CN109342424A - 一种基于视觉检测的道路排水管线踏勘方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于视觉检测的道路排水管线踏勘方法，包括机器视觉管线成像处理并采集复杂道路排水管线周围环境信号，实时生成道路排水管线影像数据；3D场景增强现实系统平台对道路排水管线影像数据构建3D场景图像，并生成3D增强现实融合图像；人机交互控制与机器视觉管线成像处理和3D场景增强现实系统平台连接，根据光环境自适应显示，用于远程控制机器视觉管线成像处理，根据道路排水管线的数据进行实时数据分析。本发明可以解决在道路排水管线踏勘中，照明条件复杂、实时指挥限制等多种难题。

Description

一种基于视觉检测的道路排水管线踏勘方法

技术领域

本发明涉及管线踏勘技术领域，尤其涉及一种基于视觉检测的道路排水管线踏勘方法。

背景技术

由于存在城区管区逐渐老化，容量不足、新城区雨水和污水混接或错接，所以去现场踏勘是十分有必要的。

现有的道路排水管线踏勘采用以下两种形式：人员到排水管线内踏勘，这种方式存在以下问题：到达排水管线距离受限，人员到管线内踏勘具有一定危险性，排水管线能见度低，排水管线环境可能存在缺少氧气的情况，专家很难实施现场指挥作业；另外一种是cctv（Closed Circuit Television的英文缩写）管内踏勘，这种方式存在以下问题：视角有限，转动位移操控困难，普通光学成像难以适应复杂管线环境；踏勘人员全方位了解排水管线实景困难。

综上，如何快速有效地进行管线实时在线探找管线情况，有的放矢地对排水管线踏勘形成有效的分析报告，一直是水利行业的难题。

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结构合理、成像清晰、噪音降低明显且灵敏可靠的基于视觉检测的道路排水管线踏勘方法。

为达到上述目的，本发明采用了如下技术方案。

一种基于视觉检测的道路排水管线踏勘方法，包括检测准备100、机器视觉管线成像处理200和人机交互控制300，具体包含如下步骤：

步骤一：所述检测准备100包括进行搜集资料110、检测设备调试120和准备实施130，所述搜集资料110包括对测区范围内排水管道的分布情况资料、排水管道的流向及管道内水位运行情况资料和踏勘路线资料，所述检测设备调试120包括采用的摄像头高度调整，灯光强度调整、爬行器满足不同口径的要求、设备具备放水防爆的能力；

步骤二：完成所述步骤一的检测准备100后，进行机器视觉管线成像200处理，所述机器视觉管线成像处理200包括图像采集和3D增强现实成像处理装置，所述图像采集包括供电模块211、图像采集模块212、信号转换模块213、微处理器214、定位模块215、第一有线通信模块216和第四有线通信模块217，所述图像采集模块212采集当前道路排水管线周围环境信号，所述信号转换模块213的输入端与所述图像采集模块212的输出端连接，将来自所述图像采集模块212的环境信号进行模拟-数字转换，生成数字信号形式的环境数据，进而转发至所述微处理器214；所述定位模块215获取所述机器视觉管线成像处理200的当前位置信息，并发送至所述微处理器214；所述微处理器214与所述信号转换模块213和所述定位模块215连接，用于接收来自定位模块215的当前位置信息以及对来自所述信号转换模块213的环境数据，采用深度学习和图像处理的方式实时生成道路排水管线影像数据，并通过所述第一有线通信模块216转发至所述3D增强现实成像处理装置；所述3D增强现实成像处理装置具体包括3D增强现实系统平台221、图像处理模块222、全景成像软件模块223、3D重建软件模块224、OSD信息叠加软件模块225和第二有线通信模块226，所述第二有线通信模块226与所述机器视觉管线成像200的第一有线通信模块216连接，用于接收道路排水管的线影像数据和环境数据，并发送至所述图像处理模块222；所述图像处理模块222的输入端与所述第二有线通信模块226的输出端连接，用于对所述道路排水管线影像数据进行图像处理，并将处理后的道路排水管线的影像数据发送至所述全景成像软件模块223；所述全景成像软件模块223生成道路排水管线全景图像数据，并发送至所述3D重建软件模块224；所述3D重建软件模块根据道路排水管线全景图像数据进行3D场景构建，并将构建后的3D场景图像发送至所述3D增强现实系统平台221；所述3D增强现实系统平台221同时与所述3D重建软件模块224、OSD信息叠加软件模块225连接，用于将构建的3D场景图像与环境数据中的多种管线信息进行增强现实处理，通过OSD信息叠加软件模块225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；

步骤三：所述步骤二中的机器视觉管线成像处理200的数据反馈传输到所述人机交互控制300，所述人机交互控制300包括视频控制终端310、数据分析处理模块330、数据存储设备340和踏勘报告模块350，所述视频控制终端310接收来自所述的机器视觉管线成像处理200的影像数据，发送至所述数据分析处理模块330进行处理分析，所述数据分析处理模块330对3D增强现实融合图像进行分类分析，并将图像和分析结果存储在所述数据存储设备340中，所述数据存储设备340将分析结果进一步发送至所述视频控制终端310，所述视频控制终端310根据接收到的排水管线影像数据、环境数据和3D增强现实融合图像，实时计算判断深水踏勘情况，最终通过所述踏勘报告模块350生成踏勘成果报告。

进一步的，所述图像采集模块212包括收发装置218、声呐219和测量传感器组件220，所述收发装置218与所述信号转换模块213的输入端相连，用于实现信号的接收和发送，并传输至所述信号转换模块213；所述声呐219与所述信号转换模块213的输入端相连，用于进行道路排水管线导航定位，并将超声波定位信号传输至所述信号转换模块213；所述测量传感器组件220与所述信号转换模块213的输入端相连，用于采集当前道路排水管线的图像信号和环境状态信号，并传输至所述信号转换模块213。

进一步的，所述人机交互控制300还包括第三有线通信模块360，所述第三有线通信模块360与所述机器视觉管线成像处理200的设备相连接并向其发送远程控制管理指令。

进一步的，所述环境数据包括排水管线压力数据、排水管线深度数据和排水管线温度数据。

上述文档中出现的英文缩写OSD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。

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）本技术方案可实现对道路排水管线的实时画面的高清晰度显示、多种信息同时可视化与远程操控指导等，最终提高道路排水管线的踏勘水平，从而保证对道路排水管线的全面了解，保护广大人民生命财产安全，提高建设单位服务水平和管理水平，提高整个社会的管理效益和社会效益；

（2）本技术方案还可应用于管内窥摄像检测上，以高清成像技术对排水管线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；

（3）本技术方案还结合设置了声呐与多传感器，提高图片清晰度以及增强现实可视化技术在图像上叠加管线信息等，来适应复杂的管线环境，准确测量，为岸上踏勘人员全方位的展示水下实景以帮助对道路排水管线的状况鉴别与现场指挥，并完成踏勘工作，从而加强对道路排水管线的踏勘调研，全面了解到道路排水管线现场情况；

（4）本技术方案还可以直观体现排水水流方向和管网网络拓扑关系，有利于以后检索、查找、统计和分析，为管网建成后的竣工提供验收依据，有利于建立起管网动态维护的机制，便于排水管线的数字化管理。

附图说明

图1为根据本发明的基于视觉检测的道路排水管线踏勘方法的整体结构框图。

图2为根据本发明的检测准备的结构框图。

图3为根据本发明的机器视觉管线成像处理中图像采集的结构框图。

图4为根据本发明的机器视觉管线成像处理中3D成像技术的结构框图。

图5为根据本发明的人机交互控制子技术的结构框图。

图中：100.检测准备；200.机器视觉管线成像处理；300.人机交互控制；110.搜集资料；120.检测设备调试；130.准备实施；211.供电模块；212.图像采集模块；213.信号转换模块；214.微处理器；215.定位模块；216.第一有线通信模块；217.第四有线通信模块；221.3D增强现实系统平台；222.图像处理模块；223.全景成像软件模块；224.3D重建软件模块；225.OSD信息叠加软件模块；226.第二有线通信模块；310.视频控制终端；330.数据分析处理模块；340.数据存储设备；350.踏勘报告模块。

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1-5所示，一种基于视觉检测的道路排水管线踏勘方法，包括检测准备100、机器视觉管线成像处理200和人机交互控制300，具体包含如下步骤：

步骤一：所述检测准备100包括进行搜集资料110、检测设备调试120和准备实施130，所述搜集资料110包括对测区范围内排水管道的分布情况资料、排水管道的流向及管道内水位运行情况资料和踏勘路线资料，所述检测设备调试120包括采用的摄像头高度调整，灯光强度调整、爬行器满足不同口径的要求、设备具备放水防爆的能力；

步骤二：完成所述步骤一的检测准备100后，进行机器视觉管线成像200处理，所述机器视觉管线成像处理200包括图像采集和3D增强现实成像处理装置，所述图像采集包括供电模块211、图像采集模块212、信号转换模块213、微处理器214、定位模块215、第一有线通信模块216和第四有线通信模块217，所述图像采集模块212采集当前道路排水管线周围环境信号，所述信号转换模块213的输入端与所述图像采集模块212的输出端连接，将来自所述图像采集模块212的环境信号进行模拟-数字转换，生成数字信号形式的环境数据，进而转发至所述微处理器214；所述定位模块215获取所述机器视觉管线成像处理200的当前位置信息，并发送至所述微处理器214；所述微处理器214与所述信号转换模块213和所述定位模块215连接，用于接收来自定位模块215的当前位置信息以及对来自所述信号转换模块213的环境数据，采用深度学习和图像处理的方式实时生成道路排水管线影像数据，并通过所述第一有线通信模块216转发至所述3D增强现实成像处理装置；所述3D增强现实成像处理装置具体包括3D增强现实系统平台221、图像处理模块222、全景成像软件模块223、3D重建软件模块224、OSD信息叠加软件模块225和第二有线通信模块226，所述第二有线通信模块226与所述机器视觉管线成像200的第一有线通信模块216连接，用于接收道路排水管的线影像数据和环境数据，并发送至所述图像处理模块222；所述图像处理模块222的输入端与所述第二有线通信模块226的输出端连接，用于对所述道路排水管线影像数据进行图像处理，并将处理后的道路排水管线的影像数据发送至所述全景成像软件模块223；所述全景成像软件模块223生成道路排水管线全景图像数据，并发送至所述3D重建软件模块224；所述3D重建软件模块根据道路排水管线全景图像数据进行3D场景构建，并将构建后的3D场景图像发送至所述3D增强现实系统平台221；所述3D增强现实系统平台221同时与所述3D重建软件模块224、OSD信息叠加软件模块225连接，用于将构建的3D场景图像与环境数据中的多种管线信息进行增强现实处理，通过OSD信息叠加软件模块225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；

步骤三：所述步骤二中的机器视觉管线成像处理200的数据反馈传输到所述人机交互控制300，所述人机交互控制300包括视频控制终端310、数据分析处理模块330、数据存储设备340和踏勘报告模块350，所述视频控制终端310接收来自所述的机器视觉管线成像处理200的影像数据，发送至所述数据分析处理模块330进行处理分析，所述数据分析处理模块330对3D增强现实融合图像进行分类分析，并将图像和分析结果存储在所述数据存储设备340中，所述数据存储设备340将分析结果进一步发送至所述视频控制终端310，所述视频控制终端310根据接收到的排水管线影像数据、环境数据和3D增强现实融合图像，实时计算判断深水踏勘情况，最终通过所述踏勘报告模块350生成踏勘成果报告。

所述图像采集模块212包括收发装置218、声呐219和测量传感器组件220，所述收发装置218与所述信号转换模块213的输入端相连，用于实现信号的接收和发送，并传输至所述信号转换模块213；所述声呐219与所述信号转换模块213的输入端相连，用于进行道路排水管线导航定位，并将超声波定位信号传输至所述信号转换模块213；所述测量传感器组件220与所述信号转换模块213的输入端相连，用于采集当前道路排水管线的图像信号和环境状态信号，并传输至所述信号转换模块213。所述人机交互控制300还包括第三有线通信模块360，所述第三有线通信模块360与所述机器视觉管线成像处理200的设备相连接并向其发送远程控制管理指令。所述环境数据包括排水管线压力数据、排水管线深度数据和排水管线温度数据。

本技术方案可以应用于管内窥摄像检测cctv（Closed Circuit Television的英文缩写）上。由管道机器人cctv配置基于视觉检测的道路排水管线踏勘技术，不论管道，均可进行实时在线探找变形、裂缝、渗流、淤堵等隐患，并将高清晰度图像视频信息上传，经由3D增强现实系统进行信息融合与场景三维重建，人机交互控制系统进行实时判断，计算、指挥、预警等。

本发明应用于排水管道检修和踏勘上，实现大排水管道检测视觉系统、专家可视化指挥作业及训练系统。本发明还可实现对排水管线踏勘的实时画面的高清晰度显示、多种信息同时可视化与岸上工作人员远程操控指导等，最终确使对排水管线安全管理的加强，从而保证管线的安全运行，保护广大人民生命财产安全，提高政府服务水平和管理水平，对维护整个水生态也具有积极意义。

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 (4)

1.一种基于视觉检测的道路排水管线踏勘方法，其特征在于：包括检测准备（100）、机器视觉管线成像处理（200）和人机交互控制（300），具体包含如下步骤：

步骤一：所述检测准备（100）包括进行搜集资料（110）、检测设备调试（120）和准备实施（130），所述搜集资料（110）包括对测区范围内排水管道的分布情况资料、排水管道的流向及管道内水位运行情况资料和踏勘路线资料，所述检测设备调试（120）包括采用的摄像头高度调整，灯光强度调整、爬行器满足不同口径的要求、设备具备放水防爆的能力；

步骤二：完成所述步骤一的检测准备（100）后，进行机器视觉管线成像（200）处理，所述机器视觉管线成像处理（200）包括图像采集和3D增强现实成像处理装置，所述图像采集包括供电模块（211）、图像采集模块（212）、信号转换模块（213）、微处理器（214）、定位模块（215）、第一有线通信模块（216）和第四有线通信模块（217），所述图像采集模块（212）采集当前道路排水管线周围环境信号，所述信号转换模块（213）的输入端与所述图像采集模块（212）的输出端连接，将来自所述图像采集模块（212）的环境信号进行模拟-数字转换，生成数字信号形式的环境数据，进而转发至所述微处理器（214）；所述定位模块（215）获取所述机器视觉管线成像处理（200）的当前位置信息，并发送至所述微处理器（214）；所述微处理器（214）与所述信号转换模块（213）和所述定位模块（215）连接，用于接收来自定位模块（215）的当前位置信息以及对来自所述信号转换模块（213）的环境数据，采用深度学习和图像处理的方式实时生成道路排水管线影像数据，并通过所述第一有线通信模块（216）转发至所述3D增强现实成像处理装置；所述3D增强现实成像处理装置具体包括3D增强现实系统平台（221）、图像处理模块（222）、全景成像软件模块（223）、3D重建软件模块（224）、OSD信息叠加软件模块（225）和第二有线通信模块（226），所述第二有线通信模块（226）与所述机器视觉管线成像（200）的第一有线通信模块（216）连接，用于接收道路排水管的线影像数据和环境数据，并发送至所述图像处理模块（222）；所述图像处理模块（222）的输入端与所述第二有线通信模块（226）的输出端连接，用于对所述道路排水管线影像数据进行图像处理，并将处理后的道路排水管线的影像数据发送至所述全景成像软件模块（223）；所述全景成像软件模块（223）生成道路排水管线全景图像数据，并发送至所述3D重建软件模块（224）；所述3D重建软件模块根据道路排水管线全景图像数据进行3D场景构建，并将构建后的3D场景图像发送至所述3D增强现实系统平台（221）；所述3D增强现实系统平台（221）同时与所述3D重建软件模块（224）、OSD信息叠加软件模块（225）连接，用于将构建的3D场景图像与环境数据中的多种管线信息进行增强现实处理，通过OSD信息叠加软件模块（225）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；

步骤三：所述步骤二中的机器视觉管线成像处理（200）的数据反馈传输到所述人机交互控制（300），所述人机交互控制（300）包括视频控制终端（310）、数据分析处理模块（330）、数据存储设备（340）和踏勘报告模块（350），所述视频控制终端（310）接收来自所述的机器视觉管线成像处理（200）的影像数据，发送至所述数据分析处理模块（330）进行处理分析，所述数据分析处理模块（330）对3D增强现实融合图像进行分类分析，并将图像和分析结果存储在所述数据存储设备（340）中，所述数据存储设备（340）将分析结果进一步发送至所述视频控制终端（310），所述视频控制终端（310）根据接收到的排水管线影像数据、环境数据和3D增强现实融合图像，实时计算判断深水踏勘情况，最终通过所述踏勘报告模块（350）生成踏勘成果报告。

2.根据权利要求1所述的一种基于视觉检测的道路排水管线踏勘方法，其特征在于：所述图像采集模块（212）包括收发装置（218）、声呐（219）和测量传感器组件（220），所述收发装置（218）与所述信号转换模块（213）的输入端相连，用于实现信号的接收和发送，并传输至所述信号转换模块（213）；所述声呐（219）与所述信号转换模块（213）的输入端相连，用于进行道路排水管线导航定位，并将超声波定位信号传输至所述信号转换模块（213）；所述测量传感器组件（220）与所述信号转换模块（213）的输入端相连，用于采集当前道路排水管线的图像信号和环境状态信号，并传输至所述信号转换模块（213）。

3.根据权利要求1所述的一种基于视觉检测的道路排水管线踏勘方法，其特征在于：所述人机交互控制（300）还包括第三有线通信模块（360），所述第三有线通信模块（360）与所述机器视觉管线成像处理（200）的设备相连接并向其发送远程控制管理指令。

4.根据权利要求1所述的一种基于视觉检测的道路排水管线踏勘方法，其特征在于：所述环境数据包括排水管线压力数据、排水管线深度数据和排水管线温度数据。