一种地下管线信息监测方法、平台、计算机设备及介质与流程

本发明涉及地下管线，特别涉及一种地下管线信息监测方法、平台、计算机设备及介质。

背景技术：

1、在当前城市地下管线监测与管理领域，现有技术手段（如探地雷达、电磁感应、惯性测绘等）普遍存在难以同步实现高精度几何重建与材质属性识别的问题。一方面，几何信息的获取往往依赖于定位与测距设备，受限于地下复杂环境干扰，易产生累积误差，影响三维网格模型的准确性；另一方面，材质识别多依赖电磁波反射特征或电阻率等间接参数，易受周围介质、含水率及管线老化等因素干扰，导致材质判别模糊甚至误判。这种几何与属性信息获取的割裂，使得难以构建兼具空间形态与物理特性的全息化地下管线信息模型，制约了智慧城市建设中对地下基础设施高保真数字孪生的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种地下管线信息监测方法，包括：

3、通过阵列探测节点对地下物理管线进行宽频信号扫描，得到反射回波；

4、对所述反射回波进行空间包络拟合，得到管线三维点云；

5、基于所述管线三维点云对所述地下物理管线进行拓扑结构重建，得到管线空间网格；

6、对所述管线空间网格进行材质属性映射，得到地下管线全息信息模型。

7、进一步的，通过阵列探测节点对地下物理管线进行宽频信号扫描，得到反射回波，包括：

8、通过阵列探测节点中各探测子阵对地下物理管线发射预设频率间隔的扫频激励脉冲，并对各探测子阵接收到的原始反射回波进行到达时差计算，得到各深度层位的分层反射波形组；

9、基于各深度层位的分层反射波形组的时间基准进行互相关对齐拼接，得到所述反射回波。

10、进一步的，对所述反射回波进行空间包络拟合，得到管线三维点云，包括：

11、对所述反射回波进行振幅极值提取，得到波峰能量脊线，并基于所述波峰能量脊线进行相位连贯性追踪，得到衍射双曲线边界；

12、基于所述衍射双曲线边界进行波速反演与能量逆向聚焦，得到管线顶部顶点；

13、以所述管线顶部顶点为基准对所述衍射双曲线边界进行双向收敛剥离，得到管线截面轮廓点；

14、基于所述管线截面轮廓点沿阵列探测节点的空间扫描轨迹进行纵向延伸插值，得到管线柱状外壳面；

15、对所述管线柱状外壳面进行离散化空间采样，得到管线三维点云。

16、进一步的，基于所述管线三维点云对所述地下物理管线进行拓扑结构重建，得到管线空间网格，包括：

17、对所述管线三维点云进行空间格网包围盒切分，得到局部段落点簇，并对所述局部段落点簇进行截面坐标均值计算，得到管线中轴节点；

18、对所述管线中轴节点进行局部方向矢量连线寻找，得到分段直管骨架线，并对所述分段直管骨架线的断开端点进行空间直线延长相交计算，得到分支交叉节点；

19、基于所述分支交叉节点对所述分段直管骨架线进行空间拓扑闭合重组，得到全连通骨架线，并对所述全连通骨架线进行外接多边形轮廓扫描放样，得到管线空间网格。

20、进一步的，基于所述管线三维点云对所述地下物理管线进行拓扑结构重建，得到管线空间网格，包括：

21、对所述管线三维点云进行曲率特征计算与空间密度聚类，得到离散管段点簇；

22、对所述离散管段点簇进行主成分特征提取与向心投影，得到管线中心节点；

23、基于所述管线中心节点进行轴向延伸追踪与断点邻域检索，得到交叉分支交点；

24、基于所述交叉分支交点对所述管线中心节点进行空间连通路径匹配，得到拓扑连通线框；

25、对所述拓扑连通线框进行正交截平面生成与径向边界采样，得到截面多边形环；

26、对相邻的所述截面多边形环进行表面三角剖分与网格边界缝合，得到管线空间网格。

27、进一步的，对所述管线空间网格进行材质属性映射，得到地下管线全息信息模型，包括：

28、基于所述管线空间网格的三维坐标对所述反射回波进行空间位置回溯，得到网格节点波形，并对所述网格节点波形进行频域转换与振幅提取，得到节点能量衰减谱；

29、对所述节点能量衰减谱进行介电常数反演，得到节点材质属性值，并基于所述节点材质属性值对所述管线空间网格进行颜色插值渲染，得到材质着色网格面；

30、对所述网格节点波形进行反射峰值时差计算，得到管壁厚度分布图；

31、基于所述管壁厚度分布图对所述材质着色网格面进行物理语义封装，得到地下管线全息信息模型。

32、进一步的，基于所述管线空间网格的三维坐标对所述反射回波进行空间位置回溯，得到网格节点波形，包括：

33、基于所述管线空间网格的各网格节点三维坐标，对所述反射回波中各采样时刻的阵列接收信号进行空间距离差计算，得到各网格节点的初至到达时刻表；

34、基于所述初至到达时刻表对所述反射回波的时域采样窗口进行窗口截取与零点对齐，得到对齐脉冲片段；

35、通过所述对齐脉冲片段中各采样点的空间位置与所述管线空间网格的网格节点三维坐标进行距离加权插值匹配，得到所述网格节点波形。

36、本发明还提供了一种地下管线信息监测平台，包括：

37、扫描模块，用于通过阵列探测节点对地下物理管线进行宽频信号扫描，得到反射回波；

38、拟合模块，用于对所述反射回波进行空间包络拟合，得到管线三维点云；

39、重建模块，用于基于所述管线三维点云对所述地下物理管线进行拓扑结构重建，得到管线空间网格；

40、映射模块，用于对所述管线空间网格进行材质属性映射，得到地下管线全息信息模型。

41、本发明还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述方法的步骤。

42、本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的方法的步骤。

43、本发明提供的一种地下管线信息监测方法，包括：通过阵列探测节点对地下物理管线进行宽频信号扫描，得到反射回波；对所述反射回波进行空间包络拟合，得到管线三维点云；基于所述管线三维点云对所述地下物理管线进行拓扑结构重建，得到管线空间网格；对所述管线空间网格进行材质属性映射，得到地下管线全息信息模型，解决了现有技术在现有地下管线监测手段难以同时精确重建管线的几何网格与识别其材质属性，导致无法生成全息化的管线信息模型的技术问题，著提升了地下管线数字化建模的完整性、真实性和可用性，为城市地下基础设施的智能运维、风险预警与全生命周期管理提供了可靠的数据支撑和技术保障。

1.一种地下管线信息监测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的地下管线信息监测方法，其特征在于，通过阵列探测节点对地下物理管线进行宽频信号扫描，得到反射回波，包括：

3.根据权利要求1所述的地下管线信息监测方法，其特征在于，对所述反射回波进行空间包络拟合，得到管线三维点云，包括：

4.根据权利要求1所述的地下管线信息监测方法，其特征在于，基于所述管线三维点云对所述地下物理管线进行拓扑结构重建，得到管线空间网格，包括：

5.根据权利要求1所述的地下管线信息监测方法，其特征在于，基于所述管线三维点云对所述地下物理管线进行拓扑结构重建，得到管线空间网格，包括：

6.根据权利要求1所述的地下管线信息监测方法，其特征在于，对所述管线空间网格进行材质属性映射，得到地下管线全息信息模型，包括：

7.根据权利要求6所述的地下管线信息监测方法，其特征在于，基于所述管线空间网格的三维坐标对所述反射回波进行空间位置回溯，得到网格节点波形，包括：

8.一种地下管线信息监测平台，其特征在于，用于执行权利要求1到7中任一项所述的地下管线信息监测方法，包括：

9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。