CN109342423A - 一种基于机器视觉管道测绘的城市排水管道验收方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于机器视觉管道测绘的城市排水管道验收方法，机器视觉成像检测系统采集复杂管道的周围环境信号，实时传输深排水管线的影像数据，根据影像数据进行3D场景构建，并生成3D增强现实融合图像；GIS定位信息查询分析系统可以进行定位漫游，在图层中留下验收轨迹，生成测绘图纸；中控指挥系统与机器视觉成像检测系统和GIS定位信息查询分析系统相连，用于远程管理管道测绘仪和排水管道的验收，以及根据影像数据、环境数据和3D融合图像，实时计算判断排水管道的情况，发布测绘验收报告。本发明可以解决管道测绘和管道工程验收时，环境危险复杂，照明条件复杂，人工难以到达，实时指挥限制等多种难题。

Description

一种基于机器视觉管道测绘的城市排水管道验收方法

技术领域

本发明涉及管道安全监测技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉管道测绘的城市排水管道验收方法。

背景技术

现代数字管廊建设是数字城市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。

随着信号处理技术、机器视觉技术、人工智能技术、定位导航技术的日益成熟、采用机器人代替人类实现恶劣环境下精确的精确测绘，并且做到高度自动化，智能化运行已经是地下管网行业发展的必然趋势，管网机器人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。

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适应复杂的管道环境，准确测量、实时快速在线探找变形、淤堵或损耗隐患，减少检修工作重复性的基于机器视觉管道测绘的城市排水管道验收方法。

先对文档中出现的缩写解释如下：3D是指三维立体。OSD信息叠加是指将图片和文字信息叠加到视频信号中，通过视频叠加的形式显示在视频图像中。PTZ是指在安防监控应用中是 Pan/Tilt/Zoom 的简写,代表云台全方位(上下、左右)移动及镜头变倍、变焦控制。GIS是地理信息系统（Geographic Information System或 Geo－Information system）的缩写。

为达到上述目的，本发明采用了如下技术方案。

一种基于机器视觉管道测绘的城市排水管道验收方法，包括机器视觉成像检测系统、GIS定位信息查询分析系统和中控指挥系统，具体包括以下步骤：

步骤一：所述机器视觉成像检测系统，包括：PTZ视觉模块、集成传感器模块、陀螺仪定位模块、3D重建模块、OSD字符叠加模块，所述机器视觉成像检测系统通过PTZ视觉模块采集环境图像信号，所述PTZ视觉模块是基于人工智能视觉设计的且清晰度标准为1080P、镜头角度为150°广角，并通过集成传感器模块进行物体识别、色彩判断、语音辨认和雷达监测，利用陀螺仪定位模块采集当前位置信息，然后所述机器视觉成像检测系统将获取到的环境图像信号进行模拟-数字信号转换，对转换后得到的环境数据进行深度学习和图像处理以实时生成排水管道影像数据，再将影响数据通过3D重建模块进行建模重构，再通过OSD字符叠加模块对影像进行字符叠加处理，然后将所述排水管道影像数据和环境数据发送给GIS定位信息查询分析系统和中控指挥系统；

步骤二：所述GIS定位信息查询分析系统与所述机器视觉成像检测系统连接，留下测绘轨迹，生成测绘信息并发送到中控指挥系统；所述中控指挥系统均同时与所述机器视觉成像检测系统、所述GIS定位信息查询分析系统相连接，并远程控制管理所述机器视觉成像检测系统，以及根据检测收集到的排水管道影像数据、环境数据、3D增强现实融合图像和测绘信息，实时计算判断排水管道损坏情况、管道路径，生成测绘图纸信息，生成对验收方案。

进一步，所述PTZ视觉模块用于采集当前管道的周围环境信号，对图像进行图像增强、图像恢复、图像识别、图像分类、图像分割和图像描述操作；所述集成传感模块用于采集管道环境数据；所述陀螺仪定位模块获取所述机器视觉成像检测系统的当前位置信息，并发送至所述GIS定位信息查询分析系统和中控指挥系统；所述3D重建模块根据排水管道全景图像数据进行3D场景构建，并将构建后的3D场景图像发送到所述OSD字符叠加模块；所述OSD字符叠加模块将构建的3D场景图像与所述环境数据中的管道信息进行增强现实处理，将环境数据融合到3D场景图像中，实现图像融合，生成3D增强现实融合图像。

进一步的，所述GIS定位信息查询分析系统具体包括浏览定位模块、查询统计模块、测绘制图模块、管网分析模块和格式转换模块，所述浏览定位模块通过平移、缩放、全图操作实现对管线图的自由浏览，通过输入地名、道路名称等快速定位到对应的地方；所述查询统计模块以官网数据库为基础，根据图形查询管线设施的属性信息，或者根据设施的属性定位设施的位置，对全图或指定范围内管线的埋深、材质、管径、埋设年代等各种管线属性的进行快速查询和统计，在地图窗口上进行距离和面积测量查询；所述测绘制图模块生成测绘图纸，实时进行更新内容；所述官网分析模块对测绘管网进行剖面分析、覆土深度分析、净距分析、联通性分析和最短路径分析；所述格式转换模块进行不同数据格式转换以及进行不同比例空间数据的转换。

进一步的，所述中控指挥系统具体包括视频指挥系统平台控制终端、3D增强现实系统平台、数据分析处理模块、数据存储设备和测绘验收报告发布模块，所述数据存储设备将分析结果进一步发送至所述视频指挥系统平台控制终端；所述视频指挥系统平台控制终端根据排水管道影像数据、环境数据和3D增强现实融合图像，实时计算判断排水管道损坏情况、管道路径，生成测绘图纸信息，生成管道验收方案；所述测绘验收报告发布模块接收来自所述视频指挥系统平台控制终端的测绘、验收信息并对外发布；所述中控指挥系统还包括通信模块，所述通信模块与所述机器视觉成像检测系统连接，并向所述机器视觉成像检测系统发送远程控制管理指令。

进一步的，所述环境数据具体包括管道压力数据、管道深度数据、管道温度数据和水流速数据。

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：

（1）本技术方案应用于管道检测机器人上，以高清成像技术并结合定位装置与多传感器提高图片清晰度，以增强现实可视化技术在图像上叠加多在管道信息等，来适应复杂的管道环境，准确测量，为上方工作人员全方位的展示水下实景以帮助对排水管道的状况鉴别与现场指挥，并完成测绘及验收工作；

（2）本技术方案还具有可有效加强对排水管线的安全管理，保证其正常使用，实现快速有效地进行实时在线探找变形、淤堵、损耗等隐患，减少检修工作的重复性与指导性差等缺陷，有的放矢地对市政工程进行及时有效的除险加固处理；

（3）本技术方案通过设置的摄像机与视觉传感系统，可实现复杂的照明条件下超高清晰度视觉成像，具有极低照度、极高分辨率、波长匹配照明的特点，针对管道低照度、复杂照明、折射条件下，提供超高清晰度成像，分辨率达到1200万像素，且不增加成本；

（4）本技术方案还可实现3D全景增强现实可视化、3D成像、信息叠加、语义描述，不仅完成管道成像，还能形成3D场景，还实现基于视觉的尺度测量技术、模式识别与人工智能技术、视觉信息检索与深度挖掘技术，有利于检索和查找，统计、分析；

（5）本技术方案还实现了信息融合，多个传感器相结合，弥补单个传感器局限，提供更丰富实景数据信息，帮助远程传输、管理、控制前端成像系统，便于工作人员指挥操控，同时对信息的存储、检索、智能分析，实现可视化对排水管道的状况鉴别、现场指挥；数字化存贮精度高，不会有图纸保存长期使用影响精度的缺点，系统采用开放式设计、模块支持化和可扩展性，有利于升级维护。

附图说明

图1为根据本发明的基于机器视觉管道测绘的城市排水管道验收方法的整体结构框图。

图2为根据本发明中机器视觉成像检测系统的结构框图。

图3为根据本发明中GIS定位信息查询分析系统的结构框图。

图4为根据本发明中控指挥系统的结构框图。

图中：100.机器视觉成像检测系统；200.GIS定位信息查询分析系统；300.中控指挥系统；110.PTZ视觉模块；120.集成传感器模块；130.陀螺仪定位模块；140.3D重建模块；150.OSD字符叠加模块；210.浏览定位模块；220.查询统计模块；230.测绘制图模块；240.管网分析模块；250.格式转换模块；310.视频指挥系统平台控制终端；320.3D增强现实系统平台；330.数据分析处理模块；340.数据存储设备；350.测绘验收报告发布模块；360.通信模块。

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，一种基于机器视觉管道测绘的城市排水管道验收方法，包括机器视觉成像检测系统100、GIS定位信息查询分析系统200和中控指挥系统300，具体包括以下步骤：

步骤一：所述机器视觉成像检测系统100通过PTZ视觉模块110采集环境图像信号，所述PTZ视觉模块110是基于人工智能视觉设计的且清晰度标准为1080P、镜头角度为150°广角，并通过集成传感器模块120进行物体识别、色彩判断、语音辨认和雷达监测，利用陀螺仪定位模块130采集当前位置信息，然后所述机器视觉成像检测系统100将获取到的环境图像信号进行模拟-数字信号转换，对转换后得到的环境数据进行深度学习和图像处理以实时生成排水管道影像数据，再将影响数据通过3D重建模块140进行建模重构，再通过OSD字符叠加模块150对影像进行字符叠加处理，然后将所述排水管道影像数据和环境数据发送给GIS定位信息查询分析系统200和中控指挥系统300；

步骤二：所述GIS定位信息查询分析系统200与所述机器视觉成像检测系统100连接，留下测绘轨迹，生成测绘信息并发送到中控指挥系统300；所述中控指挥系统300均同时与所述机器视觉成像检测系统100、所述GIS定位信息查询分析系统200相连接，并远程控制管理所述机器视觉成像检测系统100，以及根据检测收集到的排水管道影像数据、环境数据、3D增强现实融合图像和测绘信息，实时计算判断排水管道损坏情况、管道路径，生成测绘图纸信息，生成对验收方案。

所述机器视觉成像检测系统100，包括：PTZ视觉模块110、集成传感器模块120、陀螺仪定位模块130、3D重建模块140、OSD字符叠加模块150，所述PTZ视觉模块110用于采集当前管道的周围环境信号，对图像进行图像增强、图像恢复、图像识别、图像分类、图像分割和图像描述操作；所述集成传感模块120用于采集管道环境数据；所述陀螺仪定位模块130获取所述机器视觉成像检测系统100的当前位置信息，并发送至所述GIS定位信息查询分析系统200和中控指挥系统300；所述3D重建模块140根据排水管道全景图像数据进行3D场景构建，并将构建后的3D场景图像发送到所述OSD字符叠加模块150；所述OSD字符叠加模块150将构建的3D场景图像与所述环境数据中的管道信息进行增强现实处理，将环境数据融合到3D场景图像中，实现图像融合，生成3D增强现实融合图像。

所述GIS定位信息查询分析系统200具体包括浏览定位模块210、查询统计模块220、测绘制图模块230、管网分析模块240和格式转换模块250，所述浏览定位模块210通过平移、缩放、全图操作实现对管线图的自由浏览，通过输入地名、道路名称等快速定位到对应的地方；所述查询统计模块220以官网数据库为基础，根据图形查询管线设施的属性信息，或者根据设施的属性定位设施的位置，对全图或指定范围内管线的埋深、材质、管径、埋设年代等各种管线属性的进行快速查询和统计，在地图窗口上进行距离和面积测量查询；所述测绘制图模块230生成测绘图纸，实时进行更新内容；所述官网分析模块240对测绘管网进行剖面分析、覆土深度分析、净距分析、联通性分析和最短路径分析；所述格式转换模块250进行不同数据格式转换以及进行不同比例空间数据的转换。

所述中控指挥系统300具体包括视频指挥系统平台控制终端310、3D增强现实系统平台320、数据分析处理模块330、数据存储设备340和测绘验收报告发布模块350，所述数据存储设备340将分析结果进一步发送至所述视频指挥系统平台控制终端310；所述视频指挥系统平台控制终端310根据排水管道影像数据、环境数据和3D增强现实融合图像，实时计算判断排水管道损坏情况、管道路径，生成测绘图纸信息，生成管道验收方案；所述测绘验收报告发布模块350接收来自所述视频指挥系统平台控制终端310的测绘、验收信息并对外发布；所述中控指挥系统300还包括通信模块360，所述通信模块360与所述机器视觉成像检测系统100连接，并向所述机器视觉成像检测系统100发送远程控制管理指令。

所述环境数据具体包括管道压力数据、管道深度数据、管道温度数据和水流速数据。

本发明还可以机器视觉管线成像技术对水中悬浮粒子作匹配波长的电磁波发射与接收，解决水体散射折射问题，并结合声呐与多传感器提高图片清晰度；以增强现实可视化技术在图像上叠加多在水下信息等，来适应复杂的水质环境，准确测量，为岸上工作人员全方位的展示水下实景以帮助对排水管线的状况鉴别与现场指挥，并完成修补工作，从而加强对排水管线的安全管理，保证其正常运行，实现快速有效地进行深水实时在线探找变形、裂缝、渗流、淤堵等隐患，减少检修工作的重复性与指导性差等缺陷，有的放矢地对排水管线市政工程进行及时有效的除险加固处理。

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 (5)

1.一种基于机器视觉管道测绘的城市排水管道验收方法，其特征在于：包括机器视觉成像检测系统（100）、GIS定位信息查询分析系统（200）和中控指挥系统（300），具体包括以下步骤：

步骤一：所述机器视觉成像检测系统（100）包括PTZ视觉模块（110）、集成传感器模块（120）、陀螺仪定位模块（130）、3D重建模块（140）、OSD字符叠加模块（150），所述机器视觉成像检测系统（100）通过PTZ视觉模块（110）采集环境图像信号，所述PTZ视觉模块（110）是基于人工智能视觉设计的且清晰度标准为1080P、镜头角度为150°广角，并通过集成传感器模块（120）进行物体识别、色彩判断、语音辨认和雷达监测，利用陀螺仪定位模块（130）采集当前位置信息，然后所述机器视觉成像检测系统（100）将获取到的环境图像信号进行模拟-数字信号转换，对转换后得到的环境数据进行深度学习和图像处理以实时生成排水管道影像数据，再将影响数据通过3D重建模块（140）进行建模重构，再通过OSD字符叠加模块（150）对影像进行字符叠加处理，然后将所述排水管道影像数据和环境数据发送给GIS定位信息查询分析系统（200）和中控指挥系统（300）；

步骤二：所述GIS定位信息查询分析系统（200）与所述机器视觉成像检测系统（100）连接，留下测绘轨迹，生成测绘信息并发送到中控指挥系统（300）；所述中控指挥系统（300）均同时与所述机器视觉成像检测系统（100）、所述GIS定位信息查询分析系统（200）相连接，并远程控制管理所述机器视觉成像检测系统（100），以及根据检测收集到的排水管道影像数据、环境数据、3D增强现实融合图像和测绘信息，实时计算判断排水管道损坏情况、管道路径，生成测绘图纸信息，生成对验收方案。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉管道测绘的城市排水管道验收方法，其特征在于：所述PTZ视觉模块（110）用于采集当前管道的周围环境信号，对图像进行图像增强、图像恢复、图像识别、图像分类、图像分割和图像描述操作；所述集成传感模块（120）用于采集管道环境数据；所述陀螺仪定位模块（130）获取所述机器视觉成像检测系统（100）的当前位置信息，并发送至所述GIS定位信息查询分析系统（200）和中控指挥系统（300）；所述3D重建模块（140）根据排水管道全景图像数据进行3D场景构建，并将构建后的3D场景图像发送到所述OSD字符叠加模块（150）；所述OSD字符叠加模块（150）将构建的3D场景图像与所述环境数据中的管道信息进行增强现实处理，将环境数据融合到3D场景图像中，实现图像融合，生成3D增强现实融合图像。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉管道测绘的城市排水管道验收方法，其特征在于：所述GIS定位信息查询分析系统（200）具体包括浏览定位模块（210）、查询统计模块（220）、测绘制图模块（230）、管网分析模块（240）和格式转换模块（250），所述浏览定位模块（210）通过平移、缩放、全图操作实现对管线图的自由浏览，通过输入地名、道路名称等快速定位到对应的地方；所述查询统计模块（220）以官网数据库为基础，根据图形查询管线设施的属性信息，或者根据设施的属性定位设施的位置，对全图或指定范围内管线的埋深、材质、管径、埋设年代等各种管线属性的进行快速查询和统计，在地图窗口上进行距离和面积测量查询；所述测绘制图模块（230）生成测绘图纸，实时进行更新内容；所述官网分析模块（240）对测绘管网进行剖面分析、覆土深度分析、净距分析、联通性分析和最短路径分析；所述格式转换模块（250）进行不同数据格式转换以及进行不同比例空间数据的转换。

4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉管道测绘的城市排水管道验收方法，其特征在于：所述中控指挥系统（300）具体包括视频指挥系统平台控制终端（310）、3D增强现实系统平台（320）、数据分析处理模块（330）、数据存储设备（340）和测绘验收报告发布模块（350），所述数据存储设备（340）将分析结果进一步发送至所述视频指挥系统平台控制终端（310）；所述视频指挥系统平台控制终端（310）根据排水管道影像数据、环境数据和3D增强现实融合图像，实时计算判断排水管道损坏情况、管道路径，生成测绘图纸信息，生成管道验收方案；所述测绘验收报告发布模块（350）接收来自所述视频指挥系统平台控制终端（310）的测绘、验收信息并对外发布；所述中控指挥系统（300）还包括通信模块（360），所述通信模块（360）与所述机器视觉成像检测系统（100）连接，并向所述机器视觉成像检测系统（100）发送远程控制管理指令。

5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉管道测绘的城市排水管道验收方法，其特征在于：所述环境数据具体包括管道压力数据、管道深度数据、管道温度数据和水流速数据。