一種基于航拍圖像識(shí)別的電網(wǎng)地理接線圖繪制方法
【專利說(shuō)明】
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域： 本發(fā)明涉及電網(wǎng)地理接線圖繪制方法，尤其涉及一種基于航拍圖像識(shí)別的電網(wǎng)地理接 線圖繪制方法。
[0002]
【背景技術(shù)】： 傳統(tǒng)的電網(wǎng)地理接線圖是靠有經(jīng)驗(yàn)的電網(wǎng)規(guī)劃人員手動(dòng)繪制的，這種方法效率低下， 耗費(fèi)大量人力物力，且位置不準(zhǔn)確，而且極易出現(xiàn)錯(cuò)誤。
[0003]

【發(fā)明內(nèi)容】
： 本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足而提供一種靈活方便、效率高效、準(zhǔn)確實(shí) 用的基于航拍圖像識(shí)別的電網(wǎng)地理接線圖繪制方法。
[0004] 本發(fā)明的目的可以通過(guò)如下措施來(lái)達(dá)到：一種基于航拍圖像識(shí)別的電網(wǎng)地理接線 圖繪制方法，其具體步驟如下： 步驟一、根據(jù)《國(guó)家電網(wǎng)典型設(shè)計(jì)手冊(cè)》設(shè)計(jì)方案選取變電站、桿塔的特征值，隨后使用 "最小二乘法"對(duì)變電站、桿塔的特征值進(jìn)行擬合；隨后將特征值做成模板； 步驟二、使用衛(wèi)星或者無(wú)人機(jī)對(duì)所需繪制電網(wǎng)地理接線圖的區(qū)域進(jìn)行拍攝，得到航拍 視頻，然后從航拍視頻中截取圖像幀； 步驟三、對(duì)圖像進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)換；具體過(guò)程如下： 將R、G和B三通道圖像轉(zhuǎn)換為單通道灰度圖，即三通道數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為灰度數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換公式 如下：
(1) 其中，R為圖像中的紅色通道，G為圖像中的綠色通道，B為圖像中的藍(lán)色通道； 步驟四、對(duì)灰度轉(zhuǎn)換的圖進(jìn)行直方圖均衡化加強(qiáng)，使圖像中的邊緣信息加強(qiáng)；具體過(guò)程 如下： 設(shè)變量Y為灰度圖中像素灰度級(jí)；灰度圖是由公式（1)由RGB空間轉(zhuǎn)換得到，
圖像中灰度級(jí)||出現(xiàn)的概_(tái) ___h
式中，片為灰度圖像中像素總數(shù)，it是灰度級(jí)為_(kāi).的像素個(gè)數(shù)，?為灰度圖中灰度級(jí) 的總數(shù)，將&:和於§#的關(guān)系在直角坐標(biāo)系中表示出來(lái)，得到的圖形就是直方圖； 灰度圖的累積分分布函數(shù)即輸出圖像灰度級(jí)^為|| 尸|) 尸U
應(yīng)用公式（2)，將輸入灰度圖中灰度級(jí)為II的各個(gè)像素映射到輸出圖像灰度等級(jí)為 的對(duì)應(yīng)像素得到輸出圖像，得到直方圖均衡化效果圖； 步驟五、將直方圖均衡化效果圖通過(guò)自適應(yīng)閾值分割，得到二值化效果圖；具體過(guò)程如 下： 根據(jù)直方圖均衡化效果圖灰度級(jí)像素的鄰域塊的像素值分布來(lái)確定直方圖均衡化效 果圖灰度級(jí)像素位置上的二值化閾值； 步驟六、將二值化效果圖進(jìn)行形態(tài)學(xué)變換的去噪處理，得到去噪效果圖；具體過(guò)程如 下： (1) 利用腐蝕方法將二值化效果圖上的點(diǎn)與核進(jìn)行卷積，并把卷積結(jié)果放到與二值化 效果圖上的點(diǎn)坐標(biāo)相同的新的圖像中的點(diǎn)上，從而計(jì)算核區(qū)域像素的最小值；并得到一個(gè) 腐蝕后的圖像；其中，核是一個(gè)3X3像素的中間帶有參考點(diǎn)的實(shí)心圓盤； (2) 膨脹是腐蝕的反操作，即核與腐蝕后的圖像卷積后，計(jì)算核覆蓋的區(qū)域的像素點(diǎn)的 最大值，并把這個(gè)最大值賦值給與腐蝕后的圖像上的點(diǎn)坐標(biāo)相同的新的圖像中的點(diǎn)上，最 后得到的圖像為去噪后效果圖； 步驟七、將去噪效果圖通過(guò)Canny邊緣檢測(cè)，得到只含有邊緣信息的前景圖，具體過(guò)程 如下： (1) 用高斯濾波器平滑圖象；
其中為去噪效果圖的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，:_故為方差 (2) 用一階偏導(dǎo)的有限差分來(lái)計(jì)算梯度的幅值和方向； (3) 對(duì)梯度幅值進(jìn)行非極大值抑制； (4) 用雙閾值算法檢測(cè)和連接邊緣； 步驟八、將只含有邊緣信息的前景圖進(jìn)行輪廓提取得到變電站、桿塔的特征值輪廓的 個(gè)數(shù)，并將各輪廓以輪廓樹(shù)的形式保存起來(lái)，按照輪廓樹(shù)逐一繪制出前景圖的各輪廓，即得 到疑似變電站、桿塔的圖形輪廓，具體過(guò)程如下： 在OpenCV(OpenSourceComputerVisionLibrary)里提取目標(biāo)輪廓的函數(shù)為findCoutours，可以識(shí)別前景圖的輪廓，其中findCoutours的輸入圖像是一幅二值圖像即 邊緣信息的前景圖，findCoutours輸出的是邊緣信息的前景圖中每一個(gè)連通區(qū)域的輪廓點(diǎn) 的集合；輪廓點(diǎn)的集合包括輪廓個(gè)數(shù)和各輪廓上點(diǎn)的個(gè)數(shù)信息，并可以根據(jù)輪廓點(diǎn)的集合 繪制出疑似變電站、桿塔的圖形輪廓； 步驟九、將提取的邊緣輪廓信息與變電站、桿塔的特征模板進(jìn)行匹配，匹配成功的桿塔 使用繪圖軟件用一個(gè)點(diǎn)在圖上做好標(biāo)記，匹配成功的變電站使用繪圖軟件將變電站的四個(gè) 角做好標(biāo)記；具體過(guò)程如下： (1) 采集提取出疑似變電站、桿塔的圖形輪廓特征值； (2) 利用疑似變電站、桿塔的圖形輪廓特征值創(chuàng)建樣本，利用樣本訓(xùn)練決策樹(shù)、貝葉斯、 支持向量機(jī)和K近鄰四種分類器模型，當(dāng)四種分類器中至少有三個(gè)分類器對(duì)疑似變電站、 桿塔的圖形輪廓進(jìn)行判別的結(jié)果一致時(shí)，則判別的結(jié)果為變電站或者桿塔； 步驟十、利用G語(yǔ)言規(guī)范中的連接線圖形元素表示形式將變電站或桿塔的關(guān)鍵點(diǎn)連接 繪制在電網(wǎng)地理接線圖中；具體步驟如下： 識(shí)別為220kV變電站的圖形，使用藍(lán)色線條將其四個(gè)角連接標(biāo)出，識(shí)別為llOkV變電 站的圖形，使用紅色線條將其四個(gè)角連接標(biāo)出，識(shí)別為35kV變電站的圖形，使用黃色線條 將其四個(gè)角連接標(biāo)出；識(shí)別為220kV桿塔的圖形，使用藍(lán)色線段將其一一連接描出；識(shí)別為 llOkV桿塔的圖形，使用紅色線段將其一一連接描出，識(shí)別為35kV桿塔的圖形，使用黃色線 段將其一一連接描出； 步驟十一、人工核對(duì)電網(wǎng)地理接線圖，具體步驟如下： 人工審核G語(yǔ)言繪制好的電網(wǎng)地理接線圖，修正偏離實(shí)際位置的變電站形狀和線路走 向。
[0005] 本發(fā)明同已有技術(shù)相比可產(chǎn)生如下積極效果：本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)狀電網(wǎng)地理接線圖繪 制方法效率低下，位置不準(zhǔn)確，錯(cuò)誤率高，耗費(fèi)大量人力物力的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)繪制， 大大提高了電網(wǎng)地理接線圖繪制的效率和準(zhǔn)確性。
[0006]
【附圖說(shuō)明】： 圖1為本發(fā)明的流程圖； 圖2為本發(fā)明的從航拍視頻中截取圖像幀圖； 圖3為本發(fā)明的灰度轉(zhuǎn)換圖； 圖4為本發(fā)明的均衡化直方圖； 圖5為本發(fā)明的二值化效果圖； 圖6為本發(fā)明的去噪效果圖； 圖7為本發(fā)明的邊緣檢測(cè)效果圖； 圖8為本發(fā)明的G語(yǔ)言繪制電網(wǎng)地理接線圖； 圖9為本發(fā)明的人工修正后的電網(wǎng)地理接線圖。
[0007]
【具體實(shí)施方式】： 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限 于下列實(shí)施例。
[0008] 實(shí)施例：一種基于航拍圖像識(shí)別的電網(wǎng)地理接線圖繪制方法(參見(jiàn)圖1-圖9)，其 具體步驟如下： 步驟一、根據(jù)《國(guó)家電網(wǎng)典型設(shè)計(jì)手冊(cè)》設(shè)計(jì)方案選取變電站、桿塔的特征值，隨后使用 "最小二乘法"對(duì)變電站、桿塔的特征值進(jìn)行擬合。如通過(guò)貓頭桿塔、門型塔、酒杯塔、干字型 塔、克里米亞塔、上字型塔、單柱型塔、懸鏈型塔等塔形、絕緣子串長(zhǎng)度、導(dǎo)線信息來(lái)識(shí)別桿 塔及電壓等級(jí)；通過(guò)變電站的顏色、形狀、尺寸、平面布置圖，避雷針、變壓器來(lái)識(shí)別變電站 及電壓等級(jí)。隨后將特征值做成模板。
[0009] 步驟二、使用衛(wèi)星或者無(wú)人機(jī)對(duì)所需繪制電網(wǎng)地理接線圖的區(qū)域進(jìn)行拍攝，得到 航拍視頻，然后從航拍視頻中截取圖像幀； 步驟三、對(duì)圖像進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)換；具體過(guò)程如下： 將R、G和B三通道圖像轉(zhuǎn)換為單通道灰度圖，即三通道數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為灰度數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換公式 如下，
(1) 其中，R為圖像中的紅色通道，G為圖像中的綠色通道，B為圖像中的藍(lán)色通道； 步驟四、對(duì)灰度轉(zhuǎn)換的圖進(jìn)行直方圖均衡化加強(qiáng)，使圖像中的邊緣信息加強(qiáng)；具體過(guò)程 如下： 設(shè)變暈γ為灰度圖中像素灰度級(jí)；灰度圖是由公式（1)由RGB空間轉(zhuǎn)換得到，
圖像中灰度級(jí)||出現(xiàn)的概_(tái)
式中，與為灰度圖像中像素總數(shù)，是灰度級(jí)為:的像素個(gè)數(shù)，?為灰度圖中灰度 級(jí)的總數(shù)，將_^和#??_?的關(guān)系在直角坐標(biāo)系中表示出來(lái)，得到的圖形就是直方圖； 灰度圖的累積分分布函數(shù)即輸出圖像灰度級(jí).為
應(yīng)用公式（2)，將輸入灰度圖中灰度級(jí)為露I.的各個(gè)像素映射到輸出圖像灰度等級(jí)為 丨iS|的對(duì)應(yīng)像素得到輸出圖像，得到直方圖均衡化效果圖； 步驟五、將直方圖均衡化效果圖通過(guò)自適應(yīng)閾值分割，得到二值化效果圖；具體過(guò)程如 下： 根據(jù)直方圖均衡化效果圖灰度級(jí)像素的鄰域塊的像素值分布來(lái)確定直方圖均衡化效 果圖灰度級(jí)像素位置上的二值化閾值； 步驟六、將二值化效果圖進(jìn)行形態(tài)學(xué)變換的去噪處理，得到去噪效果圖；具體過(guò)程如 下： (1) 利用腐蝕方法將二值化效果圖上的點(diǎn)與核進(jìn)行卷積，并把卷積結(jié)果放到與二值化 效果圖上的點(diǎn)坐標(biāo)相同的新的圖像中的點(diǎn)上，從而計(jì)算核區(qū)域像素的最小值；并得到一個(gè) 腐蝕后的圖像；其中，核是一個(gè)3X3像素的中間帶有參考點(diǎn)的實(shí)心圓盤； (2) 膨脹是腐蝕的