一种综合管廊内管道运输安装系统的制作方法

本发明涉及管廊施工，具体为一种综合管廊内管道运输安装系统。

背景技术：

1、综合管廊内管道运输安装系统用于高效、安全地在地下综合管廊中运输和安装各类管线，实现管道的自动化搬运、精准对接和快速固定，其优势在于减少人工干预、提高施工精度，并适应狭窄空间作业，显著提升管廊建设效率与安全性，在申请号为202111416554.6发明专利中公开了“一种综合管廊内管道运输安装系统以及方法，涉及地下管廊施工设备技术领域，所述管道运输安装系统包括支架、吊架和轨道一，所述支架安装在所述左侧面的上部位置，所述轨道一固定安装在所述支架上并且所述轨道一沿着所述管廊的轴线方向布置；所述吊架包括横梁和安装在横梁两端下方的立柱一和立柱二，所述立柱一下端的轨道轮组卡在所述轨道一上，所述立柱二下端的轨道轮组立于所述底面上，在所述横梁上安装有吊装机构，所述吊装机构能够竖向起吊且能沿着所述横梁移动。本发明在管廊内设置行走轨道和吊架，将管子从管廊口的吊装、管廊内的运输、管廊内安装位置的吊装安装等实现集成化一体式的施工，提高施工安全系数与安装效率，节约投入成本”。

2、上述现有技术解决了管道安装长度增加导致安装效率降低等问题，但是系统在运行时，由于该系统无法将局部速度准确转换为全局坐标系的横纵向速度，可能导致路径偏差，使小车偏离目标或碰撞障碍物，并且在运输路径分析过程中没有代价最小的节点选择策略，可能导致绕远路、频繁停顿或陷入局部最优路径，同时也无法检测缺陷可能导致安全风险增加，从而影响后续的施工进度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种综合管廊内管道运输安装系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种综合管廊内管道运输安装系统，包括缺陷检测单元和管道安装单元；

3、机器速度确定单元，所述机器速度确定单元确定全局坐标系和局部坐标系之间的夹角度数，获取管道固定机器内底部间距值、履带宽度值和左、右速度值后，分析出局部坐标系以及全局坐标系内的夹角度数、横纵方向速度值；

4、地图构建单元，所述地图构建单元利用激光雷达小车在支线管廊内进行扫描，将采集到的激光数据和里程计数据统一时间戳后，利用rbpf-slam将激光数据进行拼接，确定出栅格地图，并对栅格地图中的目标位置和障碍物分别设置引力场以及斥力场，从而得到势力栅格图；

5、路径输出单元，所述路径输出单元获取势力栅格图后，根据当前管道固定机器的位置、速度和方向构建出多个新的位置节点，利用代价值最小的节点确定出当前机器的下一位置、速度和方向，若当前机器的下一位置为目标位置，则输出当前机器经过的所有位置节点，根据位置节点分析出运输时的路径。

6、优选的，所述机器速度确定单元包括夹角度数分析模块和曲率半径确定模块，所述夹角度数分析模块确定管道固定机器中各点在全局坐标系和局部坐标系内的位置坐标，根据同一点的位置坐标分析出全局坐标系和局部坐标系之间的夹角度数，其中全局坐标系表示管道固定机器内任意一点在支线管廊内的相对位置和方向，局部坐标系表示管道固定机器内任意一点在整体结构中的相对位置和方向，所述曲率半径确定模块获取管道固定机器内底部间距值、履带宽度值和左、右速度值以及，其中表示左履带编号，表示右履带编号，读取全局坐标系和局部坐标系之间的夹角度数后，根据、、和计算出位姿曲率半径，其中。

7、优选的，所述机器速度确定单元还包括局部速度计算模块和全局速度计算模块，所述局部速度计算模块利用位姿曲率半径、底部间距值、履带宽度值和左、右速度值以及分析出局部坐标系内横纵方向的速度值和，其中，，所述全局速度计算模块读取全局坐标系和局部坐标系之间的夹角度数，利用、和计算出在全局坐标系下的夹角度数、横纵方向速度值和，其中，，。

8、优选的，所述地图构建单元包括数据采集模块、粒子生成模块、地图匹配模块和势力分析模块，所述数据采集模块利用激光雷达小车在支线管廊内进行扫描，将采集到的激光数据和里程计数据统一时间戳后，其中激光数据表示周围障碍物的距离信息，里程计数据表示雷达小车的位置以及方向，对其进行存储，所述粒子生成模块利用rbpf-slam将激光数据进行拼接，设定粒子数量以及每个粒子对应的初始位置、速度以及方向后，为每个粒子构建出对应的栅格地图，并通过里程计数据预测出所有粒子的位置、速度和方向，所述地图匹配模块将激光数据与每个粒子对应的栅格地图进行匹配，利用每个粒子的匹配度确定权重系数，若权重系数低于预设值，则删除当前粒子，若权重系数高于等于预设值，则保留当前粒子，所述势力分析模块选择权重系数最高粒子对应的栅格地图作为最终的栅格地图，并对栅格地图中的目标位置和障碍物分别设置引力场以及斥力场，从而得到势力栅格图。

9、优选的，所述路径输出单元包括距离计算模块、位置确定模块、节点选取模块，所述距离计算模块获取势力栅格图后，根据当前管道固定机器的位置、速度和方向构建出多个新的位置节点，计算出当前机器位置到每个位置节点的麦哈顿距离，所述位置确定模块利用位置节点的势力值以及麦哈顿距离分析出每个位置节点的代价值，根据代价值最小的节点确定出当前机器的下一位置、速度和方向，判断当前机器的下一位置是否为目标位置，若为目标位置，则输出当前机器经过的所有位置节点，根据位置节点分析出运输时的路径，若不为目标位置，则继续执行其他操作，所述节点选取模块利用read-sleep算法判断当前机器下一位置和方向与目标位置之间是否存在障碍物，若存在则重新选取位置节点，反之则将位置节点作为当前管道固定机器新的位置和方向，并重复上述操作。

10、优选的，所述缺陷检测单元包括缺陷定位模块和传播时长分析模块，所述缺陷定位模块通过超声探头阵列对被检测管道的回波信号进行采集，根据回波信号构建出对应的时域图，利用时域图分析判断出当前管道是否存在缺陷区域，若不存在缺陷区域，则直接将结果返回至用户界面，反之则定位缺陷区域，所述传播时长分析模块将缺陷区域对应的多组回波信号进行组合，从而得到全矩阵数据，选取全矩阵数据中的任一数据点，确定数据点对应的发射超声探头的位置坐标、接收超声探头的位置坐标和原先位置坐标，对其进行分析，得到数据点的发射距离和接收距离，其中表示参数，，，通过发射距离和接收距离计算出传播时长，其中，表示信号传播速度。

11、优选的，所述缺陷检测单元还包括像素点计算模块和缺陷面积确定模块，所述像素点计算模块通过像素分析算法对每个数据点以及对应的传播时长进行分析，从而得到缺陷区域内不同位置的像素点幅值，利用像素点幅值构建出管道缺陷成像图，所述缺陷面积确定模块将回波信号通过希尔伯特变换得到对应的包络信号，对包络信号进行emd分解，得到当前信号对应的所有特征值后，将其传输至神经网络模型中进行分析，输出管道缺陷大小。

12、优选的，所述管道安装单元包括运输执行模块和管道固定模块，所述运输执行模块在运输前确定当前管道是否存在缺陷，若存在，则立即停止运输，反之则等待管道固定机器按照运输时的路径到达目标位置，所述管道固定模块当管道固定机器到达目标位置后，再次检测当前管道是否存在缺陷，若存在，则将缺陷成像图以及缺陷大小反馈至用户界面中，反之则执行安装操作。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

14、本发明通过机器速度确定单元将局部坐标系中的速度准确转换为全局坐标系中的横纵向速度，极大程度上避免了因坐标系未对齐导致的路径偏差，利用地图构建单元产生结合引力场和斥力场的栅格地图，这样的地图能够实时排斥路径中的障碍物，帮助小车自动绕行，并引导小车高效接近目标，实现动态环境下的实时路径调整，路径输出单元通过势力栅格图和当前机器状态，可以生成多个候选位置节点，并选择代价最小的作为下一步，重复此过程直至到达目标位置，最终输出的路径具有高效、安全、平滑等优点，通过缺陷检测单元确定管道的缺陷位置和大小，便于施工人员及时采取措施进行干预，确保管道能够顺利安装。