城市地下管网三维可视化仿真研究

发布时间：2020-07-03 01:34

【摘要】：通过机器人携带检测装置进入管道进行检测,是目前管道无损检测正在发展的重要检测方式,多机器人协作检测能够提高检测效率,由于城市地下管道密集复杂,在管道检测机器人系统设计阶段,就需要大量的实验验证来保证协作的高效性。验证需要足够大的管网规模,且需要各种不同的管网结构,若构建实体管道或在真实管道中进行实验,所耗费的人力物力无疑是巨大的,建立城市地下管网三维可视化仿真平台,是实现机器人管道检测仿真的基础。本文以适用于燃气管道机器人队列检测的管网仿真为研究内容,对树状管网结构的生成策略进行了研究,提出了一种能够根据用户对管网复杂度需求,设置关键类型节点数量的管道随机生成策略,该随机生成策略满足受控生成且管网结构多样的实验需求。同时对三维管网的构建方法进行了研究,通过对三维直管道坐标变换,按照随机生成的管网结构进行拼接,形成三维管网。研究了十字管道、弯管道、T型管道、缓型弯管多种类型接口的处理方式,该处理方式实现了管道的自然衔接,且不影响管网总长度。出于大规模三维管网绘制实时性的考虑,采用了可见性剔除技术绘制管网,并对管道内部遮挡剔除算法进行了改进。同时利用GPU并行计算能力并行处理Phong光照模型,加快光照处理速度。考虑了平台的参数交互需求,介绍了文本格式管网地图数据导入处理流程,以及各项输入输出参数的设置。最后对仿真平台进行了构建,实现了管道三维可视化仿真。仿真了金属和PE两种常见材质的管道的纹理效果,并在系统中加入自动漫游和手动漫游功能。自动漫游旨在模拟机器人管道内部漫游视角,实时展示管道内环境,且可通过设置切换不同机器人视角。手动漫游通过键盘和鼠标对视角进行控制,能够全局观察管网结构,也可调近视角做局部观察。系统针对燃气管道机器人检测队列仿真对管网平台进行的三维构建,考虑了功能要求和实时性要求,所构建管网能够满足后续仿真需求。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU990.3;TP391.9
【图文】：

示意图,延伸方向,延伸长度,交点

选取距离较长的一个作为延展方向，且将延伸长度在较长距离的一半长度逡逑中随机选取。一旦判断过程中出现不存在交点的情况，则无需进行下一步判断，逡逑就选定该延展方向，以减少计算量。图２．１中ｃｌ与管网存在交点，计算与交点逡逑的距离后，对ｃ２进行判断，ｃ２不存在交点，则直接选择ｃ２作为延伸方向，在逡逑ｃ２方向上放置下一节点。逡逑对于弯管节点情况较为特殊，有两个延伸方向，因为两个延伸方向并没有确逡逑定的角度关系，所有确定一个延伸方向后，下一个延伸方向可能出现的方向有无逡逑数个，没有办法沿每个可能的方向去做射线判断交点，因此对于弯管节点我们每逡逑隔３做一条射线进行判断。图２．１中ｅ点为弯管节点示意图，首先选取了邋ｅｌ方向逡逑进行判断，判断后没有交点，则选定ｅｌ为延伸方向，剩下方向无需判断，若所逡逑有方向均与管网存在交点，则需要完成十一次交点距离的计算，然后选取最长距逡逑离方向作为延伸方向。逡逑在延伸方向的判断上

延伸长度,算法流程,边界

随机从中取值即可满足条件１。最后一项限制条件用来进行边界判断，如果逡逑延伸距离三次选取值都小于５，则认为区域内无法取得大于５的值，判定为距离逡逑边界过近。图２．３是延伸长度选取算法流程图：逡逑开始逡逑逦ｙ逦逡逑￣？邋Ｉ■中随机截取长度Ｓ邋＜逦逡逑人否逡逑ｚ延伸长度末逦逡逑＼＼＼端在区域＾＾逡逑Ｓ＞５逦是＾？延伸长度ｓ值设置为逦结束逡逑ｊ否逡逑Ｓ＞５邋”邋的比叙、＼邋＿逡逑￣Ｖ、次数大于３次￣逡逑否＇＇逦是逡逑图２．３延伸长度选取算法流程逡逑（３）边界终止扩展逡逑对于处于边界附近的节点，即距离边界小于５的点，按照本节（１）中介绍逡逑的方向选取方法，节点的下一步扩展方向有可能指向边界外部，一旦选取了外部逡逑方向，则不能继续添加节点，让管网距离边界过近。按照延伸长度选取策略，为逡逑了满足限制条件２，显然选取的延伸长度不会大于５，以此作为判定条件，３次逡逑选取后若长度始终无法选取，就选取小于５的管道作为延伸长度。但是不再在该逡逑方向和长度确定的点的位置添加管道节点，而是将准备添加的管道节点重新选取逡逑其他延伸方向进行添加。逡逑管网拓扑结构生成算法的整体流程图如图２．４所示。逡逑１１逡逑

【参考文献】