[發(fā)明專利]基于激光光斑位置的地下管道空間方位測(cè)量系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810605931.2
• 申請(qǐng)日: 2018-06-12
• 公開（公告）號(hào): CN108844463A
• 公開（公告）日: 2018-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪貴華;楊栩;徐元;王珂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/00
• 分類號(hào): G01B11/00;G01B11/24;G01B11/255
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

本發(fā)明公開了一種基于激光光斑位置的地下管道空間方位測(cè)量系統(tǒng)及方法，激光光源發(fā)射激光束在成像屏上成像，攝像機(jī)對(duì)激光光斑圖像進(jìn)行采集，運(yùn)用灰度處理、自適應(yīng)中值濾波、最大類間差法對(duì)光斑處理，得到光斑中心的位置坐標(biāo)。在地下管線緩慢移動(dòng)，即可得到一系列測(cè)量點(diǎn)的光斑中心的位置坐標(biāo)，由霍爾里程計(jì)獲得各個(gè)測(cè)量點(diǎn)之間的距離。結(jié)合所有測(cè)量的位置等信息，推算并重建管線軸心線的形狀和方位。本發(fā)明不需破壞管線周圍環(huán)境，不受到地下管線網(wǎng)交錯(cuò)密集和周圍復(fù)雜電磁環(huán)境干擾，測(cè)量結(jié)果更加精確。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計(jì)量檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于激光光斑位置的地下管道空間方位測(cè)量系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

在城市地下管線探測(cè)普查中，由于當(dāng)前城市地下管道網(wǎng)交錯(cuò)密集、相互疊加不一，如果在地表上使用地下管線檢測(cè)儀進(jìn)行管線位置檢測(cè)，這就使得精確測(cè)量變得十分困難。這也對(duì)現(xiàn)有的地下管線探測(cè)技術(shù)提出了挑戰(zhàn)，探測(cè)技術(shù)要求適應(yīng)各種各樣的探測(cè)環(huán)境、探測(cè)管徑，并且高效精度的完成探測(cè)任務(wù)。

目前設(shè)備處于應(yīng)用到實(shí)際工程中的探測(cè)儀器主要有兩種：管線探測(cè)儀、探地雷達(dá)。管線檢測(cè)儀和探地雷達(dá)都是外置式設(shè)備儀器，在地表直接進(jìn)行探測(cè)普查。但現(xiàn)代城市的地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜而且埋設(shè)于地下的深度不一，各種地下管線相互交錯(cuò)、疊加在一起，如果在地表上使用管線檢測(cè)儀或者探測(cè)雷達(dá)無法分辨出需要測(cè)量的管線，測(cè)量的結(jié)果精確性無法保證。而且探測(cè)環(huán)境復(fù)雜，有可能分布著電力線、城市強(qiáng)磁場(chǎng)等，在管線周圍形成的電磁場(chǎng)就要受到強(qiáng)電磁信號(hào)的干擾，會(huì)嚴(yán)重影響了觀測(cè)到的真實(shí)電磁場(chǎng)的空間分布，導(dǎo)致測(cè)量誤差較大，嚴(yán)重時(shí)造成測(cè)量結(jié)果失真。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于激光光斑位置的地下管道空間方位測(cè)量系統(tǒng)及方法，克服地下管線網(wǎng)交錯(cuò)密集和周圍復(fù)雜電磁環(huán)境的干擾，精確度高。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于激光光斑位置的地下管道空間方位測(cè)量系統(tǒng)，包括霍爾里程計(jì)和圖像采集模塊和處理模塊；

圖像采集模塊由兩個(gè)定心結(jié)構(gòu)組成，其中一個(gè)定心機(jī)構(gòu)的一端固定激光發(fā)射器，另一個(gè)定心機(jī)構(gòu)固定CMOS攝像機(jī)和成像屏，兩個(gè)定心機(jī)構(gòu)由萬向節(jié)連接；利用攝像機(jī)采集成像屏上激光光斑，處理模塊對(duì)激光光斑進(jìn)行灰度變換、自適應(yīng)中值濾波、閾值分割，通過圓擬合方法定位激光光斑坐標(biāo)并計(jì)算曲率信息；

霍爾里程計(jì)用于獲取各個(gè)測(cè)量點(diǎn)之間的距離，處理模塊結(jié)合測(cè)量得到的管線軸心線上的測(cè)量點(diǎn)曲率信息、每個(gè)測(cè)量點(diǎn)間的軸向距離信息，確定測(cè)量點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息并重建管線軸心線的形狀和方位。

一種地下管道空間方位測(cè)量方法，包括以下步驟：

步驟1、萬向節(jié)連接左右兩個(gè)定心結(jié)構(gòu)，一個(gè)定心結(jié)構(gòu)是用于固定激光發(fā)射器，另一個(gè)定心結(jié)構(gòu)是用于固定成像屏和攝像機(jī)，激光發(fā)射器和成像屏相向設(shè)置；激光器射出的激光光束沿著管道軸心線的切線方向，攝像機(jī)鏡頭到成像屏的距離固定不變，且等于它的焦距，利用攝像機(jī)采集這一過程中的激光光斑圖像；

步驟2、當(dāng)測(cè)量系統(tǒng)在彎曲的管線中緩慢前進(jìn)，兩個(gè)定心結(jié)構(gòu)隨管道彎曲而相對(duì)運(yùn)動(dòng)，同樣激光光斑位置也隨管道的彎曲變化而相對(duì)移動(dòng)，利用霍爾里程計(jì)獲取地下管線軸心線上各個(gè)測(cè)量點(diǎn)之間的距離，獲得一系列離散測(cè)量點(diǎn)的激光光斑和各個(gè)測(cè)量點(diǎn)之間的距離；

步驟3、對(duì)激光光斑圖像處理，首先對(duì)圖像進(jìn)行灰度變換增強(qiáng)激光光斑和背景的對(duì)比度，然后對(duì)激光光斑的圖像采取自適應(yīng)中值濾波，采用最大類間方差法得到比較理想的激光光斑的邊緣和輪廓；最后利用基于最小二乘法的圓擬合算法來提取激光光斑的中心位置坐標(biāo)并計(jì)算曲率信息；

步驟4、在已知地下管線起始點(diǎn)的位置坐標(biāo)的情況下，結(jié)合測(cè)量得到的管線軸心線上的離散點(diǎn)曲率信息、每個(gè)離散點(diǎn)間的軸向距離信息，確定離散點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息，并重建管線軸心線的形狀和方位。