[發明專利]一種管道聲吶點云去噪方法和系統

在審

• 申請號: 202210454829.3
• 申請日: 2022-04-27
• 公開（公告）號: CN114841204A
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 劉文黎;駱漢賓;李琛;吳俊豪
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 胡秋萍

本發明公開了一種管道聲吶點云去噪方法和系統，屬于排水管道檢測領域。包括：對管道內原始聲吶掃描數據去除離群噪聲，得到初篩后聲吶點云；對初篩選后聲吶點云進行聚類，得到3個全局最優聚類中心坐標和聚類半徑；根據位于最頂層的全局最優聚類中心坐標和聚類半徑，確定為高密度噪聲，從初篩后聲吶點云中剔除。本發明首先對管道內原始聲吶掃描數據去除離群噪聲，得到初篩后聲吶點云，以獲得更準確的數據進行進一步處理再通過聚類，得到3個全局最優聚類中心坐標和聚類半徑，最后根據位于最頂層的全局最優聚類中心坐標和聚類半徑，確定為高密度噪聲，從初篩后聲吶點云中剔除，保證了掃描結果的精確度和可讀性，提高聲吶點云數據的處理效率。

技術領域

本發明屬于排水管道檢測領域，更具體地，涉及一種管道聲吶點云去噪方法和系統。

背景技術

隨著人類社會的不斷發展，城市集聚效應愈發明顯，大城市對水資源的用量越來越大，必然會產生大量污水廢水，這對城市地下排水管道提出了更高的要求。但是，傳統的排水管網圖紙多數為紙質文件夾和掃描件，依靠人工整理歸檔，圖紙檢索、校對、修改等工作量巨大；而且，隨著城市的不斷發展，新建設管網項目和已建設管網項目對接配套混亂，難以理清地下管道布置狀況，可能會造成對已有污水管道誤挖，產生重大經濟損失。因此，如何準確快速的識別管道信息，理清城市地下管道脈絡，具有顯著的現實意義。

聲吶檢測作為一種掃描技術，具有靈敏度高，穿透力強，探傷靈活，效率高，成本低等優點，可以提供準確的數據資料，并且可與CCTV(Closed Circuit Television，閉路電視檢測)相結合對管道進行全面檢查，從而知悉管道任意橫截面位置處，管道的輪廓。但是，在管道檢測過程中，必然會產生噪音污染，目前主流去噪方法以濾波去噪為主，其效率和精度都有待提高。

發明內容

針對現有技術的缺陷和改進需求，本發明提供了一種管道聲吶點云去噪方法和系統，其目的在于保證掃描結果的精確度和可讀性，提高聲吶點云數據的處理效率。

為實現上述目的，按照本發明的第一方面，提供了一種管道聲吶點云去噪方法，該方法包括：

S1.對管道內原始聲吶掃描數據去除離群噪聲，得到初篩后聲吶點云；

S2.對初篩選后聲吶點云進行聚類，得到3個全局最優聚類中心坐標和聚類半徑；

S3.根據位于最頂層的全局最優聚類中心坐標和聚類半徑，確定為高密度噪聲，從初篩后聲吶點云中剔除。

優選地，步驟S1中，采用自適應DBSCN算法去除離群噪聲。

有益效果：針對聲吶掃描結果存在噪聲點、管道面不直觀等問題，本發明優選自適應DBSCN算法去除離群噪聲，由于其從樣本密度的角度考察樣本之間的連接能力并在可連續樣本的基礎上不斷擴展聚類，實現簡單和靈活的檢測不同大小和形狀的簇，得到最終的聚類結果。

優選地，采用改進的鯨魚算法對初篩選后聲吶點云進行聚類，聚類中心作為鯨魚位置，所述改進的鯨魚算法具體如下：

經典鯨魚算法的螺旋生生位置更新機制不變，收縮包圍機制采用自適應權值：

其中，表示更新后的位置矢量，表示目前最佳位置矢量，ω表示自適應權值，表示矢量因子，ω_max,ω_min分別表示自適應權值最大值和最小值，i表示當前迭代輪次，M表示最大迭代次數。

有益效果：相對于其他鯨魚算法容易陷入局部最優解的問題，本發明改進了WOA權值調整方式，在鯨魚接近食物時，通過引入一個較小的權值來改變鯨魚的位置，提高其局部搜索能力。針對收斂精度不高的問題，本發明優選改進的鯨魚算法對初篩選后聲吶點云進行聚類，由于引入自適應權值，增強了WOA的局部尋優能力，實現圍繞局部優化進行細致搜索，提高其局部搜索能力，從而提高收斂精度。