CN112113150A - 一种基于5g通信的管道检测系统及其远程控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于5G通信的管道检测系统及其远程控制方法，该管道检测系统包括：多台管道检测机器人，每台管道检测机器人布置于相应一条待检测管道内并且每台管道检测机器人中均设有特征采集模块及5G传输模块；多个5G微基站，其布置于管道网络系统的周边，用于增强管道网络系统范围内的5G信号覆盖范围和强度；以及云服务平台，其包括云接收模块、云计算模块，所述云接收模块通过所述5G微基站与任意一台管道检测机器人上的5G传输模块建立通讯连接。根据本发明，其能够对管道内部异常情况的智能识别判断，并可协调多个管道检测机器人对异常位置进行确认，进一步降低异常误报率，节省了人工检测成本，提高了系统智能性。

Description

一种基于5G通信的管道检测系统及其远程控制方法

技术领域

本发明涉及管道检测领域，特别涉及一种基于5G通信的管道检测系统及其远程控制方法。

背景技术

随着工业化和城市化的进程不断加快，管道网络系统已广泛应用于工业现场和城市规划建设中，由于管道网络系统承受的压力不断加大，工业现场管道网络系统暴露于恶劣环境，长期使用后极易出现腐蚀损坏、疲劳破坏或者管道内部潜在的缺陷发展成破损造成泄漏事故等，任何管网的事故都将可能导致严重的生产事故或环境大气污染，造成重大的损失。

目前，多数管网采用人工定期进行检修和维护，但是由于许多管网部署于工人难以到达的位置，如埋于地下的管网系统或者存在严重污染的管网系统，需要开挖部分管道位置进行抽检，其检修难度、检修人员的安全隐患及工作量都极大。此外，对于十分重要的绝对不允许产生泄漏事故的管道通常采用定期或者提前报废的方式，这必然导致重大的人力物力损失。因此实现对管道内异常检测智能化是十分必要的，是一项十分重要的实用工程。

国内外科研机构和研究人员提出了一些管道检测机器人结构设计，但由于管道检测机器人采集信息多样化，单位时间数据量较大，存在远程控制和数据传送的问题需要解决。

有鉴于此，实有必要开发一种基于5G通信的管道检测系统及其远程控制方法，用以解决数据传送不畅及远程控制不便的问题。

发明内容

为了克服传统管道检测机器人所存在的问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够提高数据传送效率的基于5G通信的管道检测系统。

就管道检测系统，本发明为解决上述技术问题的基于5G通信的管道检测系统包括：

多台管道检测机器人，每台管道检测机器人布置于相应一条待检测管道内并且每台管道检测机器人中均设有特征采集模块及5G传输模块；

多个5G微基站，其布置于管道网络系统的周边，用于增强管道网络系统范围内的5G信号覆盖范围和强度；以及

云服务平台，其包括云接收模块、云计算模块，所述云接收模块通过所述5G微基站与任意一台管道检测机器人上的5G传输模块建立通讯连接；

其中，所述云接收模块用于接收每台管道检测机器人上的特征采集模块所采集的管道内部特征数据后，所述云计算模块调用相应5G微基站的坐标信息，并根据该管道检测机器人与该5G微基站之间的相对坐标信息计算出该管道检测机器人的绝对坐标信息，所述云计算模块根据该管道检测机器人的绝对坐标信息来适配相应坐标的待检测管道，所述云计算模块将该管道内部特征数据与该管道内部初始特征数据进行比对计算，以判断该待检测管道是否存在内部缺陷。

可选的，定义除当前管道检测机器人的其余管道检测机器人为管道复检机器人，所述云服务平台还包括云控制模块，若所述云计算模块的比对计算结果为该管道存在内部缺陷，则所述云控制模块向该管道检测机器人附近的至少一台管道复检机器人发送复检信号，所述管道复检机器人接收到该复检信号后向该管道的缺陷位置移动。

可选的，每台管道检测机器人的所述特征采集模块包括：

图像采集单元，其用于采集管道内的图像信息；

AD转换单元，其用于将图像采集单元采集的模拟量信号转化为数字量信号；

放大单元，其用于将数字量信号进行放大；

滤波单元，其用于将放大后的数字量信号进行滤波处理；以及

定位单元，其用于记录当前管道检测机器人在管道内的运动距离并实时定位与相应5G微基站之间的所述相对坐标信息。

可选的，每台所述管道检测机器人还包括：

微云台，其用于稳定安装所述图像采集单元；以及

气囊，其成对地设于管道检测机器人的相对外侧，当所述管道检测机器人处于管道内的期望检测位置时，气囊充气膨胀，使得所述管道检测机器人人被其两侧的气囊稳固地夹设于管道内。

可选的，所述云服务平台还包括智能显示终端，其用于显示任意一台管道检测机器人的运动状态、任意一台管道检测机器人所采集的管道内部特征数据及所述管道网络系统的整体缺陷信息。

与此相应，本发明另一个要解决的技术问题是提供一种能够提高远程控制便捷性的基于5G通信的管道检测系统的远程控制方法。

就远程控制方法而言，本发明为解决上述技术问题的基于5G通信的管道检测系统的远程控制方法包括如下步骤：

步骤S1，任意一台管道检测机器人上的所述特征采集模块采集相应管道内的内部特征数据后，将该内部特征数据依次通过的5G传输模块及相应的5G微基站传输给所述云服务平台的云接收模块；

步骤S2，所述云接收模块接收到相应的管道内部特征数据后，所述云计算模块调用相应5G微基站的坐标信息，并根据该管道检测机器人与该5G微基站之间的相对坐标信息计算出该管道检测机器人的绝对坐标信息；

步骤S3，所述云计算模块根据该管道检测机器人的绝对坐标信息来适配相应坐标的待检测管道；

步骤S4，所述云计算模块将该管道内部特征数据与该管道内部初始特征数据进行比对计算，以判断该待检测管道是否存在内部缺陷。

可选的，定义除当前管道检测机器人的其余管道检测机器人为管道复检机器人，所述云服务平台还包括云控制模块，步骤S4之后还包括：

步骤S5，当所述云计算模块的比对计算结果为该管道存在内部缺陷，则所述云控制模块向该管道检测机器人附近的至少一台管道复检机器人发送复检信号；

步骤S6，所述管道复检机器人接收到该复检信号后向该管道的缺陷位置移动，所述管道复检机器人到达该管道的缺陷位置后，其上的特征采集模块开始对该缺陷位置展开如步骤S1～S3所述的复检步骤；

步骤S7，所述云计算模块将复检步骤中采集的管道内部特征数据与该管道内部初始特征数据进行比对计算，以判断该待检测管道是否确实存在内部缺陷；

步骤S8，当所述云计算模块的比对计算结果判断为该管道确实存在内部缺陷，则该云计算模块将该管道标记为存在缺陷。

可选的，所述云服务平台还包括智能显示终端，步骤S8之后还包括：

步骤S9：所述云计算模块将该管道及该管道的缺陷位置在智能显示终端进行标记并显示。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：由于其通过5G通讯网络，提高了数据传输效率，也提高了成像质量，提升了管道网络系统的内部缺陷检测效率，降低了误检率。

上述技术方案中的另一个技术方案具有如下优点或有益效果：由于其通过5G通讯网络联合云服务平台控制数据的传输及计算，提高了检测数据计算效率，并最终提高了对于复杂管道网络系统内部缺陷的检测便捷性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制，其中：

图1为根据本发明一个实施方式提出的基于5G通信的管道检测系统中管道检测机器人的结构示意简图，其中101为气囊，102为螺旋轮，103为机器人内仓；

图2为根据本发明一个实施方式提出的基于5G通信的管道检测系统的组织架构；

图3为根据本发明一个实施方式提出的基于5G通信的管道检测系统的工作流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在附图中，为清晰起见，可对形状和尺寸进行放大，并将在所有图中使用相同的附图标记来指示相同或相似的部件。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在下列描述中，诸如中心、厚度、高度、长度、前部、背部、后部、左边、右边、顶部、底部、上部、下部等用词是相对于各附图中所示的构造进行定义的，特别地，“高度”相当于从顶部到底部的尺寸，“宽度”相当于从左边到右边的尺寸，“深度”相当于从前到后的尺寸，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化，所以，也不应当将这些或者其他的方位用于解释为限制性用语。

涉及附接、联接等的术语(例如，“连接”和“附接”)是指这些结构通过中间结构彼此直接或间接固定或附接的关系、以及可动或刚性附接或关系，除非以其他方式明确地说明。

实施例一

参照图1，本实施例揭示了一种基于5G通信的管道检测系统，用以采集管道内部信息并智能识别内部缺陷位置，并协调多台管道检测机器人对全部管道进行缺陷检测，其主要包括：管道检测机器人、5G微基站、智能手持终端、云服务平台，下面具体介绍各组成部分。

具体地，所述基于5G通信的管道检测系统包括：

多台管道检测机器人，每台管道检测机器人布置于相应一条待检测管道内并且每台管道检测机器人中均设有特征采集模块及5G传输模块，特征采集模块可以采集管道内的图像特征、温度特征等特征信息；

多个5G微基站，其布置于管道网络系统的周边，用于增强管道网络系统范围内的5G信号覆盖范围和强度；以及

云服务平台，其包括云接收模块、云计算模块，所述云接收模块通过所述5G微基站与任意一台管道检测机器人上的5G传输模块建立通讯连接；

其中，所述云接收模块用于接收每台管道检测机器人上的特征采集模块所采集的管道内部特征数据后，所述云计算模块调用相应5G微基站的坐标信息，并根据该管道检测机器人与该5G微基站之间的相对坐标信息计算出该管道检测机器人的绝对坐标信息，所述云计算模块根据该管道检测机器人的绝对坐标信息来适配相应坐标的待检测管道，所述云计算模块将该管道内部特征数据与该管道内部初始特征数据进行比对计算，以判断该待检测管道是否存在内部缺陷。

进一步地，定义除当前管道检测机器人的其余管道检测机器人为管道复检机器人，所述云服务平台还包括云控制模块，若所述云计算模块的比对计算结果为该管道存在内部缺陷，则所述云控制模块向该管道检测机器人附近的至少一台管道复检机器人发送复检信号，所述管道复检机器人接收到该复检信号后向该管道的缺陷位置移动。

进一步地，每台管道检测机器人的所述特征采集模块包括：

图像采集单元，其用于采集管道内的图像信息；

AD转换单元，其用于将图像采集单元采集的模拟量信号转化为数字量信号；

放大单元，其用于将数字量信号进行放大；

滤波单元，其用于将放大后的数字量信号进行滤波处理；以及

定位单元，其用于记录当前管道检测机器人在管道内的运动距离并实时定位与相应5G微基站之间的所述相对坐标信息。

参照图1，每台所述管道检测机器人还包括：

微云台，其用于稳定安装所述图像采集单元；以及

气囊，其成对地设于管道检测机器人的相对外侧，当所述管道检测机器人处于管道内的期望检测位置时，气囊充气膨胀，使得所述管道检测机器人人被其两侧的气囊稳固地夹设于管道内。

进一步地，所述云服务平台还包括与云控制模块建立通讯连接的智能显示终端，其用于显示任意一台管道检测机器人的运动状态、任意一台管道检测机器人所采集的管道内部特征数据及所述管道网络系统的整体缺陷信息。所述智能显示终端可以为智能手持终端，其用于向管网检测现场工作人员提供经云服务平台处理后的管网图像信息，并具备紧急停止和手动更改管道检测机器人运动路径能力，实现管网检测全覆盖。

以上介绍了基于5G通信的管道检测系统，本实施例在揭示上述系统的同时，结合实际应用案例一并揭示了与此系统相适配的远程控制方法，请参照图3，在待检测管道网络系统现场，工作人员将5G微基站部署于管道网络系统周边，确保管网范围内信号高强度全覆盖，按照管网结构，在管网多位置置入多检测机器人，具体地，基于5G通信的管道检测系统的远程方法包括如下步骤：

步骤S1，任意一台管道检测机器人上的所述特征采集模块采集相应管道内的内部特征数据后，将该内部特征数据依次通过的5G传输模块及相应的5G微基站传输给所述云服务平台的云接收模块；

步骤S2，所述云接收模块接收到相应的管道内部特征数据后，所述云计算模块调用相应5G微基站的坐标信息，并根据该管道检测机器人与该5G微基站之间的相对坐标信息计算出该管道检测机器人的绝对坐标信息；

步骤S3，所述云计算模块根据该管道检测机器人的绝对坐标信息来适配相应坐标的待检测管道；

步骤S4，所述云计算模块将该管道内部特征数据与该管道内部初始特征数据进行比对计算，以判断该待检测管道是否存在内部缺陷。

进一步地，定义除当前管道检测机器人的其余管道检测机器人为管道复检机器人，所述云服务平台还包括云控制模块，步骤S4之后还包括：

步骤S5，当所述云计算模块的比对计算结果为该管道存在内部缺陷，则所述云控制模块向该管道检测机器人附近的至少一台管道复检机器人发送复检信号；

步骤S6，所述管道复检机器人接收到该复检信号后向该管道的缺陷位置移动，所述管道复检机器人到达该管道的缺陷位置后，其上的特征采集模块开始对该缺陷位置展开如步骤S1～S3所述的复检步骤；

步骤S7，所述云计算模块将复检步骤中采集的管道内部特征数据与该管道内部初始特征数据进行比对计算，以判断该待检测管道是否确实存在内部缺陷；

步骤S8，当所述云计算模块的比对计算结果判断为该管道确实存在内部缺陷，则该云计算模块将该管道标记为存在缺陷。

进一步地，所述云服务平台还包括智能显示终端，步骤S8之后还包括：

步骤S9：所述云计算模块将该管道及该管道的缺陷位置在智能显示终端进行标记并显示。

在具体的应用过程中，可以将智能手持终端作为智能显示终端，所述智能手持终端设备在管道检测机器人安装完毕后，同时初始化多台管道检测机器人并启动所有管道检测机器人，在管道检测机器人运行过程中，可通过智能设备终端查看管网结构图和指定管道检测机器人采集的管内图像以及所有管道检测机器人运行状态等，也可通过手动引导设置某个管道检测机器人的运动路径来确保管道检测全覆盖，并可通过终端紧急停止单个或者多个检测机器人运动，以应对紧急突发事件。

所述管道检测机器人内置高精度位姿传感器、编码器、线阵CCD、LED阵列、5G芯片等模块，管道检测机器人在管道内运动将采集的管道内部特征信息通过5G传输网络传输至云服务平台。

所述云服务平台在获取管道检测机器人发送的管道内部特征信息后，按标签对每台管道检测机器人发送的信息进行分类处理，首先根据管道检测机器人的位姿传感器信息、编码器信息和线阵CCD信息构建管道网络结构图；然后将处理后的线阵CCD信息作为智能异常检测算法的输入，由智能异常检测算法检测该位置处管道是否存在异常，若不存在异常，则根据该检测机器人的位姿信息和线阵CCD信息确定检测机器人的控制指令，远程自动规划检测机器人的运动路径；若存在异常，则协调该检测机器人附近的其他检测机器人，运动至异常位置进行复检。参照图1，管道检测机器人螺旋轮102两端的气囊101充气，将管道检测机器人固定于目标位置的管道内部，稳定拍摄目标区域的管内图像，进一步确认管内是否存在异常情况。

综上所述，本实施例提出的基于5G通信的管道检测系统及远程控制方法，可实现对多个管道检测机器人的远程操控和数据采集、传输。利用云服务平台的计算能力强、存储数据量大等特点，实现多台管道检测机器人低延迟远程操控和管道历史数据存储，将智能异常识别算法和机器人协同运动控制算法部署于云服务平台，实现了管道异常情况的智能识别判断，并可协调多个管道检测机器人对异常位置进行确认，进一步降低异常误报率，节省了人工检测成本，提高了系统智能性。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

本文中所描述的不同实施方案的零部件可经组合以形成上文未具体陈述的其它实施例。零部件可不考虑在本文中所描述的结构内而不会不利地影响其操作。此外，各种单独零部件可被组合成一或多个个别零部件以执行本文中所描述的功能。

此外，尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种基于5G通信的管道检测系统，用于检测管道网络系统中任一条管道的内部缺陷，其特征在于，包括：

多台管道检测机器人，每台管道检测机器人布置于相应一条待检测管道内并且每台管道检测机器人中均设有特征采集模块及5G传输模块；

多个5G微基站，其布置于管道网络系统的周边，用于增强管道网络系统范围内的5G信号覆盖范围和强度；以及

云服务平台，其包括云接收模块、云计算模块，所述云接收模块通过所述5G微基站与任意一台管道检测机器人上的5G传输模块建立通讯连接；

其中，所述云接收模块用于接收每台管道检测机器人上的特征采集模块所采集的管道内部特征数据后，所述云计算模块调用相应5G微基站的坐标信息，并根据该管道检测机器人与该5G微基站之间的相对坐标信息计算出该管道检测机器人的绝对坐标信息，所述云计算模块根据该管道检测机器人的绝对坐标信息来适配相应坐标的待检测管道，所述云计算模块将该管道内部特征数据与该管道内部初始特征数据进行比对计算，以判断该待检测管道是否存在内部缺陷。

2.如权利要求1所述的基于5G通信的管道检测系统，其特征在于，定义除当前管道检测机器人的其余管道检测机器人为管道复检机器人，所述云服务平台还包括云控制模块，若所述云计算模块的比对计算结果为该管道存在内部缺陷，则所述云控制模块向该管道检测机器人附近的至少一台管道复检机器人发送复检信号，所述管道复检机器人接收到该复检信号后向该管道的缺陷位置移动。

3.如权利要求1所述的基于5G通信的管道检测系统，其特征在于，每台管道检测机器人的所述特征采集模块包括：

图像采集单元，其用于采集管道内的图像信息；

AD转换单元，其用于将图像采集单元采集的模拟量信号转化为数字量信号；

放大单元，其用于将数字量信号进行放大；

滤波单元，其用于将放大后的数字量信号进行滤波处理；以及

定位单元，其用于记录当前管道检测机器人在管道内的运动距离并实时定位与相应5G微基站之间的所述相对坐标信息。

4.如权利要求3所述的基于5G通信的管道检测系统，其特征在于，每台所述管道检测机器人还包括：

微云台，其用于稳定安装所述图像采集单元；以及

气囊，其成对地设于管道检测机器人的相对外侧，当所述管道检测机器人处于管道内的期望检测位置时，气囊充气膨胀，使得所述管道检测机器人人被其两侧的气囊稳固地夹设于管道内。

5.如权利要求1～4任一项所述的基于5G通信的管道检测系统，其特征在于，所述云服务平台还包括智能显示终端，其用于显示任意一台管道检测机器人的运动状态、任意一台管道检测机器人所采集的管道内部特征数据及所述管道网络系统的整体缺陷信息。

6.一种如权利要求1～4任一项所述的基于5G通信的管道检测系统的远程控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，任意一台管道检测机器人上的所述特征采集模块采集相应管道内的内部特征数据后，将该内部特征数据依次通过的5G传输模块及相应的5G微基站传输给所述云服务平台的云接收模块；

步骤S2，所述云接收模块接收到相应的管道内部特征数据后，所述云计算模块调用相应5G微基站的坐标信息，并根据该管道检测机器人与该5G微基站之间的相对坐标信息计算出该管道检测机器人的绝对坐标信息；

步骤S3，所述云计算模块根据该管道检测机器人的绝对坐标信息来适配相应坐标的待检测管道；

步骤S4，所述云计算模块将该管道内部特征数据与该管道内部初始特征数据进行比对计算，以判断该待检测管道是否存在内部缺陷。

7.如权利要求6所述的基于5G通信的管道检测系统的远程控制方法，其特征在于，定义除当前管道检测机器人的其余管道检测机器人为管道复检机器人，所述云服务平台还包括云控制模块，步骤S4之后还包括：

步骤S5，当所述云计算模块的比对计算结果为该管道存在内部缺陷，则所述云控制模块向该管道检测机器人附近的至少一台管道复检机器人发送复检信号；

步骤S6，所述管道复检机器人接收到该复检信号后向该管道的缺陷位置移动，所述管道复检机器人到达该管道的缺陷位置后，其上的特征采集模块开始对该缺陷位置展开如步骤S1～S3所述的复检步骤；

步骤S7，所述云计算模块将复检步骤中采集的管道内部特征数据与该管道内部初始特征数据进行比对计算，以判断该待检测管道是否确实存在内部缺陷；

步骤S8，当所述云计算模块的比对计算结果判断为该管道确实存在内部缺陷，则该云计算模块将该管道标记为存在缺陷。

8.如权利要求7所述的基于5G通信的管道检测系统的远程控制方法，其特征在于，所述云服务平台还包括智能显示终端，步骤S8之后还包括：

步骤S9：所述云计算模块将该管道及该管道的缺陷位置在智能显示终端进行标记并显示。

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