一种基于姿态信息的三维信息恢复方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种基于姿态信息的三维信息恢复方法，包括：步骤100、建立管道的截面方程，将检测器顺着管道铺设的方向运行获得测量数据；步骤200、基于测量数据对管道进行建模，建立管道的二维截面形状，并通过二维截面形状的延伸获得三维模型；步骤300、以管道中心轴方向结合检测器运行的姿态信息查看管道的三维模型确定形变的类型和周向位置；本发明专利技术在不破坏地面覆土的情况下，通过管内测量并定量分析管道形变，准确获取管道形变点的三维信息，监控管道形变发展态势，监控结果可作为管道发生恶性形变前采取有效措施的依据，避免发生管道安全事故，通过三维建模的方式可以消除检测器倾角和非平直管道导致的误差，提高测量的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于姿态信息的三维信息恢复方法
本专利技术实施例涉及管道检测
，具体涉及一种基于姿态信息的三维信息恢复方法。
技术介绍
理想的管道横断面是圆环形，管道发生形变后横断面会变化成不规则形状，可能凸出，亦可能凹陷。现有的地下管道的形变检测技术只能检测出发生形变的管道横断面，无法检测出形变在横断面的具体位置和形变值。而且现有管道由于各种原因存在大量的弯曲的非平直部分，对于这部分由于其自身参数发生了改变，更难以确定管道是否发生了形变或者破损以及其他连接件。因此，在现有测量技术中，着重需要考虑如下问题：(1)检测器中心轴与管道中心线在竖直平面内呈一定角度，如管道上下坡的情形；(2)检测器通过非平直管道。由于在测量过程中存在上述问题，直接使用形变检测器行进在管道过程中获得的数据会使得形变的判定与定位出现误差甚至失效。
技术实现思路
为此，本专利技术实施例提供一种基于姿态信息的三维信息恢复方法，以解决现有技术中因为倾角或者非平直管道导致测量误差或者失效的问题。为了实现上述目的，本专利技术的实施方式提供如下技术方案：一种基于姿态信息的三维信息恢复方法，包括如下步骤：步骤100、建立管道的截面方程，将检测器顺着管道铺设的方向运行获得测量数据；步骤200、基于测量数据对管道进行建模，建立管道的二维截面形状，并通过二维截面形状的延伸获得三维模型；步骤300、以管道中心轴方向结合检测器运行的姿态信息查看管道的三维模型确定形变的类型和周向位置。作为本专利技术的一种优选方案，所述测量数据包括检测器自身的姿态信息，具体由检测杆的位置信息和倾角传感器的角度信息组成。作为本专利技术的一种优选方案，在步骤100中截面方程建立的具体方法为：对于平直管道，以管道的几何中心建立三维坐标O-X-Y-Z，可建立其截面方程：x2+y2＝R2，其中，P(x,y)为管道壁的坐标，R为管道半径。对于非平直管道，包括构造管道中心线和构造管道曲面两部分。作为本专利技术的一种优选方案，构造管道中心线的具体方法为：通过管线定位仪测量获取管道起始位置到终点的位置信息，并将信息投影到三维空间的三个坐标平面上；根据坐标平面上的信息可构造各坐标平面上的样条曲线，再根据三个坐标平面上的样条曲线交汇到三维空间即可得到管道中心线；作为本专利技术的一种优选方案，构造管道曲面的具体方法为：以管道中心线上的任意一点为圆心，以该点切线方向为法线构建空间圆，管道半径为空间圆半径，由圆心在中心线上的空间圆即可构成管道曲面。作为本专利技术的一种优选方案，构建空间圆的具体方法为：设定圆心坐标为(xi，yi，zi)，管道半径和空间圆半径为R，法向量为li＝(A，B，C)；采用参数方程来唯一确定空间圆的位置，所述参数方程具体为：其中，θ为检测器中心轴与管道中心线在竖直平面内的夹角。作为本专利技术的一种优选方案，检测杆等里程间隔并行采集数据，测量步长为ΔL，在一个截面上的测量数据可表示为{δ1i，δ2i，…，δki，…，δ59i，δ60i}(i＝1,2，…，N)，δki为第k只检测杆在第i次测量截面上的测量值，N为测量的截面数；倾角传感器按照等里程间隔进行数据采集，其最大输出频率为50Hz，测量步长为17×ΔL，检测器姿态横滚角度数据可表示为：{θ0,θ1,θ2,…,θn}θ0为检测器初始位置的倾角传感器测量值，θn为检测器第n个位置的倾角传感器测量值，被测管道总长度L＝N×ΔL。作为本专利技术的一种优选方案，定义检测器在初始位置时的检测杆为第1只检测杆，逆时针依次编号为第2到第60只检测杆，在第i个采样截面L＝i×ΔL处，由各检测杆探测到管道内壁的点构建管道内壁截面的几何形状，建立以检测器中心为原点的坐标系，各检测杆顶端的极坐标为：(k＝1,2,…，60；i＝1,2,…,N；)其中，rki为第i个截面上第k只检测杆顶端到检测器中心线的垂直距离，第i个截面上，第k只检测杆的极角，为第j个截面采样时检测器的横滚角度。作为本专利技术的一种优选方案，在步骤200中建立管道二维截面形状的具体步骤为：步骤201、由检测杆传感器输出计算得到检测杆探测点距离检测器中心轴垂直距离，设第i次测量各检测杆传感器输出量表示为：δi＝{δ1i，δ2i，…，δki，…，δ59i，δ60i}，则各检测杆顶端距离检测器中心线距离Hki表示为：其中，Hk(δ)为第k只检测杆的测量模型；步骤202、由检测杆顶端的极坐标计算得到管道壁的被探测各点的直角坐标：其中，rki为第i个截面上第k只检测杆顶端到检测器中心线的垂直距离，第i个截面上，第k只检测杆的极角；步骤203、建立以检测器中心为原点的直角坐标系，将管道的被探测点绘制在同一坐标平面内，构成管道内壁采样点阵。各相邻采样点之间通过平滑处理，绘制出管道二维截面几何形状。作为本专利技术的一种优选方案，在步骤300中，以管道中心轴方向查看管道的三维模型确定形变的类型和周向位置的具体步骤为：步骤301、设定第i个采样截面中，各检测杆顶端测量点构成的管道内壁截面圆的圆心为(xoi，yoi)：设定第k只检测杆顶端距离截面圆心的距离为Rkj：步骤302、若被检测管道的半径为R，则管道形变的深度为：Δdki＝|R-Rki|；最大形变深度为：Δdm＝max{|R-Rki|}；若管道形变最大深度发生点为Pmn，即在第n个采样截面的第m只检测杆采样的位置，该点的周向方位角为：本专利技术的实施方式具有如下优点：本专利技术在不破坏地面覆土的情况下，通过管内测量并定量分析管道形变，准确获取管道形变点的三维信息，监控管道形变发展态势，监控结果可作为管道发生恶性形变之前采取有效措施的依据，避免发生管道安全事故，本专利技术通过三维建模的方式可以消除检测器倾角和非平直管道导致的误差，提高测量的精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。图1为本专利技术实施方式中的结构框图。具体实施方式以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本专利技术提供了一种基于姿态信息的三维信息恢复方法，是根据传感器数据构建的管道三维模型还原管道原本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于姿态信息的三维信息恢复方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤100、建立管道的截面方程，将检测器顺着管道铺设的方向运行获得测量数据；/n步骤200、基于测量数据对管道进行建模，建立管道的二维截面形状，并通过二维截面形状的延伸获得三维模型；/n步骤300、以管道中心轴方向结合检测器运行的姿态信息查看管道的三维模型确定形变的类型和周向位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于姿态信息的三维信息恢复方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤100、建立管道的截面方程，将检测器顺着管道铺设的方向运行获得测量数据；
步骤200、基于测量数据对管道进行建模，建立管道的二维截面形状，并通过二维截面形状的延伸获得三维模型；
步骤300、以管道中心轴方向结合检测器运行的姿态信息查看管道的三维模型确定形变的类型和周向位置。


2.根据权利要求1所述的一种基于姿态信息的三维信息恢复方法，其特征在于，所述测量数据包括检测器自身的姿态信息，具体由检测杆的位置信息和倾角传感器的角度信息组成。


3.根据权利要求1所述的一种基于姿态信息的三维信息恢复方法，其特征在于，在步骤100中截面方程建立的具体方法为：
对于平直管道，以管道的几何中心建立三维坐标O-X-Y-Z，可建立其截面方程：
x2+y2＝R2，
其中，P(x,y)为管道壁的坐标，R为管道半径；
对于非平直管道，包括构造管道中心线和构造管道曲面两部分。


4.根据权利要求3所述的一种基于姿态信息的三维信息恢复方法，其特征在于，构造管道中心线的具体方法为：
通过管线定位仪测量获取管道起始位置到终点的位置信息，并将信息投影到三维空间的三个坐标平面上；
根据坐标平面上的信息可构造各坐标平面上的样条曲线，再根据三个坐标平面上的样条曲线交汇到三维空间即可得到管道中心线。


5.根据权利要求4所述的一种基于姿态信息的三维信息恢复方法，其特征在于，构造管道曲面的具体方法为：
以管道中心线上的任意一点为圆心，以该点切线方向为法线构建空间圆，管道半径为空间圆半径，由圆心在中心线上的空间圆即可构成管道曲面。


6.根据权利要求5所述的一种基于姿态信息的三维信息恢复方法，其特征在于，构建空间圆的具体方法为：
设定圆心坐标为(xi，yi，zi)，管道半径和空间圆半径为R，法向量为li＝(A，B，C)；
采用参数方程来唯一确定空间圆的位置，所述参数方程具体为：



其中，θ为检测器中心轴与管道中心线在竖直平面内的夹角。


7.根据权利要求2所述的一种基于姿态信息的三维信息恢复方法，其特征在于，检测杆等里程间隔并行采集数据，测量步长为ΔL，在一个截面上的测量数据可表示为{δ1i，δ2i，…，δki，…，δ59i，δ60i}(i＝1,2，…，N)，δki为第k只检测杆在第i次测量截面上的测量值，N为测量的截面数；
倾角传感器按照等里程间隔进行数据采集，其最大...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴勋，夏云峰，郑风雷，涂智豪，尹创荣，宋华，陈冠豪，刘贯科，王传旭，叶钜芬，叶容慧，梁万龙，张忠豪，王锦堂，王文汉，张军香，武璐，陈文治，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司，广东电网有限责任公司东莞供电局，
类型：发明
国别省市：广东;44