一种地下雨污管道管径测量方法技术

本发明专利技术涉及测量技术领域的一种地下雨污管道管径测量方法，步骤一：将测量部置于待测地下雨污管道内腔，其中，测量部具有多个沿X轴面且以零点为圆心环布、且向外发射激光的第一激光测距模块和多个沿Y轴面且以零点为圆心环布、且向外发射激光的第二激光测距模块，且第一激光测距模块分度圆直径与第二激光测距模块分度圆直径相同。本发明专利技术采用空间圆拟合原理对采集数据进行分析处理，提高结果的可靠性。提高结果的可靠性。提高结果的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种地下雨污管道管径测量方法


[0001]本专利技术涉及测量
，特别是涉及一种地下雨污管道管径测量方法。

技术介绍

[0002]随着城市规模不断发展，地下管线作为市政工程的主要组成部分，其作用愈发重要，新建和老旧地下管线改造对管线测量的要求越来越高，测量数据的准确度直接影响到设计的合理性，能够避免后期出现设计变更、重复施工以及管线安全事故发生。
[0003]对于地下雨污水管道，其众多参数中管径值尤为重要，且获取难度大，为获取准确的雨污水管道管径数据，传统获取方式通常采用接触式测量，即人工用量尺直接测量管径，或者通过量取管道底部和顶部距地面的距离，采用求取距离差来获取管径等常用方法。对于雨污水井，在窨井内通常聚集大量危险性气体，氧气稀薄，人员贸然进入具有很大的危险性，并且一些雨污水管道底部沉积着污水或者淤泥，现存的测量方式作业难度大，测量结果误差不可控、可靠性低，无法满足正常管线测量作业需要；目前，比较便捷的有采用激光扫描仪或者全站仪采集管壁点云拟合出管径，该方法操作复杂、作业效率低；采用QV设备通过采集管道影像和距离进行二值化处理获取管径，虽操作简单，但对工作环境要求较高，结果可靠性低。
[0004]目前，现有的申请号201520481867.3，公开日2015年12月16日的中国专利公开了一种港口地下管线内管径测量装置，包括竖向量测装置和与其垂直固接的水平连接装置，在水平连接装置端部设置三个相互垂直的激光器，通过人工记录激光器的3个测距数值，利用三角形外接圆方法计算出管径值。但是该装置存在以下缺陷：1、在测量时需要人为的通过圆水准气泡使得竖向量测装置处于竖直的状态，不仅对作业人员操作能力要求较高，并且圆水准气泡精度不高，影响测量结果；2、使用该装置难以保证三个激光器所在的平面与管道径向面平行，导致测量数据出现误差，进而影响测量结果；3、采用人工记录和人工计算数据，现场作业效率低；4、所用激光器无控制单元，异步测距容易造成很大的测距误差甚至错误。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种地下雨污管道管径测量方法。
[0006]本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：
[0007]一种地下雨污管道管径测量方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一：将测量部置于待测地下雨污管道内腔，其中，测量部具有多个沿X轴面且以零点为圆心环布、且向外发射激光的第一激光测距模块和多个沿Y轴面且以零点为圆心环布、且向外发射激光的第二激光测距模块，且第一激光测距模块分度圆直径与第二激光测距模块分度圆直径相同；
[0009]步骤二：开启第一激光测距模块和第二激光测距模块,并调整测量部姿态，使得Y轴面与待测地下雨污管道轴向面平行，在同一时间使得所有第一激光测距模块和所有第二
激光测距模块同时进行测距；
[0010]步骤三：多个第二激光测距模块发出的激光在待测地下雨污管管壁上的光点构成直线的垂面设定为投影面，将所有测点投影至该投影面上，可以有效消除测量部任意姿态放置造成的纵向倾斜误差；求解以下方程得到测点投影后坐标p
ti
(x
ti
，y
ti
，z
ti
)；
[0011]步骤四：利用空间圆拟合进行拟合，得到拟合空间圆的圆心O(x0，y0，z0)和半径r两个参数。
[0012]优选的，所述第一激光测距模块或第二激光测距模块中一个激光测距模块位于Z轴线上。
[0013]优选的，所述调整测量部姿态方法为：
[0014]根据激光测距模块的几何关系计算得到位于Z轴线上的激光测距模块发出激光在待测地下雨污管管壁上的光点位置p
i
坐标(x
i
，y
i
，z
i
)；
[0015]任意两个第二激光测距模块发出激光在待测地下雨污管道内壁上光点p
i
‑1、p
i+1
，理想条件下p
i
‑1、p
i
、p
i+1
共线，p
i
‑1和p
i+1
两点直线方程表示为
[0016]其中，p
i
点到待测地下雨污管管壁的截距为d，利用d判定测量部的姿态，d表示为：若d>m，则测量部需旋转调整姿态直至d≤m；
[0017]其中，截距误差m由测量误差和管道制造误差构成，通过误差传播定律求解可知；
[0018]根据所述直线方程推导其垂面方程，垂面方程即为所需构造投影面；其中垂面方程为：ax+by+cz
‑
1＝0。
[0019]优选的，采用RANSAC算法对步骤三中所述测点投影后坐标中的错误点进行筛选；
[0020]利用空间圆拟合最小模型进行拟合，得到随机拟合空间圆的圆心O(x0，y0，z0)和半径r两个参数，求出所有点到圆心的距离与半径的差值μ
i
，并与阈值T进行比较，筛选出合格的投影点坐标；
[0021]当合格的投影点数量q满足设定的最小数量Q时，计算：
[0022]根据空间圆内过圆心和弦长中点的直线垂直于弦长，由此得到多项式：Δx
i,i+1
x0+Δy
i,i+1
y0+Δz
i,i+1
z0‑
l
i
＝0；
[0023]其中，Δx
i,i+1
＝x
ti+1
‑
x
ti
，Δy
i,i+1
＝y
ti+1
‑
y
ti
，Δz
i,i+1
＝z
ti+1
‑
z
ti
，联合所述垂面方程建立一个观测点间接平差误差函数式：BX
‑
L＝0；
[0024]其中，
[0025]最小二乘解为：X＝(B
T
PB)
‑1B
T
PL；
[0026]其中，P为观测值的权，权值采取等权分配；
[0027]对于空间圆上任意一点求取半径的表达式:r
i
＝|p
ti
‑
O|；
[0028]空间圆拟合半径：
[0029]对最小二乘空间圆拟合准确度进行评定，计算出空间圆拟合后的拟合优度值：
[0030]其中r
b
判定为标准管径。
[0031]本专利技术还提供了一种管径测量装置，该装置包括操作杆和设于操作杆杆身的测量部，所述测量部包括供电源，所述测量部具有一个空间直角坐标系模型，该空间直角坐标系模型X轴面以零点为圆心环布多个向外发射激光的第一激光测距模块，该空间直角坐标系模型Y轴面且以零点为圆心环布多个向外发射激光的第二激光测距模块，且第一激光测距模块分度圆直径与第二激光测距模块分度圆直径相同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地下雨污管道管径测量方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：将测量部(2)置于待测地下雨污管道内腔，其中，测量部(2)具有多个沿X轴面且以零点为圆心环布、且向外发射激光的第一激光测距模块(21)和多个沿Y轴面且以零点为圆心环布、且向外发射激光的第二激光测距模块(22)，且第一激光测距模块(21)分度圆直径与第二激光测距模块(22)分度圆直径相同；步骤二：开启第一激光测距模块(21)和第二激光测距模块(22),并调整测量部(2)姿态，使得Y轴面与待测地下雨污管道轴向面平行，在同一时间使得所有第一激光测距模块(21)和所有第二激光测距模块(22)同时进行测距；步骤三：多个第二激光测距模块(22)发出的激光在待测地下雨污管管壁上的光点构成直线的垂面设定为投影面，将所有测点投影至该投影面上，可以有效消除测量部(2)任意姿态放置造成的纵向倾斜误差；求解以下方程得到测点投影后坐标p
ti
(x
ti
，y
ti
，z
ti
)；步骤四：利用空间圆拟合进行拟合，得到拟合空间圆的圆心O(x0，y0，z0)和半径r两个参数。2.根据权利要求1所述的一种地下雨污管道管径测量方法，其特征在于：所述第一激光测距模块(21)或第二激光测距模块(22)中一个激光测距模块位于Z轴线上。3.根据权利要求2所述的一种地下雨污管道管径测量方法，其特征在于：所述调整测量部(2)姿态方法为：根据激光测距模块的几何关系计算得到位于Z轴线上的激光测距模块发出激光在待测地下雨污管管壁上的光点位置p
i
坐标(x
i
，y
i
，z
i
)；任意两个第二激光测距模块(22)发出激光在待测地下雨污管道内壁上光点p
i
‑1、p
i+1
，理想条件下p
i
‑1、p
i
、p
i+1
共线，p
i
‑1和p
i+1
两点直线方程表示为其中，p
i
点到待测地下雨污管管壁的截距为d，利用d判定测量部(2)的姿态，d表示为：若d>m，则测量部(2)需旋转调整姿态直至d≤m；其中，截距误差m由测量误差和管道制造误差构成，通过误差传播定律求解可知；根据所述直线方程推导其垂面方程，垂面方程即为所需构造投影面；其中垂面方程为：ax+by+cz
‑
1＝0。4.根据权利要求3所述的一种地下雨污管道管径测量方法，其特征在于：采用RANSAC算法对步骤三中所述测点投影后坐标中的错误点进行筛选；利用空间圆拟合最小模型进行拟合，得到随机拟合空间圆的圆心O(x0，y0，z0)和半径r两个参数，求出所有点到圆心的距离与半径的差值μi，并与阈值T进行比较，筛选出合格的投影点坐标；当合格的投影点数量q满足设定的最小数量Q时，计算：根据空间圆内过圆心和弦长中点的直线垂直于弦长，由此得到多项式：Δx
i,i+1
x0+Δ
y
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王耀国，樊振国，苗璐璐，孙朝阳，王亚杰，张凯，贾伟，
申请(专利权)人：洛阳职业技术学院，
类型：发明
国别省市：