一种非开挖地下管线探测系统及其实现方法技术方案

本发明专利技术公开一种非开挖地下管线探测系统及其实现方法，其包括可移动的地下管道探测机器人、存储器单元以及管线模型重建软件，所述可移动的地下管道探测机器人包括处理器，以及分别与之电连接的姿态传感器、计程装置和管道状态检测传感器；可移动的地下管道探测机器人得到离散的位置坐标与管道状态信息，再经管线模型重建软件拟合出连续的三维管线模型，测量精度更高，具有不易受环境电磁干扰，不易受管道埋深深度影响的突出优点。

Trenchless underground pipeline detection system and its realizing method

The invention discloses a trenchless underground pipeline detection system and its implementation method, including mobile underground pipeline detection robot, memory unit and pipeline model of underground pipeline reconstruction software, the movable robot includes a processor, and attitude sensor, respectively and electrically connected with the metering device and state detection sensor of underground pipeline; the pipeline mobile detection robot position coordinates and discrete state information pipeline, the pipeline model reconstruction software fitted 3D pipeline model of continuous, high measurement precision, is less susceptible to environmental electromagnetic interference, is not affected by the prominent advantages of pipeline buried depth effect.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及管道领域，尤其是一种非开挖地下管线探测系统及其实现方法。
技术介绍
非开挖地下管道技术兴起后,市政基础设施地下工程施工前必须开展地下管线探查工作，并在施工过程中根据现场情况进行必要的跟踪探测。现有以电磁感应原理为基础技术的探测仪器普遍存在受管道自身材质、埋管深度、环境等问题影响，无法实现复杂地下管网的精确定位。
技术实现思路
为了解决以电磁感应原理为基础技术的探测仪器普遍存在受管道自身材质、埋管深度、环境等因素，无法实现复杂地下管网的精确定位的问题，本专利技术的目的是提供一种非开挖地下管线探测系统及其实现方法。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种非开挖地下管线探测系统，其包括可移动的地下管道探测机器人、存储器单元以及管线模型重建软件，所述可移动的地下管道探测机器人包括处理器，以及分别与之电连接的姿态传感器、计程装置和管道状态检测传感器；所述姿态传感器用于采集可移动的地下管道探测机器人在底下管道中探测的姿态信息并传输到处理器；所述计程装置用于采集可移动的地下管道探测机器人的行进路程信息并传输到处理器，所述处理器根据姿态信息和行进路程信息计算生成相应的离散的位置坐标；所述管道状态检测传感器用于采集地下管道各个位置的管道状态信息并传输到处理器；所述存储器单元，用于接收并储存处理器处理后的离散的位置坐标与管道状态信息；所述管线模型重建软件，用于读取存储器中的信息，并在PC端生成和显示地下管道的三维模型。设有运动机构载体，用于固定管道探测机器人，且二者在运动轨迹与管道曲线保持一致。所述计程装置采用高精度编码器，所述姿态传感器包括高精度电子罗盘以及加速度计、陀螺仪。所述管道状态检测传感器可连续采集管道状态信息，或按设定的距离定点检测管道状态信息。所述存储器单元采用SD卡或者云存储。所述处理器与存储器单元通过无线传输。一种非开挖底下管线探测系统的实现方法，其步骤为，步骤1、利用可移动的地下管道探测机器人采集并处理离散的位置坐标与管道状态信息；步骤2、处理器将处理后的离散的位置坐标与管道状态信息发送到存储器单元；步骤3、在PC端对存储器单元进行数据读取，并导入到管线模型重建软件中，由管线模型重建软件拟合出连续的三维管线模型。在步骤3中，管线模型重建软件读取离散的位置坐标，建立相应的空间坐标系，并计算离散的位置信息所对应的坐标，利用曲线拟合技术将各个离散的坐标点拟合成连续的三维管线模型。在离散的空间坐标点不足以构成连续的曲线情况下，局部采用近似圆弧的方法进行曲线拟合。在处理不同段之间连接的不光顺部分，采用局部加权拟合、迭代的方法使其成为连续、平滑的曲线。本专利技术利用可移动的地下管道探测机器人得到离散的位置坐标与管道状态信息，再经管线模型重建软件拟合出连续的三维管线模型，测量精度更高，具有不易受环境电磁干扰，不易受管道埋深深度影响的突出优点。附图说明图1为本专利技术非开挖地下管线探测系统结构图。图2为本专利技术管道探测机器人实现流程图。图3、图4为本专利技术计算机管线模型重建软件实现过程。图5为本专利技术离散点圆弧曲线拟合方法的示意图。图6、图7为本专利技术离散空间坐标点直接增加多个点实现连续化的示意图。图8为本专利技术具有管道状态信息的三维管线模型示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明：如图1所示，一种非开挖地下管线探测系统，其包括可移动的地下管道探测机器人、存储器单元以及管线模型重建软件，所述可移动的地下管道探测机器人包括处理器，以及分别与之电连接的姿态传感器、计程装置和管道状态检测传感器；所述姿态传感器用于采集可移动的地下管道探测机器人在底下管道中探测的姿态信息并传输到处理器；所述计程装置用于采集可移动的地下管道探测机器人的行进路程信息并传输到处理器，所述处理器根据姿态信息和行进路程信息计算生成相应的离散的位置坐标；所述管道状态检测传感器用于采集地下管道各个位置的管道状态信息并传输到处理器；所述存储器单元，用于接收并储存处理器处理后的离散的位置坐标与管道状态信息；所述管线模型重建软件，用于读取存储器中的信息，并在PC端生成和显示地下管道的三维模型，利用可移动的地下管道探测机器人得到离散的位置坐标与管道状态信息，再经管线模型重建软件拟合出连续的三维管线模型，测量精度更高，具有不易受环境电磁干扰，不易受管道埋深深度影响的突出优点。设有运动机构载体，用于固定管道探测机器人，所述运动机构载体可以有很多种形式，比如在管道探测机器人的底部装可行走的脚，或者可移动的轮子，再或者，直接将管道探测机器人固定在可移动的小车上，只有保证管道探测机器人能够在管道中无障碍移动，且二者在运动轨迹与管道曲线保持一致，以保证结果的准确性即可。所述计程装置采用高精度编码器，可测得管道探测机器人所行走的路程，所述姿态传感器包括高精度电子罗盘以及加速度计、陀螺仪，可准确得到管道探测机器人行走过程的倾角、方向角度信息，根据地下管线行走过程的方向与行程可得到实时的位移向量，将过程必要的空间曲线位置记录下来得到管线离散点，只有在采集时尽可能地贴近管线原本状态，才能保证拟合出来的三维管线模型的准确度。所述管道状态检测传感器可连续采集管道状态信息，或按设定的距离定点检测管道状态信息，用以保证采集的点完整且详尽。所述存储器单元采用SD卡或者云存储，提供一个暂存的地址，防止数据意外丢失；所述处理器与存储器单元通过无线传输，无线传输更为方便。如图2、图3、图4所示一种非开挖底下管线探测系统的实现方法，其步骤为，步骤1、利用可移动的地下管道探测机器人采集并处理离散的位置坐标与管道状态信息；步骤2、处理器将处理后的离散的位置坐标与管道状态信息发送到存储器单元；步骤3、在PC端对存储器单元进行数据读取，并导入到管线模型重建软件中，由管线模型重建软件拟合出连续的三维管线模型。在步骤3中，管线模型重建软件读取离散的位置坐标，建立相应的空间坐标系，并计算离散的位置信息所对应的坐标，利用曲线拟合技术将各个离散的坐标点拟合成连续的三维管线模型，可采取直接增加多个点实行管线连续化。在离散的空间坐标点不足以构成连续的曲线情况下，局部采用近似圆弧的方法进行曲线拟合，如图5所示，离散坐标点P、Q、V在离散坐标点P和Q之间增加N个足以使原离散坐标点构成连续曲线的点，增加的点均处于P、Q、V三点所在的圆弧曲线上。在处理不同段之间连接的不光顺部分，采用局部加权拟合、迭代的方法使其成为连续、平滑的曲线，如图6、图7所示。局部加权拟合是针对局部的几个点，而迭代拟合是多部分局部拟合的曲线进行连接后的处理。曲线局部拟合选择少数基本点拟合为平滑的弧形曲线，而不同的弧线连接起来会变得不平滑、突出，迭代拟合是在初次曲线局部拟合的基础上不断选择不同的基本点进行曲线局部拟合平滑处理，直到整条曲线平滑为止。以上方法结合了管道加工变形的特性与圆弧曲线拟合方法具有简单且易于求解的优点。如图8所示，管线模型重建软件根据设定的管道状态异常条件将异常的管道颜色改变为红色等其它颜色，通过软件可查看各个位置具体的管道状态信息，若管道出现异常情况，则一目了然，不需要再耗费巨大人工去寻找是否有异常，以及异常情况在管道的何处。管道的状态异常由管道检测传感器决定，如检测管道出现漏洞、通孔等使用漏磁检测传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非开挖地下管线探测系统，其特征在于：其包括可移动的地下管道探测机器人、存储器单元以及管线模型重建软件，所述可移动的地下管道探测机器人包括处理器，以及分别与之电连接的姿态传感器、计程装置和管道状态检测传感器；所述姿态传感器用于采集可移动的地下管道探测机器人在底下管道中探测的姿态信息并传输到处理器；所述计程装置用于采集可移动的地下管道探测机器人的行进路程信息并传输到处理器，所述处理器根据姿态信息和行进路程信息计算生成相应的离散的位置坐标；所述管道状态检测传感器用于采集地下管道各个位置的管道状态信息并传输到处理器；所述存储器单元，用于接收并储存处理器处理后的离散的位置坐标与管道状态信息；所述管线模型重建软件，用于读取存储器中的信息，并在PC端生成和显示地下管道的三维模型。

【技术特征摘要】
1.一种非开挖地下管线探测系统，其特征在于：其包括可移动的地下管道探测机器人、存储器单元以及管线模型重建软件，所述可移动的地下管道探测机器人包括处理器，以及分别与之电连接的姿态传感器、计程装置和管道状态检测传感器；所述姿态传感器用于采集可移动的地下管道探测机器人在底下管道中探测的姿态信息并传输到处理器；所述计程装置用于采集可移动的地下管道探测机器人的行进路程信息并传输到处理器，所述处理器根据姿态信息和行进路程信息计算生成相应的离散的位置坐标；所述管道状态检测传感器用于采集地下管道各个位置的管道状态信息并传输到处理器；所述存储器单元，用于接收并储存处理器处理后的离散的位置坐标与管道状态信息；所述管线模型重建软件，用于读取存储器中的信息，并在PC端生成和显示地下管道的三维模型。2.根据权利要求1所述的一种非开挖地下管线探测系统，其特征在于：设有运动机构载体，用于固定管道探测机器人，且二者在运动轨迹与管道曲线保持一致。3.根据权利要求1所述的一种非开挖地下管线探测系统，其特征在于：所述计程装置采用高精度编码器，所述姿态传感器包括高精度电子罗盘以及加速度计、陀螺仪。4.根据权利要求1所述的一种非开挖地下管线探测系统，其特征在于：所述管道状态检测传感器可连续采集管道状态信...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖蕾，庄鑫财，刘克江，李丽，王冠培，朱鹰屏，康慧，
申请(专利权)人：广东技术师范学院，
类型：发明
国别省市：广东;44