【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于全息数据的立井井筒病害检测方法。
技术介绍
1、现阶段井筒检测主要采用人工的方式。一方面，人工巡检需要耗费大量的人力成本，在光照不好、阴暗潮湿、常有淋水的井筒环境中工作，容易增加劳动强度，存在人身安全隐患；另一方面，人工巡检主要靠人的眼睛发现病害特征，不能及时准确找到所有井筒病害，有时会因主观原因而忽略一些病害的存在，病害识别能力较低，难以进行定量统计分析。
2、2022.09.20公开的、授权公告号为cn 114739311 b的中国专利技术专利公开了一种适用于矿井井筒快速变形监测；设备采用多传感器，测量2d激光雷达初始坐标，再在井筒中逐渐下放2d激光雷达；记录不同时刻数据；对轮式里程计、惯性测量单元记录的数据进行预处理，计算不同时刻钢丝下放距离和惯性测量单元的位姿数据；对轮式里程计计算的下放距离数据和惯性测量单元计算的位姿数据按时间戳进行插值，获取每个时间戳下2d激光雷达的位姿；计算不同深度的井筒壁精确坐标，建立井筒的三维网格模型，获取井筒的变形数据。该专利技术采用2d激光雷达，且只能检测井筒变形，对于井筒内壁水、脱落、泛碱等表面病害无法检测。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是现有技术无法检测井筒内壁水、脱落、泛碱等表面病害的缺陷，提供一种基于全息数据的立井井筒病害检测方法。
2、为解决上述技术问题，本基于全息数据的立井井筒病害检测方法，包括下述步骤：
3、(1)利用惯性测量单元和激光扫描仪对井筒进行检测，
4、(2)采用ransac算法中的圆柱体模型的原理进行点云滤波处理，井筒数学模型公式可表示为：
5、
6、式中，(x0,y0,z0)为目标物中轴线l上一点，r为目标物的半径，(l,m,n)为与中轴线l平行的非零向量，
7、该提取方法的精度取决于边缘点集的数量，在投影前进行坐标转换，使井筒的延伸方向沿坐标轴方向，从而使边缘点集的数量增多，坐标转换公式为：
8、
9、其中，λθ为：
10、
11、式中，θ为坐标系之间的转换角；
12、(3)分段拟合中轴线：将每个分割好的曲线段视为直线。对于每个曲线段都有与其相对应的法平面，这两个相互垂直法平面的交线即为中轴线，然后对交线上的空间离散点进行叠加，就可得到井筒点云的中轴线，拟合算法的具体流程如下：
13、①.坐标转换：在进行点云投影前，调整井筒延伸的方向，使得井筒的延伸方向沿坐标轴的方向；
14、②.点云投影：将井筒的点云分别投影至xoz平面和yoz平面；
15、③.提取投影面两侧的边缘点集，用二次连续函数进行拟合：
16、④.投影平面上边缘点按极大值搜索得到边缘点集a，计算点集a中任意点云的法向空间向量，此向量与下边界线形成交点可得到边缘点集b，通过求取点集a与点集b的均值得到中点集c1；同理，可将下边缘点集b按照上述流程求取中点集c2，最终以中点集c1和中点集c2均值提取中轴线上的点，
17、⑤.求取正交于井筒xoz投影平面的法平面p和正交于井筒yoz投影平面的法平面p'，平面p和平面p'的交线即为井筒的中轴线，多个离散点累加形成的曲线即为拟合中轴线，
18、(4)基于已知中轴线里程位置和断面宽度截取断面，完成井筒断面拟合，得到三维井筒模型；
19、将井壁的点云数据沿中轴线的方向按一定厚度进行截取，投影到垂直于中轴线的平面上，然后利用最小二乘法进行断面拟合，对井筒进行圆度分析，
20、(5)依据三维井筒模型中井壁的点云数据转化为灰度图
21、将井壁的点云数据经断面提取、点云投影、图像灰度化、里程改正四步转换为灰度图，在转换的过程中为rgb分配不同的权值，并计算结果；然后将加权后的均值作灰度化的结果，本专利技术按下式权重对输入的图像信号进行灰度化，并且在三维点云投影到二维平面后，根据点云的反射强度值赋予相应的灰度值，再对其进行栅格化处理，一个网格为图像中的一个像素，每个像素点的灰度值则由点云强度确定，
22、f(x,y)＝0.3r(x,y)+0.59g(x,y)+0.11b(x,y)
23、(6)依据三维井筒模型灰度图像，进行井筒块状病害识别
24、然后基于连通域算法对井筒灰度图像进行处理，可以获取图像中连通域的个数，即渗漏水区域的数量，连通域算法用于统计被标记的区域的一系列属性，其基本属性信息包括不同编号区域的像素个数，每个编号区域的形心坐标，以及计算每个区域的最小包围圆，最后将最小包围圆导入到灰度图像中，能够做到井壁渗漏水自动检测的可视化，直观地获取井壁渗漏水的空间分布位置，
25、同时本专利技术为进行渗水、脱落、泛碱病害类型自动判别，根据病害特征，提出一种结合平均灰度值、连通区域面积和移动窗口连通子块数量的判别方法，首先设定平均灰度值最小阈值和连通区域面积最小阈值，然后构造一个结构圆作为移动窗口，结构圆在图像中自左而右、自上而下平行移动，遍历整个灰度图像区域，在结构圆移动的每个位置，计算被结构圆包围的连通区域数量，根据井筒病害图像统计经验数据，选定平均灰度最小阈值为30，连通面积最小阈值为50，渗水、脱落、泛碱的几何语义描述如下：
26、a.如果灰度值小于40，连通区域面积大于0.15平方米，则认为该病害为渗水区域；
27、b.如果灰度值大于130，连通区域面积大于0.05平方米，则认为该病害为泛碱区域；
28、c.如果灰度值大于130，连通区域面积小于0.05平方米，且移动窗口内连通子块数量小于10，则认为该病害为泛碱区域；
29、d.如果灰度值大于130，连通区域面积小于0.05平方米，且移动窗口内连通子块数量大于10，则认为该病害为脱落区域。
30、作为优化，所述点云滤波处理包括下述步骤：
31、①.从目标点云集中随机选择一个样本集，使用最小二乘法估算随机样本集的数学模型参数并拟合出该模型；
32、②然后将当前模型中的点云集与剩余点云集进行迭代计算两者的偏差，随后完成偏差与算法阈值对比，
33、若偏差值大于阈值，将该样本集归为局内点，反之，不断进行上述流程并迭代计算，
34、③.最后，采用全部归为局内点的样本集拟合数据模型，当目标物数学模型的性能达到设定的特定阈值，结束迭代并通过计算确定最佳模型参数。
35、作为优化，所述惯性测量单元选用高精度定位姿态系统、所述激光扫描仪选用ccd全景相机。
36、本专利技术利用惯性测量单元结合激光扫描仪对井筒进行检测，获取高精度的点云数据，原始激光散点在各本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于全息数据的立井井筒病害检测方法，包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述的基于全息数据的立井井筒病害检测方法，其特征在于：所述点云滤波处理包括下述步骤：
3.根据权利要求1或2所述的基于全息数据的立井井筒病害检测方法，其特征在于：所述惯性测量单元选用高精度定位姿态系统、所述激光扫描仪选用CCD全景相机。
【技术特征摘要】
1.一种基于全息数据的立井井筒病害检测方法，包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述的基于全息数据的立井井筒病害检测方法，其特征在于：所述点云滤波处理包括下述步...
【专利技术属性】
技术研发人员：张照允，王冬，刁洪革，谢华东，孔祥玉，刘峰建，李萍，张晨，王一凡，赵连涛，高中祥，
申请(专利权)人：兖矿能源集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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