无人自主定航潜水器地下管道检测方法

本发明属于通水管道检测技术，可应用于日常管道维护和检修，具体为无人自主定航潜水器地下管道检测方法。

背景技术：

1、给排水管道承载着饮用水、雨水、污水以及供热供暖水等重要功能。然而给排水管道长期使用会因四周土体沉降、周围地下水位变化、管道腐蚀等因素的影响出现管道裂缝、管道老化以及管道变形等问题。因此，需要定期对给排水管道进行检测与维护。目前用于给排水管道检测的方法主要分为人工检测和探测仪器检测。人工检测主要是人工定期巡检，费时费力且效率低下。探测仪器检测的相关技术有很多，例如专利申请号为cn202310563494.3的专利文献，公开了一种管道检测机器人及其使用方法，包括机体；探照灯，探照灯设置有多个，多个探照灯固定连接于机体的侧端，机体的侧端固定有摄像头；偏转机构，偏转机构设置于机体的侧端；驱动轮，驱动轮设置有多个，多个驱动轮呈圆周分布于机体圆周外表面；调节机构，所述调节机构设置有多组，多组所述调节机构与多个驱动轮相连接；利用本发明，当管道检测机器人在管道内前进遇到管道破损处时，对于管道破损处存在缺口堆积异物或管道向外突出、内陷导致的管径变形等情况时，可使得管道检测机器与管道内壁相贴合移动，从而可使管道检测机器人可以绕过管道内的破损处及堆积异物，避免管道分段多次检测，减少管道检测工作量。该专利文献主要是通过摄像头采集管道内的图像数据，通过图像数据判断管道内是否有破损及堆积异物，但是图像数据对于管道产生的变形很难直观观察到，尤其对于局部微小的管道变形，通过采集的局部管道图像是识别不到的，导致无法准确检测到管道的变形。

技术实现思路

1、针对上述所描述的，现有技术中存在仅通过采集的局部管道图像数据无法准确检测到管道的变形的技术问题，本发明提出了无人自主定航潜水器地下管道检测方法。

2、本发明主要是利用分布在无人自主定航潜水器上的激光测距仪测量激光发射端至管道内壁面之间的距离，从而计算管道的横向内径和竖向内径，并对比横向内径和竖向内径从而判断管道是否存在异常。本发明主要适用于直径为1.5米以上的横向布置管道。

3、为了解决上述问题，本发明的技术方案如下：

4、无人自主定航潜水器地下管道检测方法，包括以下步骤：

5、1)在主无人自主定航潜水器上沿管道本体的径向设置激光测距仪，将搭载有激光测距仪的主无人自主定航潜水器沿着管道本体的检修井下放至管道本体内；

6、2)通过激光测距仪实时检测激光测距仪至管道本体内壁顶端的相位差δφ1、激光测距仪至管道本体内壁底端的相位差δφ2、激光测距仪至管道本体一侧部内壁的相位差δφ3以及激光测距仪至管道本体另一侧部内壁的相位差δφ4，形成距离数据并发给控制器；

7、3)控制器接收距离数据，并根据距离数据计算管道本体的横向内径和管道本体的竖向内径，将管道本体的横向内径和管道本体的竖向内径对比，判断管道本体是否存在异常。

8、进一步限定，所述步骤1)具体为：

9、1.1)沿管道本体的径向分别在主无人自主定航潜水器的顶部、主无人自主定航潜水器的底部、主无人自主定航潜水器的相对两侧部设置激光测距仪，其中，主无人自主定航潜水器顶部的激光测距仪对应的激光发射端与主无人自主定航潜水器底部的激光测距仪对应的激光发射端处于管道本体的同一直径上，主无人自主定航潜水器相对两侧部的激光测距仪对应的激光发射端处于管道本体的同一直径上；

10、1.2)将搭载有激光测距仪的主无人自主定航潜水器沿着管道本体的检修井下放至管道本体内。

11、进一步限定，所述步骤2)具体为：

12、通过主无人自主定航潜水器顶部的激光测距仪实时检测激光测距仪至管道本体内壁顶端的相位差δφ1；通过主无人自主定航潜水器的底部激光测距仪实时检测激光测距仪至管道本体内壁底端的相位差δφ2；通过主无人自主定航潜水器相对两侧部的激光测距仪分别检测激光测距仪至管道本体一侧部内壁的相位差δφ3和激光测距仪至管道本体另一侧部内壁的相位差δφ4，形成距离数据并发给控制器。

13、进一步限定，所述步骤3)具体为：

14、3.1)控制器接收距离数据；

15、3.2)控制器根据距离数据计算管道本体的横向内径和管道本体的竖向内径；

16、其中，管道本体的竖向内径的计算公式为：

17、d竖＝l1+l2+h

18、

19、

20、式中，d竖为管道本体的竖向内径，单位：㎜；l1为激光测距仪至管道本体内壁顶端的距离，单位：㎜；l2为激光测距仪至管道本体内壁底端的距离，单位：㎜；h为测激光测距仪的高度，单位：㎜；δφ1为激光测距仪至管道本体内壁顶端的相位差，单位，弧度；δφ2为激光测距仪至管道本体内壁底端的相位差，单位，弧度；c为激光在介质中的光速，单位：m/s；α为激光在介质中的衰减系数，单位：1/m；f为激光的频率，单位，hz；

21、管道本体的横向内径的计算公式为：

22、d横＝l3+l4+b

23、

24、

25、d横为管道本体的横向内径，单位：㎜；l3为激光测距仪至管道本体一侧部内壁的距离，单位：㎜；l4为激光测距仪至管道本体另一侧部内壁的距离，单位：㎜；b为测激光测距仪的宽度，单位：㎜；δφ3为激光测距仪、至管道本体一侧部内壁的相位差，单位，弧度；δφ4为激光测距仪至管道本体另一侧部内壁的相位差，单位，弧度；c为激光在介质中的光速，单位：m/s；α为激光在介质中的衰减系数，单位：1/m；f为激光的频率，单位，hz；

26、3.3)对比管道本体的竖向内径和管道本体的横向内径，若管道本体的竖向内径和管道本体的横向内径相同，则管道本体不存在异常；若管道本体的竖向内径和管道本体的横向内径不相同，则管道本体存在异常。

27、进一步限定，所述步骤1.1)还包括：在主无人自主定航潜水器的头部和尾部分别搭载激光测距仪；在从无人自主定航潜水器上搭载信号中继器；在管道本体的相邻两个检修井处均安装激光反光板，其中，一个检修井处的激光反光板用于接收主无人自主定航潜水器头部的激光测距仪发送的激光，另一个检修井处的激光反光板用于接收主无人自主定航潜水器尾部的激光测距仪发送的激光；

28、主无人自主定航潜水器上的激光测距仪与从无人自主定航潜水器上的信号中继器无线连接；

29、所述步骤1.2)还包括：将搭载有激光测距仪的主无人自主定航潜水器和搭载有信号中继器的从无人自主定航潜水器先后沿着管道本体的检修井下放至管道本体内；使从无人自主定航潜水器位于主无人自主定航潜水器之下，以不遮挡激光测距仪向激光反光板发射激光为宜。

30、进一步限定，所述从无人自主定航潜水器有n个，n个从无人自主定航潜水器上均搭载有信号中继器，且n个从无人自主定航潜水器上的信号中继器自前往后依次级联。

31、进一步限定，所述步骤1.1)还包括：在主无人自主定航潜水器上搭载图像采集装置。

32、进一步限定，所述步骤2)还包括：

33、通过主无人自主定航潜水器头部的激光测距仪检测主无人自主定航潜水器头部至激光反光板的相位差δφ5，或通过主无人自主定航潜水器尾部的激光测距仪检测主无人自主定航潜水器尾部至激光反光板的相位差δφ6，形成定位数据；

34、通过图像采集装置实时采集管道本体内壁的图像数据；

35、将距离数据、定位数据以及图像数据通过信号中继器发送给控制器。

36、进一步限定，所述步骤3)还包括3.4)：控制器接收定位数据，并计算主无人自主定航潜水器前进的距离，具体计算过程为：

37、当通过主无人自主定航潜水器头部的激光测距仪检测主无人自主定航潜水器头部至激光反光板的相位差δφ5时，主无人自主定航潜水器前进的距离为：

38、

39、式中，l5为主无人自主定航潜水器前进的距离，单位：㎜；l为相邻两个检修井之间的距离，单位：㎜；δφ5为主无人自主定航潜水器头部至对应激光反光板的相位差，单位：弧度；c为激光在介质中的光速，单位：m/s；α为激光在介质中的衰减系数，单位：1/m；f为激光的频率，单位，hz；a为主无人自主定航潜水器的长度，单位：㎜；

40、当通过主无人自主定航潜水器尾部的激光测距仪检测主无人自主定航潜水器尾部至激光反光板的相位差δφ6时，主无人自主定航潜水器前进的距离为：

41、

42、式中，l5为主无人自主定航潜水器前进的距离，单位：㎜；δφ6为主无人自主定航潜水器尾部至对应激光反光板的相位差，单位：弧度；c为激光在介质中的光速，单位：m/s；α为激光在介质中的衰减系数，单位：1/m；f为激光的频率，单位，hz。

43、进一步限定，所述步骤3)还包括3.5)：控制器接收图像数据，当管道本体存在异常时，对图像数据进行处理，判断异常原因；

44、所述图像数据处理过程为：

45、3.5.1)获取管道本体的多个异常图像以及管道本体的多个正常图像，对管道本体的多个异常图像以及管道本体的多个正常图像进行预处理；

46、3.5.2)将预处理后的多个异常图像以及多个正常图像导入神经网络模型中，对神经网络模型进行训练，训练过程中采用梯度下降优化算法调整神经网络模型的参数，使得神经网络模型具备识别管道本体缺陷的能力，形成判断模型；

47、3.5.3)将图像数据导入判断模型中，通过判断模型判断管道本体的异常原因。

48、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

49、1、本发明无人自主定航潜水器地下管道检测方法，其在主无人自主定航潜水器上搭载激光测距仪，通过激光测距仪检测激光测距仪至管道本体内壁顶端的相位差、激光测距仪至管道本体内壁底端的相位差、激光测距仪至管道本体一侧部内壁的相位差以及激光测距仪至管道本体另一侧部内壁的相位差，形成距离数据，根据距离数据计算管道本体的横向内径和管道本体的竖向内径；对比管道本体的横向内径和管道本体的竖向内径，从而判断管道本体是否存在异常，利用距离数据计算结果判断管道本体是否存在异常，相比于简单的图像数据判断，其不仅能够识别管道本体内是否存在裂缝和管道本体内是否存在异物，还能够精准识别管道本体产生的微小变形。判断管道本体是否存在异常时的结果更准确，能够识别图像数据识别不了的缺陷。

50、2、将主无人自主定航潜水器顶部的激光测距仪对应的激光发射端与主无人自主定航潜水器底部的激光测距仪对应的激光发射端处于同一直线上，主无人自主定航潜水器相对两侧部的激光测距仪对应的激光发射端处于同一直线上，使得测量的管道本体的顶部相位差和管道本体的底部相位差在管道本体的同一径向尺寸上，管道本体的两侧部相位差在同一径向尺寸上，确保测量数据的精准度。

51、3、本发明在主无人自主定航潜水器的头部和尾部分别搭载激光测距仪，用于测量主无人自主定航潜水器头部至激光反光板的相位差或主无人自主定航潜水器尾部至激光反光板的相位差，通过该相位差计算主无人自主定航潜水器的前进距离，实现对主无人自主定航潜水器的定位。

52、4、本发明在主无人自主定航潜水器还搭载有图像采集装置，通过图像采集装置实时采集管道本体内壁的图像数据，当判断管道本体存在异常时，通过图像采集装置采集的图像数据判断出现异常的原因。例如：通过图像数据判断管道本体内存在异物的情况或管道本体存在破损的情况；或者通过图像处理判断管道本体内既不存在异物，也不存在破损，则证明该管道本体发生变形，实现管道本体异常原因的精准匹配。