输电线路与沿线树木空间距离测算方法与流程

本发明属于遥感影像处理领域，具体涉及一种输电线路与沿线树木空间距离测算方法。

背景技术：

随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们生产和生活中必不可少的二次能源，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。因此，电力系统的稳定可靠运行，就成为了电力系统最重要的任务之一。输电线路是电力系统的重要组成部分，承担着电能输送的重要任务。输电线路的稳定可靠运行，是电力系统稳定可靠运行的前提与保证。

输电线路往往会经过山区、林区等树木茂盛之处。树木的生长过程随机性强，而且不可控。而一旦树木的枝叶等靠近或接触到输电线路，这将影响到输电电路的绝缘性能，从而影响到电力系统的安全稳定运行。因此，输电线路沿线的树障问题，一直是电力运维中一个比较难解决的问题。

目前，针对输电线路沿线的树障问题，一般采用的都是人工巡检的方式。巡线工人沿着输电线路进行巡线，并及时对树障问题进行记录和上报等。但是，明显的，采用人工巡线的方式进行树障问题的记录和上报，不仅费时费力，效率低下，而且成本高昂，安全性不高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可靠性高、实用性好、成本低廉且效果较好的输电线路与沿线树木空间距离测算方法。

本发明提供的这种输电线路与沿线树木空间距离测算方法，包括如下步骤：

s1.获取输电线路沿线的位置信息；

s2.对步骤s1获取的位置信息进行处理；

s3.对步骤s2处理后的数据，进行立体模型恢复；

s4.获取输电线路的三维模型；

s5.测量目标区域的树冠三维坐标；

s6.根据步骤s4得到的三维模型和步骤s5得到的树冠三维坐标，进行输电线路与沿线树木空间距离测算。

步骤s1所述的获取输电线路沿线的位置信息，具体为利用卫星获取同一区域在设定的侧视角和重叠角的影像。

步骤s2所述的对步骤s1获取的位置信息进行处理，具体为对步骤s1获取的影像信息进行影像配准和rpc参数精化。

步骤s3所述的立体模型恢复，具体包括内定向的步骤、相对定向的步骤和绝对定向的步骤。

所述的内定向的步骤，具体为内定向步骤的目的在于恢复两张像片的内方位元素，从而保证像片坐标与仪器坐标一致；采用如下算式进行内定向恢复：

x＝x'+δx+dx+δx

y＝y'+δy+dy+δy

式中(δx,δy)为镜头畸变；(dx,dy)为大气折光修正参数；(δx,δy)为地球曲率修正参数。

所述的相对定向，具体为相对定向步骤的目的在于恢复两张像片的相关位置，达到同名光线对对相交的目的，从而建立与实地相似的相对立体模型；采用如下步骤和算式进行相对定向元素求解：

相对定向是指恢复或确定象对在摄影时的相对关系；

计算相对定向元素的过程如下：

设定第一象对左片的三个角元素φ1＝ω1＝κ1＝0，右片的三个角元素的初始值φ2＝ω2＝κ2＝0，后续计算中每象对右片的三个角元素的初始值均取用其本象对左片的相应值；设定相对定向元素μ＝υ＝0；bx取用2点标准点位的左右视差，bx＝p2；把每个点的观测数据vx、vy、vp和vq换算为左像点的相片坐标x1和y1，右像点的相片坐标x2和y2；

将φ、ω和κ值代入如下公式：

a1＝cosφcosκ-sinφsinωsinκ

a2＝-cosφsinω-sinφsinωcosκ

a3＝-sinφcosω

b1＝cosωsinκ

b2＝cosωcosκ

b3＝-sinω

c1＝sinφcosκ+cosφsinωsinκ

c2＝-sinωsinκ+cosφsinωcosκ

c3＝cosφcosω

分别计算左右两片的九个方向余弦，求得r阵；再由r阵计算左右两个同名像点的像空间坐标x1、y1、z1、x2、y2和z2；计算公式为：

根据计算出像点的像空间坐标，相对定向的误差方程式一般通式为

υ＝adφ+bdω+cdκ+rdμ+sdγ-l

式中c＝x2n'，r＝bx，l＝q＝ny1-n'y2-by；

计算误差方程式系数a、b、c、r、s和常数项l；l中的n和n'由公式和进行计算；

由这些系数和常数项组成系数矩阵a和常数矩阵l；

误差方程式中含五个未知的相对定向元素，解算五个未知数，采用六个或六个以上的定向点，按最小二乘法原理求解；

设观测了n个控制点，n个误差方程式的矩阵表示形式为v＝ax-lp；

相应的法方程式为：a^tpax-a^tpl＝0；

法方程式的解为x＝(a^tpa)^-1a^tpl；

其中的系数矩阵a^ta(一般假定观测值得权是相等的，等于1)和常数项矩阵a^tl；

计算矩阵a^ta的逆矩阵(a^ta)^-1，球出相对定向元素的改正数x；

计算相对定向元素的新值

φ＝φ0+dφ；ω＝ω0+dω；κ＝κ0+dκ；μ＝μ0+dμ；υ＝υ0+dυ；

式中φ0、ω0、κ0、μ0、υ0为各自的初始值；将新值μ和υ代入公式by＝bxμ和bz＝bxυ中计算新的by和bz；

比较每次趋近求得相对定向元素的改正数是否小于设定值(优选为0.3×10^-4)：若小于，则相对定向解算结束，否则需要重新列出误差方程式系数矩阵和解求法方程式；

把最后求得本象对右片的ω、κ值作为下一象对左片的初始值，进行下象对相对定向元素的解算；

至此，完成了一个像对的相对定向元素的解算工作，求出了五个相对定向元素ω、κ、μ和υ，并为下象对相对定向提供了初始值。

所述的绝对定向的步骤，具体为绝对定向步骤的目的在于确定两张像片在经过相对定向后建立的立体模型中的绝对位置，从而将相对立体模型纳入到地面摄影测量坐标系内；采用如下算式进行绝对定向：

式中为模型点的地面摄影测量坐标；为同一模型店的摄影测量坐标；λ为模型缩放比例因子；为坐标原点的平移量。

步骤s4所述的获取输电线路的三维模型，具体为获取输电线路三维坐标，并生成带有高程信息的矢量输电线。

步骤s5所述的测量目标区域的树冠三维坐标，具体为查找输电线路导线下方及周边树冠生长的高度，并记录当前测量的点位的平面坐标。

步骤s6所述的进行输电线路与沿线树木空间距离测算，具体为计算步骤s5记录的平面坐标点a到步骤s4得到的矢量输电线l的最短距离。

本发明提供的这种输电线路与沿线树木空间距离测算方法，通过卫星获取区域卫星图像影像，并进行处理和修正后，再计算输电线路与沿线树木之间的空间距离，从而实现精确的输电线路与沿线树木空间距离测算，而且本发明方法不需要人工进行巡线或干预，可靠性高、实用性好、成本低廉且效果较好。

附图说明

图1为本发明方法的方法流程示意图。

图2为本发明方法的相对定向示意图。

具体实施方式

如图1所示为本发明方法的方法流程示意图：本发明提供的这种输电线路与沿线树木空间距离测算方法，包括如下步骤：

s1.获取输电线路沿线的位置信息；具体为利用卫星获取同一区域在设定的侧视角和重叠角的影像；

s2.对步骤s1获取的位置信息进行处理；具体为对步骤s1获取的影像信息进行影像配准和rpc参数精化；

s3.对步骤s2处理后的数据，进行立体模型恢复；具体包括内定向的步骤、相对定向的步骤和绝对定向的步骤；

内定向步骤的目的在于恢复两张像片的内方位元素，从而保证像片坐标与仪器坐标一致；采用如下算式进行内定向恢复：

x＝x'+δx+dx+δx

y＝y'+δy+dy+δy

式中(δx,δy)为镜头畸变；(dx,dy)为大气折光修正参数；(δx,δy)为地球曲率修正参数；

所述的相对定向(如图2所示)，具体为相对定向步骤的目的在于恢复两张像片的相关位置，达到同名光线对对相交的目的，从而建立与实地相似的相对立体模型；采用如下步骤和算式进行相对定向元素求解：

相对定向是指恢复或确定象对在摄影时的相对关系；

计算相对定向元素的过程如下：

设定第一象对左片的三个角元素φ1＝ω1＝κ1＝0，右片的三个角元素的初始值φ2＝ω2＝κ2＝0，后续计算中每象对右片的三个角元素的初始值均取用其本象对左片的相应值；设定相对定向元素μ＝υ＝0；bx取用2点标准点位的左右视差，bx＝p2；把每个点的观测数据vx、vy、vp和vq换算为左像点的相片坐标x1和y1，右像点的相片坐标x2和y2；

将φ、ω和κ值代入如下公式：

a1＝cosφcosκ-sinφsinωsinκ

a2＝-cosφsinω-sinφsinωcosκ

a3＝-sinφcosω

b1＝cosωsinκ

b2＝cosωcosκ

b3＝-sinω

c1＝sinφcosκ+cosφsinωsinκ

c2＝-sinωsinκ+cosφsinωcosκ

c3＝cosφcosω

分别计算左右两片的九个方向余弦，求得r阵；再由r阵计算左右两个同名像点的像空间坐标x1、y1、z1、x2、y2和z2；计算公式为：

根据计算出像点的像空间坐标，相对定向的误差方程式一般通式为

υ＝adφ+bdω+cdκ+rdμ+sdγ-l

式中c＝x2n'，r＝bx，l＝q＝ny1-n'y2-by；

计算误差方程式系数a、b、c、r、s和常数项l；l中的n和n'由公式和进行计算；

由这些系数和常数项组成系数矩阵a和常数矩阵l；

误差方程式中含五个未知的相对定向元素，解算五个未知数，采用六个或六个以上的定向点，按最小二乘法原理求解；

设观测了n个控制点，n个误差方程式的矩阵表示形式为v＝ax-lp；

相应的法方程式为：a^tpax-a^tpl＝0；

法方程式的解为x＝(a^tpa)^-1a^tpl；

其中的系数矩阵a^ta(一般假定观测值得权是相等的，等于1)和常数项矩阵a^tl；

计算矩阵a^ta的逆矩阵(a^ta)^-1，球出相对定向元素的改正数x；

计算相对定向元素的新值

φ＝φ0+dφ；ω＝ω0+dω；κ＝κ0+dκ；μ＝μ0+dμ；υ＝υ0+dυ；

式中φ0、ω0、κ0、μ0、υ0为各自的初始值；将新值μ和υ代入公式by＝bxμ和bz＝bxυ中计算新的by和bz；

比较每次趋近求得相对定向元素的改正数是否小于设定值(优选为0.3×10^-4)：若小于，则相对定向解算结束，否则需要重新列出误差方程式系数矩阵和解求法方程式；

把最后求得本象对右片的ω、κ值作为下一象对左片的初始值，进行下象对相对定向元素的解算；

至此，完成了一个像对的相对定向元素的解算工作，求出了五个相对定向元素ω、κ、μ和υ，并为下象对相对定向提供了初始值。

绝对定向步骤的目的在于确定两张像片在经过相对定向后建立的立体模型中的绝对位置，从而将相对立体模型纳入到地面摄影测量坐标系内；采用如下算式进行绝对定向：

式中为模型点的地面摄影测量坐标；为同一模型店的摄影测量坐标；λ为模型缩放比例因子；为坐标原点的平移量；

s4.获取输电线路的三维模型；具体为获取输电线路三维坐标，并生成带有高程信息的矢量输电线；

s5.测量目标区域的树冠三维坐标；具体为查找输电线路导线下方及周边树冠生长的高度，并记录当前测量的点位的平面坐标a(x1,y1,z1)；

s6.根据步骤s4得到的三维模型和步骤s5得到的树冠三维坐标，进行输电线路与沿线树木空间距离测算；具体为计算步骤s5记录的平面坐标点a到步骤s4得到的矢量输电线l的最短距离；

在具体实施时，计算点a(x1,y1,z1)到导线l的最短距离s，即点a(x1,y1,z1)到导线l的切线l的垂足b(x2,y2,z2)的距离