一種基于姿態信息的三維信息恢復方法技術

本發明專利技術實施例公開了一種基于姿態信息的三維信息恢復方法，包括：步驟100、建立管道的截面方程，將檢測器順著管道鋪設的方向運行獲得測量數據；步驟200、基于測量數據對管道進行建模，建立管道的二維截面形狀，并通過二維截面形狀的延伸獲得三維模型；步驟300、以管道中心軸方向結合檢測器運行的姿態信息查看管道的三維模型確定形變的類型和周向位置；本發明專利技術在不破壞地面覆土的情況下，通過管內測量并定量分析管道形變，準確獲取管道形變點的三維信息，監控管道形變發展態勢，監控結果可作為管道發生惡性形變前采取有效措施的依據，避免發生管道安全事故，通過三維建模的方式可以消除檢測器傾角和非平直管道導致的誤差，提高測量的精度。

【技術實現步驟摘要】
一種基于姿態信息的三維信息恢復方法
本專利技術實施例涉及管道檢測
，具體涉及一種基于姿態信息的三維信息恢復方法。
技術介紹
理想的管道橫斷面是圓環形，管道發生形變后橫斷面會變化成不規則形狀，可能凸出，亦可能凹陷。現有的地下管道的形變檢測技術只能檢測出發生形變的管道橫斷面，無法檢測出形變在橫斷面的具體位置和形變值。而且現有管道由于各種原因存在大量的彎曲的非平直部分，對于這部分由于其自身參數發生了改變，更難以確定管道是否發生了形變或者破損以及其他連接件。因此，在現有測量技術中，著重需要考慮如下問題：(1)檢測器中心軸與管道中心線在豎直平面內呈一定角度，如管道上下坡的情形；(2)檢測器通過非平直管道。由于在測量過程中存在上述問題，直接使用形變檢測器行進在管道過程中獲得的數據會使得形變的判定與定位出現誤差甚至失效。
技術實現思路
為此，本專利技術實施例提供一種基于姿態信息的三維信息恢復方法，以解決現有技術中因為傾角或者非平直管道導致測量誤差或者失效的問題。為了實現上述目的，本專利技術的實施方式提供如下技術方案：一種基于姿態信息的三維信息恢復方法，包括如下步驟：步驟100、建立管道的截面方程，將檢測器順著管道鋪設的方向運行獲得測量數據；步驟200、基于測量數據對管道進行建模，建立管道的二維截面形狀，并通過二維截面形狀的延伸獲得三維模型；步驟300、以管道中心軸方向結合檢測器運行的姿態信息查看管道的三維模型確定形變的類型和周向位置。作為本專利技術的一種優選方案，所述測量數據包括檢測器自身的姿態信息，具體由檢測桿的位置信息和傾角傳感器的角度信息組成。作為本專利技術的一種優選方案，在步驟100中截面方程建立的具體方法為：對于平直管道，以管道的幾何中心建立三維坐標O-X-Y-Z，可建立其截面方程：x2+y2＝R2，其中，P(x,y)為管道壁的坐標，R為管道半徑。對于非平直管道，包括構造管道中心線和構造管道曲面兩部分。作為本專利技術的一種優選方案，構造管道中心線的具體方法為：通過管線定位儀測量獲取管道起始位置到終點的位置信息，并將信息投影到三維空間的三個坐標平面上；根據坐標平面上的信息可構造各坐標平面上的樣條曲線，再根據三個坐標平面上的樣條曲線交匯到三維空間即可得到管道中心線；作為本專利技術的一種優選方案，構造管道曲面的具體方法為：以管道中心線上的任意一點為圓心，以該點切線方向為法線構建空間圓，管道半徑為空間圓半徑，由圓心在中心線上的空間圓即可構成管道曲面。作為本專利技術的一種優選方案，構建空間圓的具體方法為：設定圓心坐標為(xi，yi，zi)，管道半徑和空間圓半徑為R，法向量為li＝(A，B，C)；采用參數方程來唯一確定空間圓的位置，所述參數方程具體為：其中，θ為檢測器中心軸與管道中心線在豎直平面內的夾角。作為本專利技術的一種優選方案，檢測桿等里程間隔并行采集數據，測量步長為ΔL，在一個截面上的測量數據可表示為{δ1i，δ2i，…，δki，…，δ59i，δ60i}(i＝1,2，…，N)，δki為第k只檢測桿在第i次測量截面上的測量值，N為測量的截面數；傾角傳感器按照等里程間隔進行數據采集，其最大輸出頻率為50Hz，測量步長為17×ΔL，檢測器姿態橫滾角度數據可表示為：{θ0,θ1,θ2,…,θn}θ0為檢測器初始位置的傾角傳感器測量值，θn為檢測器第n個位置的傾角傳感器測量值，被測管道總長度L＝N×ΔL。作為本專利技術的一種優選方案，定義檢測器在初始位置時的檢測桿為第1只檢測桿，逆時針依次編號為第2到第60只檢測桿，在第i個采樣截面L＝i×ΔL處，由各檢測桿探測到管道內壁的點構建管道內壁截面的幾何形狀，建立以檢測器中心為原點的坐標系，各檢測桿頂端的極坐標為：(k＝1,2,…，60；i＝1,2,…,N；)其中，rki為第i個截面上第k只檢測桿頂端到檢測器中心線的垂直距離，第i個截面上，第k只檢測桿的極角，為第j個截面采樣時檢測器的橫滾角度。作為本專利技術的一種優選方案，在步驟200中建立管道二維截面形狀的具體步驟為：步驟201、由檢測桿傳感器輸出計算得到檢測桿探測點距離檢測器中心軸垂直距離，設第i次測量各檢測桿傳感器輸出量表示為：δi＝{δ1i，δ2i，…，δki，…，δ59i，δ60i}，則各檢測桿頂端距離檢測器中心線距離Hki表示為：其中，Hk(δ)為第k只檢測桿的測量模型；步驟202、由檢測桿頂端的極坐標計算得到管道壁的被探測各點的直角坐標：其中，rki為第i個截面上第k只檢測桿頂端到檢測器中心線的垂直距離，第i個截面上，第k只檢測桿的極角；步驟203、建立以檢測器中心為原點的直角坐標系，將管道的被探測點繪制在同一坐標平面內，構成管道內壁采樣點陣。各相鄰采樣點之間通過平滑處理，繪制出管道二維截面幾何形狀。作為本專利技術的一種優選方案，在步驟300中，以管道中心軸方向查看管道的三維模型確定形變的類型和周向位置的具體步驟為：步驟301、設定第i個采樣截面中，各檢測桿頂端測量點構成的管道內壁截面圓的圓心為(xoi，yoi)：設定第k只檢測桿頂端距離截面圓心的距離為Rkj：步驟302、若被檢測管道的半徑為R，則管道形變的深度為：Δdki＝|R-Rki|；最大形變深度為：Δdm＝max{|R-Rki|}；若管道形變最大深度發生點為Pmn，即在第n個采樣截面的第m只檢測桿采樣的位置，該點的周向方位角為：本專利技術的實施方式具有如下優點：本專利技術在不破壞地面覆土的情況下，通過管內測量并定量分析管道形變，準確獲取管道形變點的三維信息，監控管道形變發展態勢，監控結果可作為管道發生惡性形變之前采取有效措施的依據，避免發生管道安全事故，本專利技術通過三維建模的方式可以消除檢測器傾角和非平直管道導致的誤差，提高測量的精度。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術的實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是示例性的，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖引伸獲得其它的實施附圖。圖1為本專利技術實施方式中的結構框圖。具體實施方式以下由特定的具體實施例說明本專利技術的實施方式，熟悉此技術的人士可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本專利技術的其他優點及功效，顯然，所描述的實施例是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。如圖1所示，本專利技術提供了一種基于姿態信息的三維信息恢復方法，是根據傳感器數據構建的管道三維模型還原管道原本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種基于姿態信息的三維信息恢復方法，其特征在于，包括如下步驟：/n步驟100、建立管道的截面方程，將檢測器順著管道鋪設的方向運行獲得測量數據；/n步驟200、基于測量數據對管道進行建模，建立管道的二維截面形狀，并通過二維截面形狀的延伸獲得三維模型；/n步驟300、以管道中心軸方向結合檢測器運行的姿態信息查看管道的三維模型確定形變的類型和周向位置。/n

【技術特征摘要】
1.一種基于姿態信息的三維信息恢復方法，其特征在于，包括如下步驟：
步驟100、建立管道的截面方程，將檢測器順著管道鋪設的方向運行獲得測量數據；
步驟200、基于測量數據對管道進行建模，建立管道的二維截面形狀，并通過二維截面形狀的延伸獲得三維模型；
步驟300、以管道中心軸方向結合檢測器運行的姿態信息查看管道的三維模型確定形變的類型和周向位置。


2.根據權利要求1所述的一種基于姿態信息的三維信息恢復方法，其特征在于，所述測量數據包括檢測器自身的姿態信息，具體由檢測桿的位置信息和傾角傳感器的角度信息組成。


3.根據權利要求1所述的一種基于姿態信息的三維信息恢復方法，其特征在于，在步驟100中截面方程建立的具體方法為：
對于平直管道，以管道的幾何中心建立三維坐標O-X-Y-Z，可建立其截面方程：
x2+y2＝R2，
其中，P(x,y)為管道壁的坐標，R為管道半徑；
對于非平直管道，包括構造管道中心線和構造管道曲面兩部分。


4.根據權利要求3所述的一種基于姿態信息的三維信息恢復方法，其特征在于，構造管道中心線的具體方法為：
通過管線定位儀測量獲取管道起始位置到終點的位置信息，并將信息投影到三維空間的三個坐標平面上；
根據坐標平面上的信息可構造各坐標平面上的樣條曲線，再根據三個坐標平面上的樣條曲線交匯到三維空間即可得到管道中心線。


5.根據權利要求4所述的一種基于姿態信息的三維信息恢復方法，其特征在于，構造管道曲面的具體方法為：
以管道中心線上的任意一點為圓心，以該點切線方向為法線構建空間圓，管道半徑為空間圓半徑，由圓心在中心線上的空間圓即可構成管道曲面。


6.根據權利要求5所述的一種基于姿態信息的三維信息恢復方法，其特征在于，構建空間圓的具體方法為：
設定圓心坐標為(xi，yi，zi)，管道半徑和空間圓半徑為R，法向量為li＝(A，B，C)；
采用參數方程來唯一確定空間圓的位置，所述參數方程具體為：



其中，θ為檢測器中心軸與管道中心線在豎直平面內的夾角。


7.根據權利要求2所述的一種基于姿態信息的三維信息恢復方法，其特征在于，檢測桿等里程間隔并行采集數據，測量步長為ΔL，在一個截面上的測量數據可表示為{δ1i，δ2i，…，δki，…，δ59i，δ60i}(i＝1,2，…，N)，δki為第k只檢測桿在第i次測量截面上的測量值，N為測量的截面數；
傾角傳感器按照等里程間隔進行數據采集，其最大...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳勛，夏云峰，鄭風雷，涂智豪，尹創榮，宋華，陳冠豪，劉貫科，王傳旭，葉鉅芬，葉容慧，梁萬龍，張忠豪，王錦堂，王文漢，張軍香，武璐，陳文治，
申請(專利權)人：廣東電網有限責任公司，廣東電網有限責任公司東莞供電局，
類型：發明
國別省市：廣東;44