CN109114355A - 一种管网测绘机器人系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种管网测绘机器人系统，其中的线缆盘和集成传感系统均安装在爬行车上；集成传感系统通过线缆盘与人机交互控制平台相连接，集成传感系统采集管网内部的环境信号，并对转换后的环境数据进行深度学习和图像处理后实时生成管网影像数据，并将管网影像数据和环境数据发送至人机交互控制平台；对从集成传感系统接收到的管网影像数据进行构建场景图像，将构建的场景图像呈现在内置显示器中，最后通过有线网络或无线WIFI将管网影像数据、环境数据存储到人机交互控制平台中。本发明能够提供一种无需人工去现场勘察，降低了劳动强度、实现了可视化实时监控、定量化集中管理、安全性好且效率高的管网测绘机器人系统。
Description
技术领域
本发明涉及地下管网安全监测技术领域，尤其涉及一种管网测绘机器人系统。
背景技术
现代数字管廊建设是数字建设的重要组成部分，地下管道在建设、使用、维护的过程中需要对管道内部情况进行测量测绘，传统的人工方法效率低下，安全性低、无法做到客观化、定量化、可视化。
现有的管网检修采用人工地下管道勘察的方式，这种方式存在以下问题：如何快速有效地进行管网内部在线探找变形、裂缝、渗流等隐患，减少检修工作的重复性与指导性差等缺陷，有的放矢地对地下管网工程进行及时有效的除险加固处理，一直是水利工程管理的重要课题。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种无需人工去现场勘察，降低了劳动强度、实现了可视化实时监控、定量化集中管理、安全性好且效率高的管网测绘机器人系统。
为达到上述目的，本发明采用了如下技术方案。
一种管网测绘机器人系统，包括爬行车、线缆盘、集成传感系统和人机交互控制平台，所述线缆盘和集成传感系统均安装在所述爬行车上；所述集成传感系统通过所述线缆盘与所述人机交互控制平台相连接，所述爬行车用于支撑所述集成传感系统并提供前进或后退的驱动动力；所述集成传感系统采集管网内部的环境信号，对所采集到的环境信号先进行模拟-数字信号转换，并对转换后的环境数据进行深度学习和图像处理后实时生成管网影像数据，并将所述管网影像数据和环境数据发送至所述人机交互控制平台；所述人机交互控制平台与所述集成传感系统相连接，通过所述人机交互控制平台控制管网内的所述爬行车和线缆盘，并且对从集成传感系统接收到的管网影像数据进行构建场景图像，将构建的场景图像呈现在内置显示器中，最后通过有线网络或无线WIFI将管网影像数据、环境数据存储到所述人机交互控制平台中。
进一步的，所述线缆盘包括收放线装置、紧急制动系统、线缆和计米器，所述线缆盘上安装有收放线装置、紧急制动系统和计米器，并通过线缆连接所述的人机交互控制平台和所述集成传感系统，将集成传感系统的空间位置数据、图像数据和测量数据传输至所述人机交互平台进行存储。
进一步的，所述集成传感系统包括深度传感系统、管道定位系统、全景图像采集系统、测距系统、数模转换模块、微处理器、数据传输模块和图像处理模块，所述深度传感系统用于采集管网内图像信息，并形成信号存储到所述人机交互平台中；所述管道定位系统用于获取所述集成传感系统的当前位置信息，并发送至所述微处理器；所述全景图像采集系统用于采集管网内全景图像信息，并将官网内部信息以全景的方式进行呈现出来；所述测距系统用于采集当前管网周围距离和环境信号；所述数模转换模块对所述集成传感系统的信号数据进行数模转换，并将转换后的信号数据发送至所述微处理器，并由所述微处理器反馈输送到所述数据传输模块和图像处理模块进行数据互换；所述数模转换模块的输入端与所述全景图像采集系统的输出端进行连接，用于将来自所述测距系统的环境信号，进行数字-模拟转换并生成数字信号的形式，进而转发至所述微处理器；所述微处理器与所述数模转换模块、所述管道定位系统相连接，用于接收当前位置信息，以及对来自所述数模转换模块的环境数据，采用深度学习和图像处理的方式，实时生成管网内部影像数据，并通过所述图像处理模块转发至所述集成传感系统。
所述深度传感系统由彩色图像传感器、红外投射器和深度传感器组成，所述彩色图像传感器与所述数模转换模块的输入端连接，并接收所述管道影像数据和环境数据，然后发送至所述图像处理模块；所述红外投射器的输出端与所述数模转换模块的输入端连接，并将处理后的管网内部影像数据发送至所述微处理器对所述管网内部影像数据进行图像处理；所述深度传感器用于生成管网内部三维图像数据。
所述管道定位系统图像，由陀螺仪、立体定位视觉传感器和GPS传感器组成，所述陀螺仪用于检测角运动情况，收集提供设备的加速度及前进速度等数据，并发送至所述微处理器进行数据处理，然后发送至所述数据传输模块。
所述全景图像采集系统由高清PTZ摄像机、多目超高清全景摄像机和红外摄像机组成，其中PTZ摄像机为Pan/Tilt/Zoom摄像机的简写，与所述集成传感系统进行连接，通过多目超高清全景摄像机可以观察到度或者度的大广角图像，所述高清PTZ摄像机和多目超高清全景摄像机均可以自由转动并通过光学变倍查看管网内部细节；所述红外摄像机与所述集成传感系统的输入端相连接，在遇到弱光条件时采集当前管网内部的图像信号和环境状态信号，并传输至所述信号转换模块。
所述测距系统由红外激光雷达和噪声雷达组成，所述红外激光雷达与所述集成传感系统的输入端进行连接，采用不可见的红外光为光源，并通过探测激光与被探测物相互作用的广波信号来遥感测量；所述噪声雷达与所述集成传感系统输入端进行连接，通过噪声波形为探测信号，直接发射微波噪声信号或发射呗低频噪声信号调制的载波信号雷达进行管网内的距离测量。
进一步的，所述人机交互控制平台包括自适应显示系统、数据收发模块、存储设备、高精度触摸屏、人机交互控制面板和多功能接口组件，所述高精度触摸屏采用*或*的分辨率；
所述多功能接口组件包括USB接口、蓝牙、有线网络接口和无线WiFi模块，所述USB接口对所述人机交互控制平台进行数据存储扩容，所述蓝牙、有线网络接口和无线WiFi模块对所述人机交互控制平台的数据进行收发处理。
由于上述技术方案的运用，本发明的技术方案带来的有益技术效果：本技术方具有操作简单方便、效率高，又安全可靠，且结构紧凑、体积较小，可深入观察地下管廊内部走向，还可以形成统计数据，不仅解决了人工处理的安全性，还能提高测量效率，3D增强现实可视化效果、提高测量精度和测绘的客观化。
附图说明
附图1为本发明的管网测绘机器人系统的总体结构示意图。
附图2为本发明的集成传感系统的结构框图。
附图3为本发明的人机交互控制平台的结构框图。
附图4为本发明的线缆盘结构框图。
图中：1.爬行车；2.线缆盘；3.集成传感系统；4.人机交互控制平台；21.收放线装置；22.紧急制动系统；23.线缆；24.计米器；31.深度传感系统；32.管道定位系统；33.全景图像采集系统；34.测距系统；35.数模转换模块；36.微处理器；37.数据传输模块；38.图像处理模块；41.自适应显示系统；42.数据收发模块；43.存储设备；44.高精度触摸屏；45.人机交互控制面板；46.多功能接口组件；311.彩色图像传感器；312.红外投射器；313.深度传感器；321.陀螺仪；322.立体定位视觉传感器；323.GPS传感器；341.红外激光雷达；342.噪声雷达；461.USB接口；462.蓝牙；463.有线网络接口；464.无线WiFi模块。
具体实施方式
下面结合反应路线及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1-4所示，一种管网测绘机器人系统，包括爬行车1、线缆盘2、集成传感系统3和人机交互控制平台4，所述线缆盘2和集成传感系统3均安装在所述爬行车1上；所述集成传感系统3通过所述线缆盘2与所述人机交互控制平台4相连接，所述爬行车1用于支撑所述集成传感系统3并提供前进或后退的驱动动力；所述集成传感系统3采集管网内部的环境信号，对所采集到的环境信号先进行模拟-数字信号转换，并对转换后的环境数据进行深度学习和图像处理后实时生成管网影像数据，并将所述管网影像数据和环境数据发送至所述人机交互控制平台4；所述人机交互控制平台4与所述集成传感系统3相连接，通过所述人机交互控制平台4控制管网内的所述爬行车1和线缆盘2，并且对从集成传感系统3接收到的管网影像数据进行构建场景图像，将构建的场景图像呈现在内置显示器中，最后通过有线网络或无线WIFI将管网影像数据、环境数据存储到所述人机交互控制平台4中。
进一步的，所述线缆盘2包括收放线装置21、紧急制动系统22、线缆23和计米器24，所述线缆盘2上安装有收放线装置21、紧急制动系统22和计米器24，并通过线缆23连接所述的人机交互控制平台4和所述集成传感系统3，将集成传感系统3的空间位置数据、图像数据和测量数据传输至所述人机交互平台4进行存储。
进一步的，所述集成传感系统3包括深度传感系统31、管道定位系统32、全景图像采集系统33、测距系统34、数模转换模块35、微处理器36、数据传输模块37和图像处理模块38，所述深度传感系统31用于采集管网内图像信息，并形成信号存储到所述人机交互平台4中；所述管道定位系统32用于获取所述集成传感系统3的当前位置信息，并发送至所述微处理器36；所述全景图像采集系统33用于采集管网内全景图像信息，并将官网内部信息以全景的方式进行呈现出来；所述测距系统34用于采集当前管网周围距离和环境信号；所述数模转换模块35对所述集成传感系统3的信号数据进行数模转换，并将转换后的信号数据发送至所述微处理器36，并由所述微处理器36反馈输送到所述数据传输模块37和图像处理模块38进行数据互换；所述数模转换模块35的输入端与所述全景图像采集系统33的输出端进行连接，用于将来自所述测距系统34的环境信号，进行数字-模拟转换并生成数字信号的形式，进而转发至所述微处理器36；所述微处理器36与所述数模转换模块35、所述管道定位系统32相连接，用于接收当前位置信息，以及对来自所述数模转换模块35的环境数据，采用深度学习和图像处理的方式，实时生成管网内部影像数据，并通过所述图像处理模块38转发至所述集成传感系统3。
所述深度传感系统31由彩色图像传感器311、红外投射器312和深度传感器313组成，所述彩色图像传感器311与所述数模转换模块35的输入端连接，并接收所述管道影像数据和环境数据，然后发送至所述图像处理模块38；所述红外投射器312的输出端与所述数模转换模块35的输入端连接，并将处理后的管网内部影像数据发送至所述微处理器36对所述管网内部影像数据进行图像处理；所述深度传感器313用于生成管网内部三维图像数据。
所述管道定位系统图像32，由陀螺仪321、立体定位视觉传感器322和GPS传感器323组成，所述陀螺仪321用于检测角运动情况，收集提供设备的加速度及前进速度等数据，并发送至所述微处理器36进行数据处理，然后发送至所述数据传输模块37。
所述全景图像采集系统33由高清PTZ摄像机331、多目超高清全景摄像机332和红外摄像机333组成，其中PTZ摄像机331为Pan/Tilt/Zoom摄像机的简写，与所述集成传感系统3进行连接，通过多目超高清全景摄像机332可以观察到180度或者360度的大广角图像，所述高清PTZ摄像机331和多目超高清全景摄像机332均可以自由转动并通过光学变倍查看管网内部细节；所述红外摄像机333与所述集成传感系统33的输入端相连接，在遇到弱光条件时采集当前管网内部的图像信号和环境状态信号，并传输至所述信号转换模块35；所述测距系统34由红外激光雷达341和噪声雷达342组成，所述红外激光雷达341与所述集成传感系统3的输入端进行连接，采用不可见的红外光为光源，并通过探测激光与被探测物相互作用的广波信号来遥感测量；所述噪声雷达与所述集成传感系统3输入端进行连接，通过噪声波形为探测信号，直接发射微波噪声信号或发射呗低频噪声信号调制的载波信号雷达进行管网内的距离测量。
进一步的，所述人机交互控制平台4包括自适应显示系统41、数据收发模块42、存储设备43、高精度触摸屏44、人机交互控制面板45和多功能接口组件46，所述高精度触摸屏44采用1920*1080或800*600的分辨率；所述多功能接口组件46包括USB接口461、蓝牙462、有线网络接口463和无线WiFi模块464，所述USB接口461对所述人机交互控制平台4进行数据存储扩容，所述蓝牙462、有线网络接口463和无线WiFi模块464对所述人机交互控制平台4的数据进行收发处理。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (9)
1.一种管网测绘机器人系统，其特征在于：包括爬行车（1）、线缆盘（2）、集成传感系统（3）和人机交互控制平台（4），所述线缆盘（2）和集成传感系统（3）均安装在所述爬行车（1）上；所述集成传感系统（3）通过所述线缆盘（2）与所述人机交互控制平台（4）相连接，所述爬行车（1）用于支撑所述集成传感系统（3）并提供前进或后退的驱动动力；所述集成传感系统（3）采集管网内部的环境信号，对所采集到的环境信号先进行模拟-数字信号转换，并对转换后的环境数据进行深度学习和图像处理后实时生成管网影像数据，并将所述管网影像数据和环境数据发送至所述人机交互控制平台（4）；所述人机交互控制平台（4）与所述集成传感系统（3）相连接，通过所述人机交互控制平台（4）控制管网内的所述爬行车（1）和线缆盘（2），并且对从集成传感系统（3）接收到的管网影像数据进行构建场景图像，将构建的场景图像呈现在内置显示器中，最后通过有线网络或无线WIFI将管网影像数据、环境数据存储到所述人机交互控制平台（4）中。
2.根据权利要求1所述的一种管网测绘机器人系统，其特征在于：所述线缆盘（2）包括收放线装置（21）、紧急制动系统（22）、线缆（23）和计米器（24），所述线缆盘（2）上安装有收放线装置（21）、紧急制动系统（22）和计米器（24），并通过线缆（23）连接所述的人机交互控制平台（4）和所述集成传感系统（3），将集成传感系统（3）的空间位置数据、图像数据和测量数据传输至所述人机交互平台（4）进行存储。
3.根据权利要求1所述的一种管网测绘机器人系统，其特征在于：所述集成传感系统（3）包括深度传感系统（31）、管道定位系统（32）、全景图像采集系统（33）、测距系统（34）、数模转换模块（35）、微处理器（36）、数据传输模块（37）和图像处理模块（38），所述深度传感系统（31）用于采集管网内图像信息，并形成信号存储到所述人机交互平台（4）中；所述管道定位系统（32）用于获取所述集成传感系统（3）的当前位置信息，并发送至所述微处理器（36）；所述全景图像采集系统（33）用于采集管网内全景图像信息，并将官网内部信息以全景的方式进行呈现出来；所述测距系统（34）用于采集当前管网周围距离和环境信号；所述数模转换模块（35）对所述集成传感系统（3）的信号数据进行数模转换，并将转换后的信号数据发送至所述微处理器（36），并由所述微处理器（36）反馈输送到所述数据传输模块（37）和图像处理模块（38）进行数据互换；所述数模转换模块（35）的输入端与所述全景图像采集系统（33）的输出端进行连接，用于将来自所述测距系统（34）的环境信号，进行数字-模拟转换并生成数字信号的形式，进而转发至所述微处理器（36）；所述微处理器（36）与所述数模转换模块（35）、所述管道定位系统（32）相连接，用于接收当前位置信息，以及对来自所述数模转换模块（35）的环境数据，采用深度学习和图像处理的方式，实时生成管网内部影像数据，并通过所述图像处理模块（38）转发至所述集成传感系统（3）。
4.根据权利要求3所述的一种管网测绘机器人系统，其特征在于：所述深度传感系统（31）由彩色图像传感器（311）、红外投射器（312）和深度传感器（313）组成，所述彩色图像传感器（311）与所述数模转换模块（35）的输入端连接，并接收所述管道影像数据和环境数据，然后发送至所述图像处理模块（38）；所述红外投射器（312）的输出端与所述数模转换模块（35）的输入端连接，并将处理后的管网内部影像数据发送至所述微处理器（36）对所述管网内部影像数据进行图像处理；所述深度传感器（313）用于生成管网内部三维图像数据。
5.根据权利要求3所述的一种管网测绘机器人系统，其特征在于：所述管道定位系统图像（32），由陀螺仪（321）、立体定位视觉传感器（322）和GPS传感器（323）组成，所述陀螺仪（321）用于检测角运动情况，收集提供设备的加速度及前进速度等数据，并发送至所述微处理器（36）进行数据处理，然后发送至所述数据传输模块（37）。
6.根据权利要求3所述的一种管网测绘机器人系统，其特征在于：所述全景图像采集系统（33）由高清PTZ摄像机（331）、多目超高清全景摄像机（332）和红外摄像机（333）组成，其中PTZ摄像机（331）为Pan/Tilt/Zoom摄像机的简写，与所述集成传感系统（3）进行连接，通过多目超高清全景摄像机（332）可以观察到（180）度或者（360）度的大广角图像，所述高清PTZ摄像机（331）和多目超高清全景摄像机（332）均可以自由转动并通过光学变倍查看管网内部细节；所述红外摄像机（333）与所述集成传感系统（33）的输入端相连接，在遇到弱光条件时采集当前管网内部的图像信号和环境状态信号，并传输至所述信号转换模块（35）。
7.根据权利要求3所述的一种管网测绘机器人系统，其特征在于：所述测距系统（34）由红外激光雷达（341）和噪声雷达（342）组成，所述红外激光雷达（341）与所述集成传感系统（3）的输入端进行连接，采用不可见的红外光为光源，并通过探测激光与被探测物相互作用的广波信号来遥感测量；所述噪声雷达与所述集成传感系统（3）输入端进行连接，通过噪声波形为探测信号，直接发射微波噪声信号或发射呗低频噪声信号调制的载波信号雷达进行管网内的距离测量。
8.根据权利要求1所述的一种管网测绘机器人系统，其特征在于：所述人机交互控制平台（4）包括自适应显示系统（41）、数据收发模块（42）、存储设备（43）、高精度触摸屏（44）、人机交互控制面板（45）和多功能接口组件（46），所述高精度触摸屏（44）采用1920*1080或800*600的分辨率。
9.根据权利要求8所述的一种管网测绘机器人系统，其特征在于：所述多功能接口组件（46）包括USB接口（461）、蓝牙（462）、有线网络接口（463）和无线WiFi模块（464），所述USB接口（461）对所述人机交互控制平台（4）进行数据存储扩容，所述蓝牙（462）、有线网络接口（463）和无线WiFi模块（464）对所述人机交互控制平台（4）的数据进行收发处理。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20190101 |