地下管线检测仪的多信息探测与处理技术研究

论文摘要

近些年来,地下管线已经成为城市正常运行的重要组成部分,定时的检测可以预防地下管线引发的各类问题。目前常用的管线位置检测方法有电磁法、地震波法等管线内检测方法,但是这些方法受限于管线分布杂乱、地质情况复杂、电磁场易受干扰等因素,导致测量结果误差大。本文设计了一种新型的基于激光光斑的管道偏转和位置检测结构,利用激光斜着打在成像屏上的光斑位置,来反映管线的位置,并通过成像屏四周的五个小椭圆确定光斑直角坐标系。由于激光的准直性,所以该方法检测出的管线位置精度高、实时性好。本系统采用两块嵌入式Linux开发板作为整个系统的数据处理中心、控制中心,驱动摄像机拍摄激光光斑图像,并送入图像处理模块提取激光光斑在给定坐标系下的坐标。图像处理模块首先采用张氏标定法对摄像机进行标定,其次将光斑图像进行灰度化、自适应中值滤波、腐蚀膨胀得到预处理后图像,然后将预处理图像分两步处理,一步经过阈值分割、轮廓提取筛选、小椭圆定位得到五个小椭圆的光斑位置,从而确定给定的直角坐标系,另一步经过阈值分割、轮廓提取、光斑中心定位得到光斑中心的位置,最后将光斑中心位置通过坐标系转换,转换成给定直角坐标系下的坐标。最后本文提出了一种管线重构的算法,利用一系列测量点坐标,结合三轴加速度计、陀螺仪数据,推导出所有测量点在第一个测量点空间坐标系下的坐标,从而重构出地下管线的空间分布图。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 地下管线探测技术研究现状
•   1.3 本论文主要工作和章节安排
• 2 地下管线检测仪的工作原理和系统组成模块
•   2.1 系统工作原理
•   2.2 地下管线检测仪的系统组成模块
•     2.2.1 地下管线检测系统结构组成
•     2.2.2 上位机数据处理系统
•   2.3 地下管线重构算法
•   2.4 本章小结
• 3 管线位置检测模块软硬件设计
•   3.1 管线位置检测模块硬件设计
•     3.1.1 嵌入式Linux开发板
•     3.1.2 图像采集模块硬件
•     3.1.3 三轴加速度计
•     3.1.4 陀螺仪
•   3.2 管线位置检测模块系统软件设计
•     3.2.1 系统软件环境介绍
•     3.2.2 视频驱动程序
•     3.2.3 软件程序设计
•   3.3 本章小结
• 4 嵌入式子模块设计
•   4.1 数据传输模块设计
•     4.1.1 Socket编程简介和原理
•     4.1.2 流式套接字Socket编程具体流程
•   4.2 三轴加速度计模块设计
•     4.2.1 三轴加速度计ADXL345 结构、工作原理及倾角转换关系
•     4.2.2 三轴加速度计ADXL345 的驱动程序设计
•   4.3 陀螺仪模块设计
•     4.3.1 陀螺仪ADXRS453 结构和工作原理
•     4.3.2 陀螺仪ADXRS453 程序设计
•     4.3.3 陀螺仪ADXRS453 数据分析及滤波
•   4.4 本章小结
• 5 图像处理模块
•   5.1 引言
•   5.2 摄像机的标定
•     5.2.1 相机成像的几何模型及坐标转换原理
•     5.2.2 张氏标定法原理
•     5.2.3基于OpenCV标定实验
•   5.3 图像的预处理
•     5.3.1 图像灰度变换
•     5.3.2 自适应中值滤波去噪
•     5.3.3 腐蚀和膨胀
•   5.4 小椭圆位置提取和坐标系的固定
•     5.4.1 阈值分割
•     5.4.2 轮廓提取、筛选与小椭圆定位
•     5.4.3 坐标系的确定及特殊情况分析
•     5.4.4 小椭圆位置坐标误差分析
•   5.5 光斑中心的位置提取
•     5.5.1 阈值分割和轮廓提取
•     5.5.2 光斑定位
•     5.5.3 光斑中心位置坐标误差分析
•   5.6 坐标系的转换
•   5.7 本章小结
• 6 模拟地下管线实验及实验分析
•   6.1 实验环境搭建及实验步骤
•   6.2 实验数据处理、重构和误差分析
•     6.2.1 实验数据处理、重构
•     6.2.2 误差分析
•   6.3 本章小结
• 7 总结与展望
•   7.1 工作总结
•   7.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨栩

导师: 汪贵华

关键词: 管线重构,嵌入式,图像处理,三轴加速度计,陀螺仪

来源: 南京理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,建筑科学与工程,无线电电子学,计算机软件及计算机应用

单位: 南京理工大学

分类号: TU990.3;TN249;TP391.41

DOI: 10.27241/d.cnki.gnjgu.2019.000504

总页数: 91

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