m·mm²，l為檔距，單位為米，φ為懸點(diǎn)高差角，單位為度。

密集三維點(diǎn)云生成模塊具體包括：

核線影像形成單元，用于基于空中三角測(cè)量絕對(duì)定向結(jié)果，將同名的核線及影像的灰度進(jìn)行排列，形成核線影像；

三維點(diǎn)云生成單元，用于沿著核線進(jìn)行影像相關(guān)和特征匹配，自動(dòng)生成電力線下方地物密集三維點(diǎn)云；

噪點(diǎn)濾波單元，用于對(duì)密集三維點(diǎn)云進(jìn)行噪點(diǎn)濾波，剔除殘差較大點(diǎn)，得出具有絕對(duì)坐標(biāo)的電力線下方地物密集三維點(diǎn)云。

安全距離檢測(cè)模塊具體包括：

安全距離計(jì)算單元，用于根據(jù)電力線弧垂矢量模型和第八公式計(jì)算電力線在鉛垂線上與電力線下方地物密集三維點(diǎn)云的安全距離h0；

安全距離比較單元，用于比較每個(gè)安全距離h0與預(yù)設(shè)的對(duì)應(yīng)的閾值大小，檢測(cè)識(shí)別出未達(dá)到安全距離的電力線部分；

第八公式為：

h0＝ha-hb＝a(lnga,lata)-b(lngb,latb)；

其中，a(lnga,lata)為電力線上任意一點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)；b(lngb,latb)為a點(diǎn)在鉛垂線方向上最近的地物三維點(diǎn)云坐標(biāo)。ha為a點(diǎn)在電力線上的高度，hb為a點(diǎn)鉛垂線方向地物點(diǎn)云高度，h0為a點(diǎn)處電力線與地物安全距離。

以上所述，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。