[发明专利]基于真实姿态角的管道三维非线性模型构建方法和系统

权利要求书

1.一种基于真实姿态角的管道三维非线性模型构建方法，其特征在于，包括：

通过载有姿态传感器和/或惯性测量单元的管道机器人，获取设定数量的管道截面数据；所述管道截面数据包括对应的管道截面轮廓和管道机器人采集姿态角；

针对各管道截面数据，根据管道截面轮廓和/或管道机器人采集姿态角，计算得到管道截面轮廓在设定参照系下的三维坐标集合；所述针对各管道截面数据，根据管道截面轮廓和/或管道机器人采集姿态角，计算得到管道截面轮廓在设定参照系下的三维坐标集合的步骤包括：通过俯仰角和偏航角确定三维姿态数据，作为管道机器人采集姿态角；通过采集焦距、采集点、俯仰角以及偏航角，得到起点为采集点，长度为采集焦距，方向与管道机器人采集姿态角相同的向量，记为采集向量；根据采集点坐标和采集向量，计算得到焦点坐标；所述焦点为采集向量的终点和管道截面轮廓的中心点；所述管道截面轮廓的中心点是指椭圆管道截面轮廓的长短轴交点或者正圆管道截面轮廓的圆心；根据焦点坐标和采集向量，计算得到管道截面轮廓对应的截面方程；根据翻滚角、焦点坐标、截面方程以及管道截面轮廓计算得到管道截面轮廓在设定参照系下的三维坐标集合；

根据各管道截面数据中管道截面轮廓在设定参照系下的三维坐标集合，建立非线性的网格模型，作为管道三维非线性模型。

2.根据权利要求1所述的基于真实姿态角的管道三维非线性模型构建方法，其特征在于，所述通过载有姿态传感器和/或惯性测量单元的管道机器人，获取设定数量的管道截面数据的步骤包括：

通过管道机器人上设置的获取设备，以设定的时间间隔或设定的距离间隔获取管道截面轮廓；

通过姿态传感器和/或惯性测量单元获取管道机器人采集时刻的三维姿态数据，作为管道机器人采集姿态角；

获取管道机器人采集时刻的坐标，作为采集点；

获取或计算得到管道机器人采集时刻的采集焦距；

所述获取设备包括声呐、雷达、图像采集单元中的任一者或任多者组合；

所述三维姿态数据包括俯仰角、偏航角以及翻滚角中的任一者或任多者组合；参照处于标准采集姿态角下的管道机器人，以管道机器人前进方向为z轴、竖直方向为y轴、水平方向为x轴建立笛卡尔坐标系，则所述俯仰角为管道机器人绕x轴旋转的角度；所述偏航角为管道机器人绕y轴旋转的角度；所述翻滚角为管道机器人绕z轴旋转的角度。

3.根据权利要求2所述的基于真实姿态角的管道三维非线性模型构建方法，其特征在于，所述获取或计算得到管道机器人采集时刻的采集焦距的步骤包括：

建立采集射线；所述采集射线的端点为采集点，方向与管道机器人采集姿态角相同；

根据管道截面轮廓计算得到管道截面轮廓的对应截面；

将采集射线与管道截面轮廓对应截面的交点作为焦点，计算采集点到焦点的距离，记为采集焦距；

所述获取设备包括声呐和/或雷达；

所述管道截面轮廓包括点距方位集合；所述点距方位集合为采集点到管道截面轮廓上任一点的向量集合。

4.根据权利要求2所述的基于真实姿态角的管道三维非线性模型构建方法，其特征在于，所述获取或计算得到管道机器人采集时刻的采集焦距的步骤包括：

获取管道机器人采集时刻的图像采集设备焦距，记为采集焦距；

所述获取设备包括图像采集设备。

5.根据权利要求3所述的基于真实姿态角的管道三维非线性模型构建方法，其特征在于，所述针对各管道截面数据，根据管道截面轮廓和/或管道机器人采集姿态角，计算得到管道截面轮廓在设定参照系下的三维坐标集合的步骤包括：

针对各管道截面数据，根据点距方位集合和采集点坐标计算得到管道截面轮廓在设定参照系下的三维坐标集合。