本發(fā)明涉及工程測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及非開挖管線三維軌跡特征點提取存儲入庫方法。

背景技術(shù)：

水平定向鉆機在不開挖地表面的條件下，可以穿越道路、河流等障礙物，從而鋪設(shè)多種地下公用設(shè)施(如管道、電纜等)。定向鉆施工的管線一般埋設(shè)較深(3-30米)，目前這類地下管線竣工測量采用的物探方法為電磁法，用管線儀探測管線，但是，對于3米以下的管道探查精度難以保證，這就使得水平定向鉆技術(shù)的推廣給管線探測提出了更高的要求。

基于捷聯(lián)慣導(dǎo)原理的陀螺儀管道定位測繪方式因不受電磁干擾、地質(zhì)環(huán)境和施工深度等因素的影響，使用范圍最廣。陀螺儀在工作過程中，以200次/秒的采樣率采集陀螺儀在管線內(nèi)行進過程中的加速度及其變化，進而計算出地下管線軌跡坐標?，F(xiàn)有的陀螺儀管道定位測繪系統(tǒng)能夠根據(jù)不同的距離間隔提取管道軌跡上的坐標點，但是，這種方法在減少物理點的同時，忽略了管道曲線的特征，會丟失管道曲線在高程最低點等位置的特征點。

正是由于地下管線埋設(shè)軌跡的未知，所以需要確保高采樣率來獲取更詳細的管線軌跡信息。一條100m定向鉆施工管線，需要采集1-2萬個散點，管線數(shù)據(jù)庫中每個管線隱蔽點需有三維坐標、管徑及埋深等屬性，但是，太多的管線點會增加所需存儲空間，不利于成圖，這就使得陀螺儀測繪非開挖軌跡所得空間散點的壓縮存儲變得尤為重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例的目的在于提供一種非開挖管線三維軌跡特征點提取存儲入庫方法，簡化采樣點的同時減少存儲空間。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供了一種非開挖管線三維軌跡特征點提取存儲入庫方法，包括以下步驟：

通過地面測量確定非開挖管線兩端管口的兩個已知點的坐標；

采用慣性陀螺儀，測量確定非開挖管線軌跡上多個散點的三維坐標；

設(shè)定閾值，使用矢量曲線特征點提取方法提取管線軌跡的特征點為管線隱蔽點；

填寫管線點屬性，并成圖入庫。

優(yōu)選地，在所述通過地面測量確定非開挖管線兩端管口的兩個已知點的坐標的步驟，還包括：

測量GNSS RTK圖根點；

從圖根點引測圖根導(dǎo)線；

測量非開挖管線兩端管口中心點坐標。

優(yōu)選地，在所述采用慣性陀螺儀，測量得到非開挖管線軌跡上多個散點的三維坐標的步驟，還包括：

在管中拖拽陀螺儀多個來回重復(fù)測量；

以一定的采樣率采集陀螺儀在管線內(nèi)行進過程中的加速度及其變化；

根據(jù)管口已知點坐標，計算出管線軌跡上多個采樣點的三維坐標。

優(yōu)選地，在所述設(shè)定閾值，使用矢量曲線特征點提取方法提取管線軌跡的特征點為管線隱蔽點的步驟，還包括：

根據(jù)精度需求設(shè)定一個距離閾值；

初始選取管線兩端管口中心點為已知特征點；

選取距離兩個特征點所在直線距離最大的點為下一個特征點；

在曲線上尋找多個特征點在特定閾值條件下近似整條非開挖管線的軌跡。

優(yōu)選地，在所述選取距離兩個特征點所在直線距離最大的點為下一個特征點的步驟，還包括：

如果距離大于閾值，則特征點保留，并在兩兩特征點之間尋找下一個特征點。

優(yōu)選地，在所述選取距離兩個特征點所在直線距離最大的點為下一個特征點的步驟，還包括：

如果距離小于閾值，則用已知特征點所在直線上近似的兩個特征點之間的曲線。

優(yōu)選地，在所述填寫管線點屬性，并成圖入庫的步驟，還包括：

結(jié)合地面測量管線明顯點及隱蔽點，連線形成一條某一管種的管線路由；

對明顯點、管線儀探測隱蔽點以及陀螺儀測繪壓縮后隱蔽點填寫管線點屬性，并成圖入庫。

優(yōu)選地，所述矢量曲線特征點提取方法為Douglas-Peucker算法。

本發(fā)明通過地面測量確定非開挖管線兩端管口的兩個已知點的坐標，采用慣性陀螺儀測量確定非開挖管線軌跡上多個散點的三維坐標，設(shè)定閾值，使用矢量曲線特征點提取方法提取管線軌跡的特征點為管線隱蔽點，填寫管線點屬性，并成圖入庫，降低了管線陀螺儀測繪非開挖管線軌跡上管線散點總數(shù)兩個數(shù)量級，減少了存儲成本。并且，非開挖管線的隱蔽點數(shù)量在一定范圍內(nèi)，使得在1:500地形圖上成圖可讀性更強，從而滿足地下管線數(shù)據(jù)庫入庫要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的非開挖管線三維軌跡特征點提取存儲入庫方法的流程示意圖；

圖2是本發(fā)明非開挖管線三維軌跡特征點提取存儲入庫方法的入庫成果圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

請參閱圖1，是本發(fā)明提供的非開挖管線三維軌跡特征點提取存儲入庫方法的流程示意圖。

如圖1所示，所述非開挖管線三維軌跡特征點提取存儲入庫方法包括：

S11，通過地面測量確定非開挖管線兩端管口的兩個已知點的坐標。

非開挖鋪設(shè)地下管線是在不殲挖地表的條件下完成地下管線鋪設(shè)施工的方法。與傳統(tǒng)的開槽鋪管施工相比，非開挖鋪管具有不影響交通，不污染環(huán)境等優(yōu)點，并在許多場合比開挖法施工周期短、成本低、安全性好。可以廣泛用于自來水、煤氣、排污、通信、電力、石油和人然氣等各種地下管線鋪設(shè)施工。水平定向鉆機作為非開挖鋪設(shè)地下管線的一種方式，管線一般埋設(shè)較深，而現(xiàn)有技術(shù)下的物探方法的精確度較低，從而采用基于捷聯(lián)慣導(dǎo)原理的陀螺儀管道定位測繪方式能夠根據(jù)不同的距離間隔提取管道軌跡上的坐標點，再配合Douglas-Peucker算法，得到高采樣率的同時，使得管線軌跡上管線散點數(shù)減少了兩個數(shù)量級，從而減少了存儲空間。

其中，步驟S11，即在通過地面測量確定非開挖管線兩端管口的兩個已知點的坐標的步驟，還包括：

測量GNSS RTK圖根點；

從圖根點引測圖根導(dǎo)線；

測量非開挖管線兩端管口中心點坐標。

為了保證測繪非開挖管線的精確度，首先，在非開挖管線周邊尋找適合GPS動態(tài)測量的位置，測量多個GNSS RTK圖根點，根據(jù)城市測量規(guī)范往管線段方向引測圖根導(dǎo)線，并測得非開挖管線兩端管口中心點坐標以及周邊管線明顯點和管線探測儀所探測隱蔽點。

S12，采用慣性陀螺儀，測量確定非開挖管線軌跡上多個散點的三維坐標。

基于捷聯(lián)慣導(dǎo)原理的陀螺儀管道定位測繪方式因不受電磁干擾、地質(zhì)環(huán)境和施工深度等因素的影響，使用范圍最廣。陀螺儀在工作過程中，以200次/秒的采樣率采集陀螺儀在管線內(nèi)行進過程中的加速度及其變化，進而計算出地下管線軌跡坐標?，F(xiàn)有的陀螺儀管道定位測繪系統(tǒng)能夠根據(jù)不同的距離間隔提取管道軌跡上的坐標點，但是，這種方法在減少物理點的同時，忽略了管道曲線的特征，會丟失管道曲線在高程最低點等位置的特征點。

其中，步驟S12，即在采用慣性陀螺儀，測量得到非開挖管線軌跡上多個散點的三維坐標的步驟，還包括：

在管中拖拽陀螺儀多個來回重復(fù)測量；

以一定的采樣率采集陀螺儀在管線內(nèi)行進過程中的加速度及其變化；

根據(jù)管口已知點坐標，計算出管線軌跡上多個采樣點的三維坐標。

在具體實施當中，首先，用穿管器穿透非開挖管線段，將牽引繩拉入管線段，利用牽引繩拉拽管道清通管道內(nèi)的淤泥及堵塞物。根據(jù)管徑選擇陀螺儀導(dǎo)輪，用同樣的方式拉拽陀螺儀4個或以上回合重復(fù)測量。陀螺儀管道定位測繪系統(tǒng)會以200次/秒的采樣率采集陀螺儀在管線內(nèi)行進過程中的加速度及其變化，進而應(yīng)用專業(yè)軟件計算出地下管線軌跡坐標。

S13，設(shè)定閾值，使用矢量曲線特征點提取方法提取管線軌跡的特征點為管線隱蔽點。

在本發(fā)明所述的非開挖管線三維軌跡特征點提取存儲入庫方法中，矢量曲線特征點提取方法優(yōu)選為Douglas-Peucker算法。Douglas-Peucker算法是將曲線近似表示為一系列點，并減少點的數(shù)量的一種算法。它的優(yōu)點是具有平移和旋轉(zhuǎn)不變性，給定曲線和閾值后，抽樣和結(jié)果一定。很多學者在Douglas-Peucker算法的基礎(chǔ)上提出了矢量曲線特征點提取的改進型算法。

其中，步驟S13，即在所述設(shè)定閾值，使用矢量曲線特征點提取方法提取管線軌跡的特征點為管線隱蔽點的步驟，還包括：

根據(jù)精度需求設(shè)定一個距離閾值；

初始選取管線兩端管口中心點為已知特征點；

選取距離兩個特征點所在直線距離最大的點為下一個特征點；

在曲線上尋找多個特征點在特定閾值條件下近似整條非開挖管線的軌跡。

其中，在所述的選取距離兩個特征點所在直線距離最大的點為下一個特征點的步驟，還包括：

如果距離大于閾值，則特征點保留，并在兩兩特征點之間尋找下一個特征點。

如果距離小于閾值，則用已知特征點所在直線上近似的兩個特征點之間的曲線。

根據(jù)地下管線三維軌跡形態(tài)、起伏狀況選取一個合適的閾值，導(dǎo)入陀螺儀測繪得到的地下管線軌跡的散點，利用Douglas-Peucker方法迭代選取管線軌跡上的特征點，并用閾值判斷是否保留新特征點或選擇前一步兩個特征點之間的直線來近似對應(yīng)曲線段，循環(huán)找出并記錄下管線軌跡上所有符合條件的特征點。符合條件的特征點即為陀螺儀測繪非開挖管線軌跡特征點提取后的管線隱蔽點。

S14，填寫管線點屬性，并成圖入庫。

其中，步驟S12，即在所述填寫管線點屬性，并成圖入庫的步驟，還包括：

結(jié)合地面測量管線明顯點及隱蔽點，連線形成一條某一管種的管線路由；

對明顯點、管線儀探測隱蔽點以及陀螺儀測繪壓縮后隱蔽點填寫管線點屬性，并成圖入庫。

根據(jù)地下管線探測相關(guān)規(guī)范，填寫物探點號、測量點號、管線材料、特征或附屬物、平面坐標、埋深、管徑或斷面尺寸、連接關(guān)系等屬性，結(jié)合地面對應(yīng)管線的明顯點、隱蔽點以及連接關(guān)系生成地下管線完整的成果圖、成果表資料，并完成入庫。如圖2所示，圖中L1-L49為目標管線，其中L3至L48段管線采用定向鉆施工，L3-L48段的管線隱蔽點為使用本發(fā)明提取的特征點在平面上的位置。

綜上所述，本發(fā)明綜合運用水平定向鉆及陀螺儀等先進的信息技術(shù)，針對不同的管道類型，采用Douglas-Peucker算法，實現(xiàn)特征點的提取存儲入庫，不僅降低了管線陀螺儀測繪非開挖管線軌跡上管線散點總數(shù)兩個數(shù)量級，減少了存儲成本，而且使得成圖可讀性更強。

需說明的是，以上所描述的系統(tǒng)實施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網(wǎng)絡(luò)單元上?？梢愿鶕?jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實現(xiàn)本實施例方案的目的。另外，本發(fā)明提供的裝置實施例附圖中，模塊之間的連接關(guān)系表示它們之間具有通信連接，具體可以實現(xiàn)為一條或多條通信總線或信號線。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下，即可以理解并實施。

通過以上的實施方式的描述，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到本發(fā)明可借助軟件加必需的通用硬件的方式來實現(xiàn)，當然也可以通過專用硬件包括專用集成電路、專用CPU、專用存儲器、專用元器件等來實現(xiàn)。一般情況下，凡由計算機程序完成的功能都可以很容易地用相應(yīng)的硬件來實現(xiàn)，而且，用來實現(xiàn)同一功能的具體硬件結(jié)構(gòu)也可以是多種多樣的，例如模擬電路、數(shù)字電路或?qū)Ｓ秒娐返取５?，對本發(fā)明而言更多情況下軟件程序?qū)崿F(xiàn)是更佳的實施方式。基于這樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計算機軟件產(chǎn)品存儲在可讀取的存儲介質(zhì)中，如計算機的軟盤，U盤、移動硬盤、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盤等，包括若干指令用以使得一臺計算機設(shè)備(可以是個人計算機，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實施例所述的方法。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護范圍為準。