一种输配电杆塔点云语义分割优化方法及系统与流程

本发明涉及电网运维领域，尤其涉及一种输配电杆塔点云语义分割优化方法及系统。

背景技术：

1、随着三维激光扫描技术的广泛应用，电网输配电线路的三维点云数据日益丰富，如何准确地对输配电杆塔进行点云语义分割成为了目前电网运维领域的主要问题。然而，不同电压等级、不同作用的输配电杆塔的形态多样、姿态不一，且输配电线路点云往往存在不同程度的干扰和噪声，传统的点云语义分割方法较难对电力设施点云进行准确分割，特别是在杆塔、导线连接处，导致电力设施外观状态难以有效监测。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种输配电杆塔点云语义分割优化方法及系统，通过设计的刚性变换约束模块对输配电线路点云语义分割，有效提高了输配电线路杆塔和导线点云分割准确性。

2、本发明实施例的第一方面提供了一种输配电杆塔点云语义分割优化方法，所述方法包括：

3、获取输配电线路点云数据；

4、调用点云语义分割网络对输配电线路点云数据进行语义分割，得到分割结果，其中，分割结果包括多个导线点云、多个杆塔点云、多个植被点云和多个建筑点云，点云语义分割网络基于pointnet神经网络进行训练得到；

5、对各个杆塔点云进行杆塔实例分割，得到多个输配电线路杆塔点云实例，并对各个输配电线路杆塔点云实例进行刚性变换约束，得到杆塔点云分类结果。

6、实施本实施例，获取输配电线路点云数据，调用点云语义分割网络对输配电线路点云数据进行语义分割，得到多个导线点云、多个杆塔点云、多个植被点云和多个建筑点云后，然后对各个杆塔点云进行杆塔实例分割，得到多个输配电线路杆塔点云实例，并对各个输配电线路杆塔点云实例进行刚性变换约束，得到杆塔点云分类结果，本方法通过设计的刚性变换约束模块对输配电线路点云语义分割，有效提高了输配电线路杆塔和导线点云分割准确性。

7、在第一方面的一种可能的实现方式中，对杆塔点云进行杆塔实例分割，得到多个输配电线路杆塔点云实例，具体为：

8、选取一个杆塔点云作为候选核心点云，并得到候选核心点云的预设半径范围内的第一杆塔点云的数量；

9、若第一杆塔点云的数量大于第一预设点云数量，则将候选核心点划分至第一点集；

10、若第一杆塔点云的预设半径范围内的第二杆塔点云的数量大于第一预设点云数量，则将第一杆塔点云划分至第二点集，将未划分到第二点集的其他杆塔点云划分至第一点集，得到第一输配电线路杆塔点云实例，重复此步骤对第一点集中的各个杆塔点云进行划分，得到其他输配电线路杆塔点云实例，其中，第一点集为第一输配电线路杆塔点云实例的中心，第二点集为第一输配电线路杆塔点云实例的聚类结果。

11、在第一方面的一种可能的实现方式中，并对各个输配电线路杆塔点云实例进行刚性变换约束，得到杆塔点云分类结果，具体为：

12、对各个杆塔点云实例进行随机旋转平移变换，得到各个杆塔点云实例对应的变换后的杆塔点云实例；

13、利用点云特征提取器对各个变换后的杆塔点云实例进行特征提取，得到各个杆塔点云分支的分类结果，并利用nt-xent损失函数对每两个杆塔点云分支之间的分类结果进行相似性约束，得到最终的杆塔点云分类结果。

14、在第一方面的一种可能的实现方式中，nt-xent损失函数公式为：

15、

16、其中，zi表示第i杆塔点云的分类结果，zj表示第j杆塔点云的分类结果，k表示杆塔点云数量。

17、在第一方面的一种可能的实现方式中，点云语义分割网络基于pointnet神经网络进行训练得到，具体为：

18、获取输配电线路点云样本数据；

19、将输配电线路点云样本数据输入预设点云语义分割网络中，以使预设点云语义分割网络对输配电线路点云样本数据进行特征识别，得到实际分割结果；

20、采用加权交叉熵损失函数计算将实际分割结果和预期分割结果的误差，根据误差调整预设点云语义分割网络的参数，得到更新后的预设点云语义分割网络，选取输配电线路点云样本数据中未进行分割的输配电线路点云样本数据输入更新后的预设点云语义分割网络进行分割，得到更新后的分割结果并计算出更新后的误差，重复此步骤直到更新后的误差小于预设值，得到最终的点云语义分割网络。

21、本发明实施例的第二方面提供了一种输配电杆塔点云语义分割优化系统，所述系统包括：

22、获取模块，用于获取输配电线路点云数据；

23、分割模块，用于调用点云语义分割网络对输配电线路点云数据进行语义分割，得到分割结果，其中，分割结果包括多个导线点云、多个杆塔点云、多个植被点云和多个建筑点云，点云语义分割网络基于pointnet神经网络进行训练得到；

24、分类模块，用于对各个杆塔点云进行杆塔实例分割，得到多个输配电线路杆塔点云实例，并对各个输配电线路杆塔点云实例进行刚性变换约束，得到杆塔点云分类结果。

25、在第一方面的一种可能的实现方式中，分类模块包括选取单元、第一划分单元和第二划分单元，

26、其中，选取单元用于选取一个杆塔点云作为候选核心点云，并得到候选核心点云的预设半径范围内的第一杆塔点云的数量；

27、第一划分单元用于若第一杆塔点云的数量大于第一预设点云数量，则将候选核心点划分至第一点集；

28、第二划分单元用于若第一杆塔点云的预设半径范围内的第二杆塔点云的数量大于第一预设点云数量，则将第一杆塔点云划分至第二点集，将未划分到第二点集的其他杆塔点云划分至第一点集，得到第一输配电线路杆塔点云实例，重复此步骤对第一点集中的各个杆塔点云进行划分，得到其他输配电线路杆塔点云实例，其中，第一点集为第一输配电线路杆塔点云实例的中心，第二点集为第一输配电线路杆塔点云实例的聚类结果。

29、在第一方面的一种可能的实现方式中，分类模块还包括变换单元和提取单元，

30、其中，变换单元用于对各个杆塔点云实例进行随机旋转平移变换，得到各个杆塔点云实例对应的变换后的杆塔点云实例；

31、提取单元用于利用点云特征提取器对各个变换后的杆塔点云实例进行特征提取，得到各个杆塔点云分支的分类结果，并利用nt-xent损失函数对每两个杆塔点云分支之间的分类结果进行相似性约束，得到最终的杆塔点云分类结果。

32、本发明实施例的第三方面提供了一种终端设备，包括：存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现如本发明实施例所示的输配电杆塔点云语义分割优化方法。

33、本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行程序，计算机可执行程序用于使计算机执行如本发明实施例所示的输配电杆塔点云语义分割优化方法的步骤。

34、本发明获取输配电线路点云数据，调用点云语义分割网络对输配电线路点云数据进行语义分割，得到多个导线点云、多个杆塔点云、多个植被点云和多个建筑点云后，然后对各个杆塔点云进行杆塔实例分割，得到多个输配电线路杆塔点云实例，并对各个输配电线路杆塔点云实例进行刚性变换约束，得到杆塔点云分类结果，本方法通过设计的刚性变换约束模块对输配电线路点云语义分割，有效提高了输配电线路杆塔和导线点云分割准确性，同时解决了杆塔、导线点云连接处难以准确分割难题，使得电力设施外观状态得到有效监测。