多传感器数据融合的地下管线探测算法的研究

发布时间：2020-07-18 01:26

【摘要】：随着城市的发展,地下管网系统变得越来越复杂,因此管网的管理显得越发重要。而信息的不全和新的管道施工导致的地下管网的变化对更高效、精确的非开挖地下管道探测技术提出了要求。在这方面,通常可以分为两个研究方向:构建更好的传感器技术和设计更好的数据处理算法。基于一辆带有被动电磁感应线圈和探地雷达的传感器的探测车设备,本文提出了一种探测方案以实现一次性探测并且实时的生成和显示地下管道的三维地图。其中,本文设计了一套智能的数据处理流程,该流程法分两步:第一步是解释传感器返回的原始数据,转换成地下管道可能存在的空间点;第二步是融合这些点得到地下管道的走势曲线。对于第一步,对两种传感器分别设计了解释算法。对于第二步,本文提出了一种自修正和筛选的管道绘制算法,此算法可以处理传感器数据噪声引起的空间点虚警问题来提高对地下管道位置估计的精确度。本文的成果主要包括以下三个方面:-提出了一种新的利用被动电磁感应线圈来探测地下电缆的方法。结合GPS模块,设备只要沿着一条扫描轨迹扫描一遍,就可以分析出地下电缆的位置和方向。为了找到一组线圈处于电缆上方的时刻,设计了一种极大极小值(MM)算法来处理。-由于设备需要水平交叉于地下管道扫描来获得交叉点地下管道信息,针对如何设计路线来回扫描的问题,提出“Z”形布局方式,因为它可以减少单位长度的扫描路径,并且具有比平行布局更大的关于管道的可检测角度范围。-提出了一种自修正和筛选的管道绘制算法用于处理由噪声引起的空间点虚警问题。解释算法给出的空间点既有反映真实管道的,也有误报的,该算法基于管道的线性特征对假设管道进行概率筛选以获得高可信的结果。为了实现实时性,算法被设计成迭代形式。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU990.3
【图文】：

空间点,扫描线,交叉点,设备水平

间点反映了交叉点位置。２．虚警情况。空间点标注的位置实际不是交叉点。３．缺逡逑失情况。某个交叉点没有被探测到，故没有得到它的空间点。逡逑图１．１从俯视角度展示了整个探测问题。图中细长条表示地下的真实管道，逡逑带箭头的线表示地上设备水平移动走过的扫描线，三角形表示真实管道和扫描逡逑线的交叉点。图中多条扫描线的布局没有规律，沿着一条扫描线采集的传感器数逡逑据会被解释得到空间点，空间点的三种情况在第１、２、３条扫描线中展示。宽长逡逑３逡逑

原理图,原理图,霍夫变换,双曲线

感应原理的探测O)结合人工识别方式，费时费力。逡逑２．１．２．图像识别技术逡逑探地雷达（ＧＰＲ）广泛用于探测地面物体，特别是电缆和管道［２９］。沿着扫描逡逑线，探地雷达返回二维图像（Ｂ扫描图像），其中电缆和管道将用“开口向下”的逡逑双曲线表示。有一些己发表的工作研宄了算法来自动识别和拟合Ｂ扫描图像中逡逑的双曲线，并通过获得的参数来估计埋藏物体的深度和大小『３Ｑ］。逡逑第一类是霍夫变换方法。霍夫变换［３１１是适用于部分或略微变形的形状拟合逡逑图像处理方法。Ｃａｐｉｎｅｒｉ等人［３２］结合传统的霍夫变换方法来提取探地雷达图像逡逑中的双曲线。Ｂｏｒｇｉｏｌｉ等人［３３］通过引入一个权重因子来扩展霍夫变换，该权重逡逑因子取决于和实验误差有关的未知参数，即探针位置误差和ｔｉｍｅ－ｏｆ－ｆｌｉｇｈｔ误差。逡逑在文献中，一种广义霍夫变换方法被设计，结合最小二乘法拟合来分析管道逡逑参数。然而几乎没有拟合算法能直接应用于霍夫变换检测到的边缘点，而只有双逡逑［３（）１逡逑

交变磁场,感应电势,水平线,管线

的垂直分量在其正上方约等于零，所以仪器在管线正上方出现极小值。逡逑一般先用极大值法找到管线的大致位置（极大值处易被发现），再用极小值法校逡逑准定位（图２．２）。逡逑地下管线主要采用直读法和特征点法来确定其埋深，这方面有人研宄过近间逡逑距平行管线之间探测方法［４９］。逡逑１０逡逑

【参考文献】