一种室外工业管道设计参数提取方法、终端设备及介质与流程

本发明涉及工业建筑测绘领域，尤其涉及一种室外工业管道设计参数提取方法、终端设备及介质。

背景技术：

1、对于工业生产流程复杂的工业厂区，场地、建筑、各类设施布置紧凑，道路、轨道交通路线复杂。由于未来新建厂区将逐渐减少，对现有厂区的改造升级将逐步增多。对厂区现有工业管道进行维护和重复利用，将有效节约改造成本，同时加快改造工期。

2、对于运行多年的工业厂区，室外工业管道存在走向变更，局部更换管径型号的情况。进行改造整体规划时，准确获取室外工业管道的实际情况，包括管径、中心坐标、弯头角度等信息，将有利于改造设计方案的顺利实施。一般的测绘工具，如全站仪、经纬仪、激光测距仪等，无法在短时间内完成大面积工业厂区的测绘工作。人工成本较高，且仍需要后续各参与人员的现场实地踏勘。对厂区室外场景进行快速、准确的测绘，提取与管道相关的设计参数信息，是亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出了一种室外工业管道设计参数提取方法、终端设备及介质。

2、具体方案如下：

3、一种室外工业管道设计参数提取方法，包括以下步骤：

4、s1：基于厂区的室外倾斜摄影图像，构建厂区的实景点云数据模型；

5、s2：对室外倾斜摄影图像中的工业管道进行图像识别，并基于识别到工业管道的图像得到工业管道的边界范围；

6、s3：对识别到工业管道的图像进行空中三角测量计算，得到各图像中的特征匹配点，将各图像中的特征匹配点与工业管道的边界范围进行对比，提取处于边界范围内的特征匹配点，并将其映射至厂区的实景点云数据模型内，将对应的实景点云数据模型中的数据点设为属于工业管道上的数据点；

7、s4：基于所有属于工业管道上的数据点，得到工业管道的点云数据；

8、s5：基于工业管道的点云数据，进行工业管道的拟合；

9、s6：根据拟合结果，提取工业管道中的设计参数。

10、进一步的，在室外倾斜摄影图像的拍摄中，通过航拍的方式，以室外管网为主要拍摄对象进行拍摄航线和飞行高度的规划。

11、进一步的，步骤s1中实景点云数据模型的构建过程包括以下步骤：

12、s101：对室外倾斜摄影图像进行空中三角测量计算和整体平差计算，得到用于厂区室外实景重建的特征匹配点；

13、s102：基于特征匹配点生成三角网络；

14、s103：将室外倾斜摄影图像中各特征匹配点对应的色彩值映射至三角网络中的各角点后，提取映射后的三角网络各角点生成实景点云数据模型。

15、进一步的，步骤s102中还包括对三角网络进行平滑加密处理，以使加密后的三角网络的边长小于预设的边长阈值。

16、进一步的，步骤s4具体包括：将所有属于工业管道上的数据点从厂区的实景点云数据模型中隔离出来，并剔除在高度和水平面范围内不属于工业管道的数据点后，得到工业管道的点云数据。

17、进一步的，在工业管道的拟合中包括通经直管段拟合，拟合过程包括以下步骤：

18、(1)选择多个沿直管轴线方向且均匀分布的点作为初始种子点；

19、(2)从所有初始种子点中随机选取三个种子点，计算选取的三个种子点中每两个种子点之间法向量的叉乘，得到三个轴线法向量；判断三个轴线法向量之间的夹角是否小于预设的角度阈值，如果是，则将三个轴线法向量相加，将相加结果作为直管的初始轴线方向；否则，返回(1)重新选取初始种子点；

20、(3)将三个种子点所在法线向以初始轴线方向为法线的零平面上投影，利用三个种子点的投影坐标值进行平面圆形拟合，将拟合圆形的圆心作为直管的初始端面圆心；

21、(4)计算初始端面圆心到三个种子点中每个的平面投影距离，判断得到的三个平面投影距离的均方差值是否在误差允许范围内，如果是，则取三个平面投影距离的平均值作为直管的初始半径；否则，返回(1)重新选取初始种子点；

22、(5)基于ransac算法，以预设的初始步长取两端轴线延伸方向上的切片，并对切片进行平面圆形的拟合，判断是否同时满足拟合的圆心在直管的初始轴线方向上且拟合的半径与直管的初始半径一致，如果是，则将通径直管的拟合范围延伸至切片位置；否则，缩小步长后重新获取切片，直至步长小于预设的步长阈值，确定通径直管的最终两端端面的圆心坐标和端面半径。

23、进一步的，在工业管道的拟合中包括变径直管段拟合，分下面两种情况进行拟合；

24、(1)对于连接两个通经直管的变径直管：

25、将连接两个通径直管的相对端面圆心的直线作为变径直管的轴线，将相对端面圆心的坐标作为变径直管的端面圆心坐标，设定变径直管两端的直径与两个通径直管的相对端面的直径一致；

26、(2)对于仅有一端连接通经直管的变径直管：

27、将通径直管的端点、半径和轴线作为变径直管与通经直管相连的一端的端部截面的初始参数；基于ransac算法，以一定步长取轴线向变径直管段延伸方向上的切片，对切片进行平面圆形拟合，若拟合的圆心在轴线方向上，则将变径直管延伸至此切片位置，并记录该切片的圆心位置和直径值；否则，缩小步长后重新获取切片，直至步长小于预设的步长阈值时，确定变径直管的最终端面。

28、进一步的，在工业管道的拟合中包括弯管段拟合，拟合过程包括以下步骤：

29、(1)计算弯管两端面的空间夹角θ并将空间夹角θ分为n份，计算一端端面圆心至两端面相交线的距离l；

30、(2)取一端端面轴线，以θ/n为法线方向偏移量、lθ/n为圆心偏移量进行偏移，对偏移后的平面切片进行平面圆形拟合；

31、对于属于通经类型的弯管，判断拟合的直径与弯管端面的直径一致，如果是，则将弯管的拟合范围延伸至切片位置；否则，调整法线方向偏移量和圆心偏移量后重新获取切片进行拟合；

32、对于属于变径类型的弯管，判断拟合的直径是否处于弯管两端面的两个直径之间，如果是，则将弯管的拟合范围延伸至切片位置；否则，调整法线方向偏移量和圆心偏移量后重新获取切片进行拟合。

33、一种室外工业管道设计参数提取终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明实施例上述的方法的步骤。

34、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例上述的方法的步骤。

35、本发明采用如上技术方案，能够快速捕捉并准确还原工厂室外的实际情况，提取室外管道空间定位和几何特征信息，为工业厂区的室外管网定期维护和改造升级提供基础资料。

技术特征：

1.一种室外工业管道设计参数提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的室外工业管道设计参数提取方法，其特征在于：在室外倾斜摄影图像的拍摄中，通过航拍的方式，以室外管网为主要拍摄对象进行拍摄航线和飞行高度的规划。

3.根据权利要求1所述的室外工业管道设计参数提取方法，其特征在于：步骤s1中实景点云数据模型的构建过程包括以下步骤：

4.根据权利要求1所述的室外工业管道设计参数提取方法，其特征在于：步骤s102中还包括对三角网络进行平滑加密处理，以使加密后的三角网络的边长小于预设的边长阈值。

5.根据权利要求1所述的室外工业管道设计参数提取方法，其特征在于：步骤s4具体包括：将所有属于工业管道上的数据点从厂区的实景点云数据模型中隔离出来，并剔除在高度和水平面范围内不属于工业管道的数据点后，得到工业管道的点云数据。

6.根据权利要求1所述的室外工业管道设计参数提取方法，其特征在于：在工业管道的拟合中包括通经直管段拟合，拟合过程包括以下步骤：

7.根据权利要求1所述的室外工业管道设计参数提取方法，其特征在于：在工业管道的拟合中包括变径直管段拟合，分下面两种情况进行拟合；

8.根据权利要求1所述的室外工业管道设计参数提取方法，其特征在于：在工业管道的拟合中包括弯管段拟合，拟合过程包括以下步骤：

9.一种室外工业管道设计参数提取终端设备，其特征在于：包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1～8中任一所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～8中任一所述方法的步骤。

技术总结
本发明涉及一种室外工业管道设计参数提取方法、终端设备及介质，该方法中包括：基于厂区的室外倾斜摄影图像，构建厂区的实景点云数据模型；对图像中的工业管道进行图像识别，并得到工业管道的边界范围；对识别到工业管道的图像进行空中三角测量计算，得到各图像中的特征匹配点，将各图像中的特征匹配点与边界范围进行对比，提取处于边界范围内的特征匹配点，并将其映射至实景点云数据模型内，将对应的实景点云数据模型中的数据点设为属于工业管道上的数据点，进而得到工业管道的点云数据；基于工业管道的点云数据，进行工业管道的拟合，并提取设计参数。本发明能够快速捕捉并准确还原工厂室外的实际情况，提取室外管道空间定位和几何特征信息。

技术研发人员：涂家琪,褚学征,龚宗宜,彭起
受保护的技术使用者：中冶南方工程技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15