【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本申請(qǐng)涉及無人機(jī)電力巡檢，具體而言，涉及一種基于人工智能的無人機(jī)樹障識(shí)別方法。
技術(shù)介紹
1、無人機(jī)電力巡檢技術(shù)是一種利用無人機(jī)進(jìn)行輸電線路及電力設(shè)施檢查的新技術(shù)，利用先進(jìn)的無人機(jī)自動(dòng)飛行技術(shù)、無線連接技術(shù)、圖像識(shí)別技術(shù)等，通過搭載高清攝像頭等設(shè)備，無人機(jī)能夠自動(dòng)完成對(duì)電線和電力設(shè)備的巡檢任務(wù)。這項(xiàng)技術(shù)依賴于先進(jìn)的傳感器和圖像處理技術(shù)，對(duì)物體進(jìn)行高精度可視化和數(shù)據(jù)采集，利用傳感器如紅外線測(cè)溫儀、高清攝像頭、激光雷達(dá)等，對(duì)物體進(jìn)行全方位的檢測(cè)和監(jiān)控。
2、傳統(tǒng)的樹障識(shí)別，是依賴人工巡檢時(shí)的判斷，這種判斷依賴于各種輔助形式的測(cè)量和估計(jì)，以便識(shí)別和清楚潛在的樹障隱患。而無人機(jī)電力巡檢技術(shù)的發(fā)展，使得智能化地實(shí)現(xiàn)樹障識(shí)別具備了技術(shù)基礎(chǔ)。當(dāng)然，樹障識(shí)別技術(shù)，還有利用光學(xué)影像、定位技術(shù)進(jìn)行識(shí)別的，但這種識(shí)別方案效率相對(duì)較低。
3、據(jù)此，我們提出一種基于無人機(jī)進(jìn)行電力巡檢后的三維重建模型的樹障識(shí)別方案，依托于三維重建技術(shù)，設(shè)計(jì)基于人工智能的樹障識(shí)別方案，能夠?qū)ρ矙z路段上幾乎所有的樹障進(jìn)行有效識(shí)別，以便及時(shí)清除隱患。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本申請(qǐng)實(shí)施例的目的在于提供一種基于人工智能的無人機(jī)樹障識(shí)別方法，以通過三維重建技術(shù)，結(jié)合人工智能，對(duì)輸電線路沿線的樹障隱患進(jìn)行識(shí)別，報(bào)告風(fēng)險(xiǎn)，以便及時(shí)清除樹障隱患。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)的實(shí)施例通過如下方式實(shí)現(xiàn)：
3、第一方面，本申請(qǐng)實(shí)施例提供一種基于人工智能的無人機(jī)樹障識(shí)別方法，包括：獲取無人機(jī)在電力巡檢任務(wù)
4、結(jié)合第一方面，在第一方面的第一種可能對(duì)的實(shí)現(xiàn)方式中，三維重建模型中包含多個(gè)模型單元，每個(gè)模型單元為若干連續(xù)的網(wǎng)格元素形成，從三維重建模型中識(shí)別出電力設(shè)施單元和樹木模型單元，包括：針對(duì)三維重建模型中的每個(gè)模型單元：對(duì)模型單元進(jìn)行特征提取，確定出模型單元的整體特征和元素特征，其中，整體特征包括模型單元的模型位置和網(wǎng)格元素?cái)?shù)量，元素特征包括模型單元中每個(gè)網(wǎng)格元素的角點(diǎn)位置、法線方向、網(wǎng)格形狀、網(wǎng)格曲率、網(wǎng)格面積和二面角；將模型單元的整體特征和元素特征作為輸入數(shù)據(jù)，輸入至識(shí)別模型中，得到每個(gè)模型單元的識(shí)別結(jié)果，從而確定出電力設(shè)施單元和樹木模型單元。
5、結(jié)合第一方面的第一種可能對(duì)的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第二種可能對(duì)的實(shí)現(xiàn)方式中，元素特征的提取方式為：針對(duì)當(dāng)前模型單元的每個(gè)網(wǎng)格元素：獲取當(dāng)前網(wǎng)格元素的角點(diǎn)位置、法線方向、網(wǎng)格形狀、網(wǎng)格曲率、網(wǎng)格面積和二面角；獲取鄰邊網(wǎng)格元素的角點(diǎn)位置、法線方向、網(wǎng)格形狀、網(wǎng)格曲率、網(wǎng)格面積和二面角，其中，鄰邊網(wǎng)格元素為與當(dāng)前網(wǎng)格元素具有公共邊的三個(gè)網(wǎng)格元素；獲取鄰點(diǎn)網(wǎng)格元素的角點(diǎn)位置、法線方向、網(wǎng)格形狀、網(wǎng)格曲率、網(wǎng)格面積和二面角，其中，鄰點(diǎn)網(wǎng)格元素為與當(dāng)前網(wǎng)格元素具有公共角點(diǎn)但非鄰邊網(wǎng)格元素的三個(gè)網(wǎng)格元素；基于當(dāng)前網(wǎng)格元素、三個(gè)鄰邊網(wǎng)格元素和三個(gè)鄰點(diǎn)網(wǎng)格元素的角點(diǎn)位置、法線方向、網(wǎng)格形狀、網(wǎng)格曲率、網(wǎng)格面積和二面角，生成當(dāng)前網(wǎng)格元素的元素特征。
6、結(jié)合第一方面的第一種可能對(duì)的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第三種可能對(duì)的實(shí)現(xiàn)方式中，識(shí)別模型包括輸入層、特征提取層、全連接層和輸出層，所述輸入層，用于接收輸入數(shù)據(jù)，其中，元素特征為n×r的序列，n為模型單元中網(wǎng)格元素的數(shù)量，不同模型單元的網(wǎng)格元素?cái)?shù)量不等，且n≥nt，nt為網(wǎng)格元素?cái)?shù)量閾值，r為每個(gè)網(wǎng)格元素需要提取的特征數(shù)量，記為網(wǎng)格元素的特征維度；所述特征提取層，用于對(duì)模型單元的元素特征進(jìn)行處理，確定出設(shè)定長(zhǎng)度的整合特征，再將模型單元的整體特征與整合特征進(jìn)行拼接融合，得到模型單元的模型特征；所述全連接層，用于對(duì)模型單元的模型特征進(jìn)行特征映射，得到模型單元的綜合特征向量；所述輸出層，用于基于綜合特征向量進(jìn)行模型單元的分類識(shí)別，得到每個(gè)模型單元的識(shí)別結(jié)果。
7、結(jié)合第一方面的第一種可能對(duì)的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第四種可能對(duì)的實(shí)現(xiàn)方式中，所述特征提取層為基于注意力機(jī)制的序列網(wǎng)絡(luò)，具體用于：對(duì)模型單元的元素特征進(jìn)行序列特征處理，得到對(duì)應(yīng)n個(gè)時(shí)間步的隱藏特征和注意力權(quán)重，其中，每個(gè)隱藏特征的維度為1×s，s為設(shè)定長(zhǎng)度；基于n個(gè)時(shí)間步的隱藏特征和注意力權(quán)重，計(jì)算出模型單元的整合特征。
8、結(jié)合第一方面的第四種可能對(duì)的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第五種可能對(duì)的實(shí)現(xiàn)方式中，采用以下公式計(jì)算模型單元的整合特征：
9、
10、其中，c為模型單元的整合特征，n為模型單元中網(wǎng)格元素的數(shù)量，ai為模型單元在第i個(gè)時(shí)間步的注意力權(quán)重，hi為模型單元在第i個(gè)時(shí)間步的隱藏特征。
11、結(jié)合第一方面的第四種可能對(duì)的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第六種可能對(duì)的實(shí)現(xiàn)方式中，所述序列網(wǎng)絡(luò)為rnn或rnn的變體模型、lstm或lstm的變體模型、gru或gru的變體模型。
12、結(jié)合第一方面的第一種可能對(duì)的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第七種可能對(duì)的實(shí)現(xiàn)方式中，基于電力設(shè)施單元和樹木模型單元，確定是否存在樹障，包括：在每相鄰兩個(gè)電力設(shè)施單元之間進(jìn)行線性檢測(cè)，確定出位于相鄰兩個(gè)電力設(shè)施單元之間的若干輸電線纜；基于電力設(shè)施單元和輸電線纜確定出電力設(shè)施輻射區(qū)域；基于樹木模型單元，確定出樹木搖擺可達(dá)區(qū)域；基于電力設(shè)施輻射區(qū)域和樹木搖擺可達(dá)區(qū)域，確定存在區(qū)域重合的目標(biāo)樹木模型單元為樹障。
13、結(jié)合第一方面的第七種可能對(duì)的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第八種可能對(duì)的實(shí)現(xiàn)方式中，相鄰兩個(gè)電力設(shè)施單元和輸電線纜形成一段輸電線路，基于電力設(shè)施單元和輸電線纜確定出電力設(shè)施輻射區(qū)域，包括：針對(duì)每段輸電線路：獲取當(dāng)前輸電線路的電壓等級(jí)，以確定出電壓等級(jí)對(duì)應(yīng)的安全距離；以電力設(shè)施單元和輸電線纜為基礎(chǔ)，確定出當(dāng)前輸電線路的本體區(qū)域；以當(dāng)前輸電線路的本體區(qū)域?yàn)榛A(chǔ)，在各個(gè)方向上向外擴(kuò)散安全距離，得到當(dāng)前輸電線路的電力設(shè)施輻射區(qū)域。
14、結(jié)合第一方面的第七種可能對(duì)的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第九種可能對(duì)的實(shí)現(xiàn)方式中，基于樹木模型單元，確定出樹木搖擺可達(dá)區(qū)域，包括：針對(duì)每個(gè)樹木模型單元：獲取當(dāng)前樹木模型單元的樹木位置、樹木高度、樹冠半徑和網(wǎng)格元素?cái)?shù)量；基于樹木高度、樹冠半徑和網(wǎng)格元素?cái)?shù)量，預(yù)估當(dāng)前樹木模型單元在理論上的最大風(fēng)偏延展系數(shù)；基于最大風(fēng)偏延展系數(shù)、樹木位置和樹木高度，確定出當(dāng)前樹木模型單元的樹木搖擺可達(dá)區(qū)域。
15、本專利技術(shù)的有益效果在于，與現(xiàn)有技術(shù)相比：
16、1.本方案通過獲取無人機(jī)在電力巡檢任務(wù)中采集的lidar數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)和飛行數(shù)據(jù)，進(jìn)行三維重建，得到三維重建模型(三維重建技術(shù)目前已經(jīng)發(fā)展得很成熟了，針對(duì)本申請(qǐng)，為了更好地分析樹木模型單元，我們推薦采用三角網(wǎng)格形式的重建模型技術(shù))。lidar數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)和飛行數(shù)據(jù)，能夠更全面地反映巡檢現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境信息，包括高度、形狀、位置等，能夠保證三本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于人工智能的無人機(jī)樹障識(shí)別方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于人工智能的無人機(jī)樹障識(shí)別方法，其特征在于，三維重建模型中包含多個(gè)模型單元，每個(gè)模型單元為若干連續(xù)的網(wǎng)格元素形成，從三維重建模型中識(shí)別出電力設(shè)施單元和樹木模型單元，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于人工智能的無人機(jī)樹障識(shí)別方法，其特征在于，元素特征的提取方式為：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于人工智能的無人機(jī)樹障識(shí)別方法，其特征在于，識(shí)別模型包括輸入層、特征提取層、全連接層和輸出層，
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于人工智能的無人機(jī)樹障識(shí)別方法，其特征在于，所述特征提取層為基于注意力機(jī)制的序列網(wǎng)絡(luò)，具體用于：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于人工智能的無人機(jī)樹障識(shí)別方法，其特征在于，采用以下公式計(jì)算模型單元的整合特征：
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于人工智能的無人機(jī)樹障識(shí)別方法，其特征在于，所述序列網(wǎng)絡(luò)為RNN或RNN的變體模型、LSTM或LSTM的變體模型、GRU或GRU的變體模型。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于人工智
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于人工智能的無人機(jī)樹障識(shí)別方法，其特征在于，相鄰兩個(gè)電力設(shè)施單元和輸電線纜形成一段輸電線路，基于電力設(shè)施單元和輸電線纜確定出電力設(shè)施輻射區(qū)域，包括：
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于人工智能的無人機(jī)樹障識(shí)別方法，其特征在于，基于樹木模型單元，確定出樹木搖擺可達(dá)區(qū)域，包括：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于人工智能的無人機(jī)樹障識(shí)別方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于人工智能的無人機(jī)樹障識(shí)別方法，其特征在于，三維重建模型中包含多個(gè)模型單元，每個(gè)模型單元為若干連續(xù)的網(wǎng)格元素形成，從三維重建模型中識(shí)別出電力設(shè)施單元和樹木模型單元，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于人工智能的無人機(jī)樹障識(shí)別方法，其特征在于，元素特征的提取方式為：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于人工智能的無人機(jī)樹障識(shí)別方法，其特征在于，識(shí)別模型包括輸入層、特征提取層、全連接層和輸出層，
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于人工智能的無人機(jī)樹障識(shí)別方法，其特征在于，所述特征提取層為基于注意力機(jī)制的序列網(wǎng)絡(luò)，具體用于：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于人工智能的無人機(jī)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：朱德中，趙凌曦，王昌幼，何春應(yīng)，徐懿昭，齊森，周倩，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司蘇州供電分公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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