高压线路走廊特征物提取和高程计算研究

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提取树高的方法。这种方法是基于生成的树冠尺度的粗DSM和获取的图像的外方位元素，首先通过DSM和图像的外方位元素得到待分割树冠区域，然后用图像分割的方法得到树冠或树枝的边缘，然后采用提出的一种结合粗DSM高程信息和外方位元素的高程计算算法，精确计算分割树冠及树枝的高度。算法假设树木大多数是垂直生长的，因此可通过计算投影到大观测角度影像中的树木相对于粗DSM的高度，对粗DSM进行修正。论文用实验结果证明了算法的有效性。 (3)精确分割树冠是树高准确修正的前提条件。由于树冠形状的复杂和边缘的模糊性，需要能在不同尺度上反映树冠分割的算法。文中提出了一种基于数字表面高程模型(DSM)和多尺度权聚类的影像分割方法。首先通过DSM选择需要分割的候选树冠顶点，利用航空摄影测量的方法将树冠顶点投影到航空像片作为种子点，对树冠进行分割，算法定义了一种分割的全局测度，在该测度下，利用代数多网格的数值计算方法，由底至上在逐步迭代中实现金字塔式的多尺度影像分割，这种金字塔的不同层结点之间形成一种模糊的关系，使算法避免陷入局部的判定，从而在全局测度的基础上检测出分割区域。文中根据图像亮度及平均亮度信息划分不同的分割区域，在树冠顶点所在的位置，选择一定区域的灰度平均值象素作为种子点，将含该区域的分割图像作为树冠分割区域，最后得到分割的树冠。

目录

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摘要

第一章绪论

第二章机载多角度成像系统

第三章高分辨率航空遥感影像中高压电力线的自动提取

第四章高分辨率光学航空影像中树高的计算

第五章高分辨率航空遥感影像中的树冠提取和分割

第六章总结和展望

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