一种基于优化鱼群算法的管道连接器的检测方法技术

本发明专利技术提供了一种基于优化鱼群算法的管道连接器的检测方法，通过带有惯性测量单元的管道机器人获取管道内的测量数据；采用人工鱼群算法进行测量数据从时域到频域的变化，得出对应的测量数据的时频特性曲线；通过变换后的时频特性曲线幅值判断整个被检测管道中的直管道段和管道连接器所对应的时间段；采用捷联微惯性导航算法解算测量数据，采用惯性辅助管道定位方法，确定管道机器人在管道内的位置信息；将管道连接器所对应的时间段和管道机器人位置信息做同步处理，得出管道连接器的位置信息；在通过人工鱼群算法解算时，视野和步长随着迭代次数增加而逐渐缩小。本发明专利技术解决了现有技术中存在的管道连接器检测精度不足和检测速度慢的问题。速度慢的问题。速度慢的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于优化鱼群算法的管道连接器的检测方法


[0001]本专利技术管道检测
，尤其涉及一种管道连接器检测方法。

技术介绍

[0002]管道是实现油、气或水等资源运输的最有效、便利和安全的方式。随着大量先前铺设的管道已达到或超过服役期，由管道泄漏带来的环境污染及经济损失是非常严重的，甚至管道爆炸造成的安全威胁更是难以估量。管道内检测机器人是在管道内实现管道缺陷检测及缺陷定位最有效的工具，已成为各类管道周期性检测的首选。
[0003]通常而言，管道是由直管道段通过管道连接器(弯管、环形焊缝和法兰等)连接而成的。管道连接处大都采用焊接或螺丝进行连接，在长期的地下环境中易于腐蚀甚至破裂。此外，管道内检测机器人在直管道内具有方位角和俯仰角不变的特性，可用于修正管道定位系统的方位角发散误差，提高管道检测定位系统的精度。但是，此方法实现的前提就是实现对管道连接器的正确检测，并确定其具体坐标位置。
[0004]公开号为CN201710414171.2的中国专利技术专利提出了一种基于复连续小波变换的管道连接器检测方法，该检测方法的检测精度不足；公开号为CN201710331931.3的中国专利技术专利提出了一种基于快速正交搜索算法的管道连接器，该检测方法的检测速度慢。
[0005]人工鱼群算法(Artificial Fish Swarm Algorithm,AFSA)是一种基于动物行为的全局搜索算法。它是利用动物自治体模型的一种全局寻优算法。从构造鱼的简单行为出发，通过人工鱼个体的局部寻优行为，最终在群体中使全局最优值显现出来，是群智能思想的一个具体应用。其主要特点是无需了解问题的特殊信息，只需对问题进行优劣比较，并有着较快的收敛速度。人工鱼群算法已成功应用在信号处理、神经网络分类、数据挖掘及分类和多目标优化等方面取得了很好的实践效果。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中所存在的不足，本专利技术提供了一种基于优化鱼群算法的管道连接器的检测方法，其解决了现有技术中存在的管道连接器检测精度不足和检测速度慢的问题。
[0007]根据本专利技术的实施例，本专利技术提出了一种基于优化鱼群算法的管道连接器的检测方法，其包括以下步骤：
[0008]通过带有惯性测量单元的管道机器人获取管道内的测量数据；
[0009]采用人工鱼群算法进行测量数据从时域到频域的变化，得出对应的信号时频特性曲线；
[0010]通过变换后的时频特性曲线幅值判断整个被检测管道中的直管道段和管道连接器所对应的时间段；
[0011]采用捷联微惯性导航算法解算测量数据，确定管道的位置信息；
[0012]将管道连接器所对应的时间段和管道位置信息做时间同步处理，得出管道连接器
的位置信息；
[0013]在通过人工鱼群算法变化测量数据时，视野和步长随着迭代次数增加而逐渐缩小。
[0014]本专利技术的技术原理为：本专利技术基于鱼群算法处理惯性测量单元的测量数据，得到测力量数据的时频特性曲线，之后通过对测量数据的阈值筛选就能够得到管道连接器在时频特性曲线中的位置；再通过测量数据解算出管道机器人的空间位置，进而得出管道的位置信息，进行时间同步就能够得到管道连接器的位置。
[0015]相比于现有技术，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术通过鱼群算法结合视野和步长的逐渐减小的方式，在起始阶段视野和步长均较大，全局搜索能力较强，收敛速度较快；随着算法的进行，迭代次数的增加，算法的视野和步长逐渐减小，局部搜索能力逐渐增强，算法精度逐渐提高，保证了管道连接器检测的快速和准确。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例的管道机器人结构的简易视图。
[0017]图2为本专利技术管道连接器的检测流程图。
[0018]图3为管道位置信息解算流程图。
[0019]图4为管道连接器定位流程图。
[0020]图5为优化鱼群算法流程示意图。
[0021]上述附图中：1、电源模块；2、支撑轮；3、密封圈；4、惯性测量单元；5、数据处理单元；6、数据存储单元；7、里程仪；8、图像采集模块。
具体实施方式
[0022]下面结合附图及实施例对本专利技术中的技术方案进一步说明。
[0023]如图1所示，本专利技术提供了一种基于优化鱼群算法的管道连接器的检测方法。为保证本专利技术的可实施性，本专利技术采用小径管道机器人，其包括电源模块1、支撑轮2、密封圈3、惯性测量单元4、数据存储单元6、图像采集模块8和至少三个轮子上设有里程仪7。电源模块1、惯性测量单元4、数据处理单元5、数据存储单元6依次固定安装在小径管道检测机器人主体内，由外侧前后对称的两个密封圈3固定为一个整体。所述电源模块1为多里程仪小径管道检测机器人提供电能，保证其能正常工作遍历全部待测管道。所述惯性测量单元4用于测量小径管道检测机器人在管道内运用的三轴正交角速率和三轴正交线加速度，用于捷联惯性导航算法解算。所述数据处理单元5和数据存储单元6分别用于里程仪7和惯性测量单元4数据并进行简单的处理和有效的存储。由于实际的管道测绘工程中的城市地下管网的管道长度通常可达到几十甚至几百公里，在这种条件下如果采用串行的通信方式会因为距离的限制而导致很难完成数据的传输工作，同时由于城市地下管网恶劣的环境，也无法采用无线的信号收发装置。因此本专利技术的实施方式中考虑使用大容量的存储器完成实施测量数据的存储工作，采集的数据包括惯性测量单元数据、里程仪数据信息。
[0024]所述密封圈3有多个且分别位于所述电源模块1、惯性测量单元4、数据处理单元5、数据存储单元6的前后两侧，用于保证主体内的电源模块1、惯性测量单元4、数据处理单元5、数据存储单元6等电子元器件的正常工作，防止管内物质进入到小径管道检测机器人的
主体内腔中。所述里程仪7分别位于四个支撑轮2上，用于测量小径管道检测机器人在管内运动的轴向速度和距离。同时由于小径管道检测机器人在管内运动时与轴向垂直平面内运动速度为零，结合姿态角(横滚角、纵摇角和方位角)信息可计算出小径管道检测机器人在导航坐标系下的三维速度值，通过三维速度值再进行积分可以得到三维位置的变化值，从而得到小径管道检测机器人的三维坐标信息。
[0025]管道机器人采用缆绳拖曳的方式前进移动，在不考虑小径管道检测机器人发生侧滑的前提下，我们可以通过控制缆绳拖曳速度进而控制小径管道检测机器人在管内的运动。由于管内情况的复杂性以及考虑到可能发生的管内存在杂物等突发情况，会导致测量的加速度值发生突变，因此对小径管道检测机器人的行进加速度也要加以控制。管内运动姿态测量系统测得的数据包括姿态角和各轴角速度，这些数据是做状态估计所必需的参数，通过对小径管道检测机器人行进过程中陀螺仪和加速度计输出的数据进行采集和检测，再利用捷联惯性导航算法解算得到对应的姿态角和航向信息，同时通过控制支撑轮2的轮速用以保证小径管道检测机器人的横滚角不小于三十度。
[0026]上述方案中仅仅为实施本专利技术的方法的实施提供一种可行的装置体现本专利技术方法的可实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于优化鱼群算法的管道连接器的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：通过带有惯性测量单元的管道机器人获取管道内的测量数据；采用人工鱼群算法进行测量数据从时域到频域的变化，得出对应的测量数据的时频特性曲线；通过变换后的时频特性曲线幅值判断整个被检测管道中的直管道段和管道连接器所对应的时间段；采用捷联微惯性导航算法解算测量数据，确定管道的位置信息；将管道连接器所对应的时间段和管道位置信息做时间同步处理，得出管道连接器的位置信息；在通过人工鱼群算法变化测量数据时，视野和步长随着迭代次数增加而逐渐缩小。2.如权利要求1所述的一种基于优化鱼群算法的管道连接器的检测方法，其特征在于：视野和步长公式为：其中，G表示当前迭代次数，G
max
表示最大迭代次数，α表示衰减函数，Visual表示人工鱼的视野长度，step表示人工鱼的步长，Visual
min
表示最小视野长度，step
min
表示最小步长。3.如权利要求2所述的一种基于优化鱼群算法的管道连接器的检测方法，其特征在于：所述人工鱼群算法的执行步骤为：S21：设置人工鱼群的种群数目N，人工鱼的最小视野长度Visual
min
，最多迭代次数G
max
，拥挤度因子δ、最小步长step
min
、衰减函数α和终止条件；S22：随机设置N...

【专利技术属性】
技术研发人员：安文斗，夏铭，任常杰，杨杰，熊荆，张中华，李爱冉，
申请(专利权)人：重庆安全技术职业学院，
类型：发明
国别省市：