高压线路走廊特征物提取和高程计算研究

论文摘要

本文受到国家高技术研究发展计划(2003AA134040)和国家华中电网的共同资助。随着我国经济的高速发展，对电力输电网等基础设施的安全运行也提出了更高的要求，利用航空遥感技术，进行电力巡线成为了电力部门的迫切要求。国家“十五”期间，研制高分辨率光学航空相机，并积极推进遥感技术的产业化成为了国家十五期间的一个重点。电力巡检中，精确测量电力线和周围之间的相对距离是巡检的一个重要内容，目前国际上通常应用机载激光扫描测高系统(ALS)进行电力走廊监测，但ALS造价高且容易漏检细小目标，如何利用高分辨率光学航空影像识别和测量地表特征物的高程信息在国际上是个难题。本文研究的目标就是利用机载多角度成像系统设计相应的数据处理软件，利用航空数字摄影测量方法，精确惯导系统，高分辨率航空影像及图像处理技术来提取高压线路走廊地表特征物和计算相应的高程，准确地获得电力线与周围树木等障碍物之间的距离，为保证电力的安全传输提供必要的技术支持。本文以高压线路走廊特征物的提取和高程计算作为主要研究内容，完成了一些具有创新意义的研究工作，主要包括：高分辨率航空影像中高压电力线的自动提取；高分辨率大角度航空影像中树高提取方法的研究；高分辨率航空影像中树冠的分割方法的研究；其主要研究成果和内容有： (1)首次详细归纳和分析了高分辨率航空光学影像中，高压电力线的影像特征，根据这些特点，提出了一种从多角度高分辨率航空影像中自动提取电力线的方法，设计和比较分析了抗强噪声的电力线像素检测算子，提出了分段Radon变换方法，按直线分段提取电力线并进行分组连接，利用类似卡尔曼滤波器跟踪方式连接被提取电力线的断裂部分，用实验证明了即使在复杂的自然背景下该方法也能完整提取高压电力线。 (2)传统的区域相关匹配算法由于会产生许多匹配误差，生成的DSM精度有限。论文提出了一种利用树冠分割从大角度观测影像

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ABSTRACT

第一章绪论

1.1 引言

1.2 电力系统中电力巡检的发展与现状

1.2.1 中国输电线路的发展和巡检现状

1.2.2 直升机电力巡线的发展和现状

1.3 多角度遥感及航空摄影测量技术的发展

1.4 本文的主要研究内容与意义

1.5 论文结构

第二章机载多角度成像系统

2.1 引言

2.2 我国研制的机载电力多角度成像仪概述

2.3 硬件系统总体结构

2.4 数据获取

2.4.1 CCD相机

2.4.2 姿态测量装置 POS

2.5 姿态测量与定位在航空遥感技术中的应用

2.5.1 机载 POS系统对地定位的主要方法

2.5.2 摄影中心的空间位置的确定

2.5.3 航摄仪曝光瞬间的姿态参数的确定

2.5.4 GPS系统误差

2.5.5 GPS/IMU的卡尔曼滤波

2.6 本章小结

第三章高分辨率航空遥感影像中高压电力线的自动提取

3.1 引言

3.2 高分辨率航空影像中电力线的特性及与道路提取的比较

3.2.1 高分辨率航空影像中电力线的特性

3.2.2 与道路提取特点的比较

3.3 算法流程

3.4 电力线像素的检测

3.4.1 常用光学图像中线性特征检测算子的比较

3.4.2 设计线模板检测算子和自动提取电力线候选点

3.4.3 Ratio算子提取电力线

3.4.4 设计的两种算子的比较

3.5 分段 Radon变换提取电力线

3.5.1 Radon变换

3.5.2 分段 Radon变换提取电力线

3.6 卡尔曼滤波方式跟踪连接

3.6.1 卡尔曼滤波器理论

3.6.2 类似卡尔曼滤波方式连接电力线

3.7 实验结果和分析

3.8 小结

第四章高分辨率光学航空影像中树高的计算

4.1 引言

4.2 航空数字摄影测量技术

4.2.1 摄影测量解析基础

4.2.2 全自动空中三角测量

4.3 高压线路走廊树冠尺度 DSM的自动生成

4.3.1 整体流程

4.3.2 机载多角度遥感图像同名点的自动匹配算法

4.3.3 高压线路走廊树冠尺度 DSM的自动生成

4.4 基于树冠尺度 DSM的树高提取

4.4.1 算法整体描述

4.4.2 树高提取算法

4.5 实验结果和分析

4.6 结论

第五章高分辨率航空遥感影像中的树冠提取和分割

5.1 引言

5.2 代数多网格计算方法理论

5.2.1 多格子思想

5.2.2 多重网格法的引入

5.2.3 粗网格修正格式（V循环）

5.2.4 代数多格子的实施

5.3 图像分割和代数多网格计算方法的应用

5.3.1 图像分割简介

5.3.2 基于图结构的图像分割准则

5.3.3 代数多网格计算方法在图像分割中的应用

5.4 多尺度树冠分割

5.4.1 分割树冠的种子点选取

5.4.2 树冠分割

5.5 树冠分割结果和分析

5.5 结论

第六章总结和展望

6.1 研究总结

6.2 后续应开展的工作

参考文献

致谢

攻读学位期间完成的论文和参加的科研情况

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