本發(fā)明涉及輸配電線路審計、驗收領(lǐng)域，具體為一種基于無人機(jī)圖像定位的輸電線路長度審計方法與系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著新能源技術(shù)、電網(wǎng)技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展新型電力系統(tǒng)建設(shè)力度持續(xù)加大，架空輸電線路工程建設(shè)不斷增多給輸電線路長度審計帶來了眾多問題。傳統(tǒng)電網(wǎng)建設(shè)工程中輸電線路長度審計是依賴審計人員現(xiàn)場開展審計工作，對于部分輸電線路工程，其環(huán)境地區(qū)情況復(fù)雜，海拔高、地勢險峻、交通條件差，人力難以到達(dá)，多方面因素的影響降低審計效率，另外，人工現(xiàn)場審計成本投入、結(jié)果可靠性方面存在也存在明顯不足，這導(dǎo)致基于傳統(tǒng)技術(shù)的審計工作很難按時、按質(zhì)開展，造成工程投資審計上的空白，給電網(wǎng)建設(shè)工程投資審計工作帶來了極大的挑戰(zhàn)。

2、隨著無人機(jī)技術(shù)的普及與在輸變配建設(shè)及巡檢場景的大量應(yīng)用，無人機(jī)具有便攜性、靈活性及卓越的現(xiàn)場可達(dá)性特點，可搭載可見光相機(jī)、紅外相機(jī)、rtk定位儀遠(yuǎn)程執(zhí)行輸配電線路巡檢與數(shù)據(jù)采集任務(wù)，極大解放了人的雙手和雙腳代替人工現(xiàn)場執(zhí)行相關(guān)任務(wù)。結(jié)合目前輸電線路工程建設(shè)現(xiàn)場審計場景，使用無人機(jī)輔助人工遠(yuǎn)程執(zhí)行線路審計工作，無限延長審計人員雙手和雙眼，結(jié)合人工智能目標(biāo)識別算法與rtk定位技術(shù)極大提升審計作業(yè)效率，配合后臺系統(tǒng)自動生成審計結(jié)果是目前審計效率提升的極佳方案。

3、現(xiàn)階段中國電力科學(xué)研究院提出了一種基于電力影像數(shù)據(jù)的輸電線路長度確定方法和系統(tǒng)（cn201910944991.1），該發(fā)明通過對衛(wèi)星遙感或固定攝像機(jī)遙感數(shù)據(jù)全自動處理后，使用人機(jī)協(xié)同的方式快速完成電力映像數(shù)據(jù)中輸電桿塔設(shè)備提取，根據(jù)其經(jīng)緯度計算遙感圖像上導(dǎo)線長度。該方式利用高中遙感精度定位差距較大且識別精度差，對于導(dǎo)線長度計算偏差較大。

4、國網(wǎng)江西省電力有限公司電力科學(xué)研究院提出了一種配電線路無人機(jī)智能驗收方(cn202110373707.7)，通過無人機(jī)搭載rfid掃描設(shè)備，掃描桿塔上的待驗收設(shè)備的rfid標(biāo)簽來識別實物id，并將實物id與桿塔坐標(biāo)進(jìn)行綁定，從而定位桿塔坐標(biāo)最終形成桿塔拓?fù)鋱D進(jìn)行展示，該方法需要人工精準(zhǔn)定位到物料的rfid標(biāo)簽在進(jìn)行識別，作業(yè)效率并未快速提高。

5、廣州電網(wǎng)惠州供電公司提出了一種基于激光點云的輸電線路工程建造參數(shù)自動化量測方法(cn202211092372.2)，使用無人機(jī)搭載激光雷達(dá)獲取輸電線路桿塔的點云數(shù)據(jù)，對點云數(shù)據(jù)處理得到桿塔點云模型用于評估桿塔位置與桿塔傾斜角度，用于對桿塔進(jìn)行位置與角度校準(zhǔn)；該方法通過激光點云處理需要克服嚴(yán)重的數(shù)據(jù)噪聲，且對點云處理需要較大的后臺算力實時性結(jié)果較差。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于無人機(jī)圖像定位的輸電線路長度審計方法與系統(tǒng)，通過無人機(jī)搭載高清相機(jī)結(jié)合人工之智能目標(biāo)識別算法采集并識別輸電桿塔的塔型信息，同時可以準(zhǔn)確記錄輸電桿塔的位置信息，通過目標(biāo)檢測算法與導(dǎo)線長度計算公式輸出輸電桿塔塔形類別、桿塔的位置信息、導(dǎo)線的長度信息到后臺系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)采集數(shù)據(jù)與地圖數(shù)據(jù)生成輸電線路桿塔線路拓?fù)鋱D并與真實施工情況比對形成一次審計任務(wù)報告。以此保證輸電線路工程投資審計項目高效開展，保障一線審計質(zhì)量，確保投資審計的真實性、合法性、合規(guī)性。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種基于無人機(jī)圖像定位的輸電線路長度審計方法，其特征在于，包括有以下步驟：

4、s1：無人機(jī)獲取審計任務(wù)，無人機(jī)飛手?jǐn)y帶無人機(jī)按照審計任務(wù)到指定線路執(zhí)行線路審計作業(yè)；審計任務(wù)是對輸電線路長度相關(guān)信息進(jìn)行準(zhǔn)確獲取和分析的指令。無人機(jī)飛手?jǐn)y帶無人機(jī)按照審計任務(wù)到指定線路執(zhí)行線路審計作業(yè)。指定線路是根據(jù)實際需要審計的輸電線路范圍確定的，飛手需要將無人機(jī)帶到相應(yīng)位置開始工作，確保審計作業(yè)覆蓋到目標(biāo)線路。所述的步驟s1中無人機(jī)審計任務(wù)，由審計任務(wù)后臺管理系統(tǒng)下發(fā)，無人機(jī)遙控器端獲取，審計任務(wù)格式為xx線路、xx-xx號桿塔。

5、s2：無人機(jī)飛手操控?zé)o人機(jī)沿線飛行，在輸電線路通道調(diào)整相機(jī)視角采集輸電桿塔圖片并調(diào)用相應(yīng)塔型與絕緣子串識別模型，自動識別輸電桿塔類型與塔裝絕緣子串?dāng)?shù)量；無人機(jī)沿著輸電線路飛行，通過調(diào)整相機(jī)視角來獲取清晰的桿塔圖片。調(diào)用的識別模型是專門為了識別桿塔類型和絕緣子串?dāng)?shù)量而設(shè)計的，利用圖像識別技術(shù)，對采集到的圖片進(jìn)行分析，從而得出桿塔類型和絕緣子串的數(shù)量信息。這樣可以避免人工識別可能出現(xiàn)的誤差，提高識別效率和準(zhǔn)確性。所述的步驟s2具體包括以下步驟：

6、s21：進(jìn)行桿塔目標(biāo)識別，無人機(jī)在通道側(cè)利用目標(biāo)檢測算法自適應(yīng)調(diào)整拍攝位置，無人機(jī)飛抵輸電線路通道懸停位置，調(diào)整無人機(jī)相機(jī)鏡頭并調(diào)用桿塔識別模型，從視頻流中截幀進(jìn)行桿塔目標(biāo)識別，輸出該幀中桿塔與塔頭的位置坐標(biāo)；

7、s22：進(jìn)行拍攝位置調(diào)整，取桿塔位置坐標(biāo)并計算目標(biāo)框距視頻幀中心位置的像素級偏移量，根據(jù)圖像坐標(biāo)系、相機(jī)坐標(biāo)系及世界坐標(biāo)系的關(guān)系，得到無人機(jī)距離桿塔拍攝位置參數(shù)調(diào)整量，無人機(jī)飛至桿塔拍攝位置；

8、s23：進(jìn)行桿塔類型識別，將塔全貌目標(biāo)框調(diào)整到相機(jī)畫面的中心位置，拍攝桿全貌圖像并調(diào)用桿塔識別模型算法識別桿塔型號；

9、s24：進(jìn)行塔裝絕緣子串?dāng)?shù)量識別，根據(jù)塔頭位置坐標(biāo)，計算塔頭拍攝位置參數(shù)調(diào)整量，無人機(jī)飛至塔頭拍攝位置，調(diào)整塔頭到無人機(jī)相機(jī)畫面中心，拍攝塔頭圖像并調(diào)用絕緣子串識別算法識別絕緣子數(shù)量。

10、s3：無人機(jī)飛手操控?zé)o人機(jī)沿線飛行，在塔頭位置控制調(diào)整相機(jī)直角下視調(diào)用桿塔位置定位模型，自動記錄桿塔位置信息；調(diào)用的桿塔位置定位模型能夠準(zhǔn)確地記錄桿塔在地理空間中的位置，為后續(xù)的計算和分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。步驟s3具體包括以下步驟：

11、s31：當(dāng)無人機(jī)飛抵輸電桿塔塔頂懸停點位后，調(diào)整無人機(jī)相機(jī)鏡頭下視并調(diào)用塔頂識別模型，從視頻流中取幀進(jìn)行塔頂目標(biāo)識別，輸出該幀中塔頂?shù)奈恢米鴺?biāo)；

12、s32：進(jìn)行位置記錄點位調(diào)整，取塔頂位置坐標(biāo)并計算目標(biāo)框距視頻幀中心位置的像素級偏移量，根據(jù)圖像坐標(biāo)系、相機(jī)坐標(biāo)系及世界坐標(biāo)系的關(guān)系，得到無人機(jī)距離桿塔位置記錄點位調(diào)整參數(shù)，無人機(jī)飛至桿塔拍攝位置桿塔位置記錄點位；

13、s33：到達(dá)桿塔拍攝位置桿塔位置記錄點位后，無人機(jī)觸發(fā)打點記錄功能，記錄塔頂經(jīng)緯度、相對高度信息。

14、s4：無人機(jī)審計任務(wù)執(zhí)行結(jié)束，后臺系統(tǒng)接收無人機(jī)采集與記錄的圖像信息、桿塔類型信息與位置信息、塔裝絕緣子串?dāng)?shù)量信息；后臺系統(tǒng)是整個審計過程的信息處理中心，它接收無人機(jī)在作業(yè)過程中收集到的各種數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將作為后續(xù)步驟的輸入，為生成審計報告和進(jìn)行線路長度計算提供依據(jù)。步驟s4具體為審計任務(wù)執(zhí)行過程中桿塔識別、絕緣子串識別、桿塔位置記錄的輸出信息，統(tǒng)一匯總到數(shù)據(jù)匯總單元，以桿塔經(jīng)緯度為區(qū)分界限將不同桿塔的桿塔型號、絕緣子串?dāng)?shù)量與輸電桿塔綁定，形成每一級桿塔的物料清單。

15、s5：后臺系統(tǒng)對數(shù)據(jù)信息自動處理，將桿塔位置信息、塔裝絕緣子數(shù)量信息、桿塔類型與桿塔進(jìn)行綁定，并計算多級桿塔間導(dǎo)線長度，生成輸電線路拓?fù)鋱D；后臺系統(tǒng)對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，將不同類型的信息關(guān)聯(lián)起來，然后根據(jù)這些信息以及相關(guān)的算法計算多級桿塔間導(dǎo)線的長度。生成的輸電線路拓?fù)鋱D可以直觀地展示輸電線路的結(jié)構(gòu)和各桿塔之間的連接關(guān)系。步驟s5具體包括以下步驟：

16、計算相鄰桿塔間檔距l(xiāng)，其計算公式為：

17、，

18、其中s1為當(dāng)前級輸電桿塔輸電桿塔的經(jīng)度，s2為后一級輸電桿塔輸電桿塔的經(jīng)度，w1為當(dāng)前級輸電桿塔輸電桿塔的緯度，w2為后一級輸電桿塔輸電桿塔的緯度；

19、計算相鄰桿塔相對高度差h0，其公式為：

20、，

21、其中h1為當(dāng)前級輸電桿塔輸電桿塔的相對高度，h2為后一級輸電桿塔輸電桿塔的相對高度；

22、計算相鄰桿塔高差，其公式為：

23、，

24、其中h0為相鄰桿塔相對高度差h0，l為相鄰桿塔間檔距；

25、計算單根導(dǎo)線近似長度，其公式為：

26、，

27、其中l(wèi)為相鄰桿塔間檔距，為相鄰桿塔高差。

28、s6：后臺系統(tǒng)將審計數(shù)據(jù)信息匯總并生成桿塔信息與線路長度審計報告。將所有的審計數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總整理，形成詳細(xì)的報告，報告內(nèi)容包括桿塔的各種信息以及計算得出的線路長度，為輸電線路的維護(hù)、管理相關(guān)工作提供參考。步驟s6具體為審計任務(wù)執(zhí)行結(jié)束，無人機(jī)將拍攝圖像、桿塔類型、每一級桿塔絕緣子串?dāng)?shù)量、導(dǎo)線長度審計數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺管理系統(tǒng)，后臺系統(tǒng)按照每一級桿塔形成桿塔拓?fù)鋱D與桿塔對應(yīng)物料清單，形成線路審計報告。

29、所述的方法識別模型包括桿塔類型識別、絕緣子串識別、塔頂識別；具體包括以下步驟：

30、衡量特征與目標(biāo)之間的相關(guān)性，即目標(biāo)是否為桿塔、絕緣子串、塔頂，對于離散隨機(jī)變量x，表示圖像特征和離散隨機(jī)變量y，表示目標(biāo)類別，它們之間的互信息計算公式為：

31、，

32、其中x為圖像中各區(qū)域的紋理特征量化后的取值集合，y為1或-1，其取值分別代表桿塔、絕緣子串、塔頂或非桿塔、絕緣子、塔頂兩種類別，用于區(qū)分圖像中的目標(biāo)是否為桿塔、絕緣子、塔頂，x為是隨機(jī)變量x的取值，y是隨機(jī)變量y的取值，p(x,y)是x=x且y=y的聯(lián)合概率，即圖像特征取值為x并且目標(biāo)類別為y的概率，p(x)是x=x的邊緣概率，即圖像特征取值為x的概率，不考慮目標(biāo)類別，p(y)是y=y的邊緣概率，即目標(biāo)類別為y的概率，不考慮圖像特征；

33、采用支持向量機(jī)作為桿塔、絕緣子、塔頂識別模型，對于線性可分的情況，目標(biāo)為找到一個超平面將不同類別的數(shù)據(jù)分開，設(shè)置訓(xùn)練數(shù)據(jù)集為，其中xi是圖像特征向量，表示類別，其中1示桿塔、絕緣子、塔頂，-1表示非桿塔、絕緣子、塔頂，超平面的方程可以表示為：

34、，

35、其中w是超平面的法向量，b是偏置項；

36、通過求解以下優(yōu)化問題來確定超平面的參數(shù)：

37、，

38、其中xi表示訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中的第i個樣本的圖像特征向量，這個向量包含了用于識別桿塔、絕緣子、塔頂?shù)母鞣N圖像特征，包括紋理特征、形狀特征經(jīng)過量化后的數(shù)值組合，yi表示訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中第i個樣本的類別標(biāo)簽，取值為1或-1，用于區(qū)分是桿塔、絕緣子、塔頂還是非桿塔、絕緣子、塔頂，w為超平面的法向量，b為超平面的偏置項，n表示訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的樣本數(shù)量；

39、確定桿塔與塔頂位置時，由于桿塔與塔頂具有較多直線結(jié)構(gòu)，通過霍夫變換來檢測直線對于圖像中的直線方程，霍夫變換將其轉(zhuǎn)換到參數(shù)空間；

40、在霍夫空間中，通過統(tǒng)計參數(shù)空間中的交點來確定直線，對于離散化的霍夫空間，每個點(md，cd)的投票數(shù)v(md，cd)計算公式如下：

41、，

42、其中是原像像點集合，是狄拉克函數(shù)md和cd分別是霍夫空間中的離散化的斜率和截距取值，v(md，cd)表示在霍夫空間中，對應(yīng)于離散化的斜率和截距為(md，cd)的點的投票數(shù)；

43、通過統(tǒng)計圖像中滿足直線方程的像素點得到投票數(shù)高，投票數(shù)高的位置表示存在對應(yīng)的直線，從而確定桿塔與塔頂位置。

44、一種基于無人機(jī)圖像定位的輸電線路長度審計方法與系統(tǒng)，包括服務(wù)器和處理器，所述服務(wù)器中存儲有系統(tǒng)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計算機(jī)程序時實現(xiàn)權(quán)利要求1至9中任一項所述方法的步驟。

45、將桿塔位置信息、塔裝絕緣子串?dāng)?shù)量信息、桿塔類型與桿塔進(jìn)行綁定，形成完整的桿塔信息庫。

46、根據(jù)桿塔信息庫中的位置和類型信息，計算多級桿塔間導(dǎo)線長度。這一步驟的實現(xiàn)依賴于精確的測量算法和數(shù)學(xué)模型，能夠確保導(dǎo)線長度的計算準(zhǔn)確性。

47、生成輸電線路拓?fù)鋱D，該拓?fù)鋱D直觀地展示了輸電線路的走向、桿塔位置和類型等信息，為后續(xù)的運維和管理提供了便利。

48、后臺系統(tǒng)將審計數(shù)據(jù)信息匯總，并生成桿塔信息與線路長度審計報告。

49、報告內(nèi)容通常包括桿塔類型、數(shù)量、位置信息、導(dǎo)線長度以及輸電線路的整體狀況等。

50、報告可以用于輸電線路的運維管理、資產(chǎn)管理和成本分析等方面，為相關(guān)決策提供有力的數(shù)據(jù)支持。

51、該方法先由審計任務(wù)后臺管理系統(tǒng)下發(fā)指定線路和桿塔范圍的任務(wù)到無人機(jī)遙控器端，飛手據(jù)此攜帶無人機(jī)到指定線路作業(yè)。作業(yè)中，無人機(jī)在通道側(cè)利用目標(biāo)檢測算法自適應(yīng)調(diào)整拍攝位置，懸停后調(diào)整相機(jī)鏡頭，調(diào)用桿塔識別模型截幀識別桿塔與塔頭位置坐標(biāo)，據(jù)此調(diào)整拍攝位置，再將塔全貌目標(biāo)框調(diào)至畫面中心拍攝圖像識別桿塔型號，依據(jù)塔頭坐標(biāo)調(diào)整位置拍攝圖像識別絕緣子串?dāng)?shù)量。對于桿塔位置記錄，無人機(jī)飛抵塔頂懸停點后下視調(diào)整相機(jī)，調(diào)用塔頂識別模型取幀識別塔頂坐標(biāo)，據(jù)此調(diào)整位置并觸發(fā)打點記錄功能記錄塔頂經(jīng)緯度和相對高度。審計過程中的相關(guān)信息匯總到數(shù)據(jù)匯總單元，以桿塔經(jīng)緯度區(qū)分桿塔并綁定信息形成物料清單，然后通過特定公式計算相鄰桿塔間檔距、相對高度差、高差和單根導(dǎo)線近似長度。審計結(jié)束后，無人機(jī)將數(shù)據(jù)傳至后臺管理系統(tǒng)，后臺生成桿塔拓?fù)鋱D和物料清單并形成審計報告。

52、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

53、在數(shù)據(jù)采集方面更高效準(zhǔn)確，利用無人機(jī)沿輸電線路飛行采集數(shù)據(jù)，避免了人工采集可能面臨的地形復(fù)雜、難以到達(dá)問題，大大提高了數(shù)據(jù)獲取的效率。并且通過目標(biāo)檢測算法和專業(yè)的識別模型，能精準(zhǔn)地識別桿塔類型、絕緣子串?dāng)?shù)量和桿塔位置信息，相比傳統(tǒng)人工識別或其他技術(shù)，減少了人為誤差，極大地提高了識別準(zhǔn)確率。

54、拍攝位置的自適應(yīng)調(diào)整功能，通過在無人機(jī)部署目標(biāo)檢測算法，無人機(jī)可以根據(jù)目標(biāo)物體桿塔、塔頭、塔頂?shù)奈恢米詣诱{(diào)整拍攝位置，保證每次拍攝都能獲得最佳視角和高質(zhì)量的圖像，有助于后續(xù)的識別和分析工作，優(yōu)化了整個審計流程。

55、在數(shù)據(jù)處理和審計報告生成方面更具優(yōu)勢。后臺系統(tǒng)能自動對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，快速準(zhǔn)確地計算多級桿塔間導(dǎo)線長度，生成輸電線路拓?fù)鋱D，并將所有審計數(shù)據(jù)信息匯總生成詳細(xì)的桿塔信息與線路長度審計報告。這不僅節(jié)省了大量的人力和時間成本，生成的報告內(nèi)容全面、準(zhǔn)確，為輸電線路的維護(hù)、管理和規(guī)劃相關(guān)工作提供了可靠的依據(jù)，相比現(xiàn)有技術(shù)更能滿足現(xiàn)代輸電線路審計工作的復(fù)雜需求。