[0001] 本实用新型属于城市地下管涵探测检测技术领域，具体包括一种城市地下管涵探测检测全地形机器人装置。

[0002] 目前，地下管涵全地形机器人面临着通信与数据传输能力差、人工智能算法与图像处理能力不足、传感器对环境条件敏感等问题，具体表现为，在地下管涵环境中GPS信号不可用，且无线通信信号衰减严重，导致地下管涵扫描全地形机器人与地面控制系统之间信息传递不畅，影响实时监控。现有扫描全地形机器人所采用的人工智能(AI)算法和图像处理技术尚不成熟，可能导致管涵的某些信息无法准确地提取和识别，传感器则会受到地下管涵的环境条件(如高湿度、低温、有污泥等)影响，导致测量数据不稳定或不准确。CN113721246A公开了一种可同时获得水上水下点云数据的三维建模方法，包括如下步骤：
将无人船放置于水面，操作人员站立于岸边通过遥控器远程操控无人船在水面上行驶；在岸上架设电脑，电脑内装设数据处理单元；将三维激光扫描仪架设于无人船的上表面；将水下全景声呐架设于无人船的一侧侧壁外表面；三维激光扫描仪对水面以上的物体进行三维激光扫描，水下全景声呐对水面以下的物体进行扫描；操作人员通过数据处理单元对上传的水上点云数据和水下点云数据分析处理后进行三维建模。上述方案的缺陷是：该技术适用场景局限于河道湖泊等开放水域，不适用于地下管涵这种光线暗、磁场干扰强、突发状况多以及信号条件差的封闭空间，不能满足对于数据传输实时性、环境扫描结果准确性的要求。
实用新型内容

[0003] 有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种城市地下管涵探测检测全地形机器人装置，以解决现有技术中的不足。

[0004] 为了达到上述目的，本实用新型的目的是通过下述技术方案实现的：

[0005] 提供一种城市地下管涵探测检测全地形机器人装置，包括：

[0006] 行驶移动主体，具有远程行驶操控端；

[0007] 传感器模块，设于所述行驶移动主体上，实时获取地下管涵信息；以及，[0008] 短距离通信网络，由若干定向传输通信设备和一个移动通信设备构成，所述定向传输通信设备布置于管涵两端和管涵内折弯拐点，将卫星信号和网络通信信号引入地下管涵内部，所述移动通信设备设于所述行驶移动主体内部。

[0009] 如所述城市地下管涵探测检测全地形机器人装置，所述传感器模块包括声学传感器和激光SLAM点云扫描传感器，所述激光SLAM点云扫描传感器设于所述行驶移动主体的顶部，所述声学传感器设于所述行驶移动主体的下部及后部。

[0010] 如所述城市地下管涵探测检测全地形机器人装置，所述激光SLAM点云扫描传感器为RTK惯导设备，所述声学传感器为双管声呐。

[0011] 如所述城市地下管涵探测检测全地形机器人装置，所述定向传输通信设备和所述移动通信设备均为WiFi设备。

[0012] 如所述城市地下管涵检测全地形机器人装置，所述地下管涵信息包括管涵内部经纬度、高程、管壁曲度变化、破损、淤积和沉降数据。

[0013] 本实用新型技术方案的有益效果是：

[0014] 1.提高检测效率：本实用新型采用水上水下联合扫描三维建模，能够高效地对地下管涵进行扫描，显著提高检测效率；

[0015] 2.提高检测准确性：本实用新型采用多种传感器模块与先进的图像处理技术，可以实时、准确地获取管涵内部信息，保证检测结果真实可靠；

[0016] 3.提高实时性：本实用新型在管涵两端和管涵内按照折弯拐点放置定向WiFi传输设备，把卫星信号和网络通信信号引入地下管涵内部，全地形机器人也内置WiFi中继设备，由于两端的WiFi设备都可以发出信号与船体上携带的WiFi设备可以信号传输，因此极大地提高操作支持范围与数据传输的实时性；

[0017] 4.降低探测检测成本：本实用新型可以大大降低人工成本和传统探测设备成本，且设备投入长期以来可以实现成本回报；

[0018] 5.减少安全风险：本实用新型可以降低有限空间作业人员安全风险，避免了在探测检测过程中可能出现的安全问题。

[0025] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。

[0026] 参看图1至图4所示，本实用新型城市地下管涵探测检测全地形机器人装置包括行驶移动主体1、传感器模块和短距离通信网络，行驶移动主体1具有远程行驶操控端，传感器模块设于行驶移动主体1上，用于实时获取地下管涵信息。短距离通信网络由若干定向传输通信设备和一个移动通信设备构成，定向传输通信设备布置于管涵两端和管涵内折弯拐点，将卫星信号和网络通信信号引入地下管涵内部，移动通信设备设于行驶移动主体1内部。

[0027] 传感器模块包括声学传感器和激光SLAM点云扫描传感器等，用于实时获取地下管涵信息，包括管涵内部经纬度、高程、管壁曲度变化、破损、淤积和沉降等数据，激光SLAM点云扫描传感器设于行驶移动主体的顶部，声学传感器设于行驶移动主体的下部及后部。

[0028] 容易理解的是，本全地形机器人装置还包括电源，将电源设置于全地形机器人的腔体内，为地下管涵扫描全地形机器人提供能源，对整个系统进行优化管理。

[0029] 较佳实施例中，激光SLAM点云扫描传感器为RTK惯导设备，声学传感器为双管声呐。RTK惯导设备即RTK惯性导航设备，惯性导航系统(INS，以下简称惯导)是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。其工作环境不仅包括空中、地面，还可以在水下。惯导的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，且把它变换到导航坐标系中，就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。RTK(Real‑Time Kinematic，实时动态)载波相位差分技术，是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新的测量原理和方法，极大地提高了作业效率。惯导RTK是惯导+RTK，原理是从一个初始位置开始，连续测得物体运动的航向角与加速度，推算出现在物体所在位置，惯导内部自成体系，可以从根本上解决磁场干扰的问题。

[0030] 进一步地，定向传输通信设备和移动通信设备均为WiFi设备。在管涵两端和管涵内按照折弯拐点放置定向WiFi传输设备，把卫星信号和网络通信信号引入地下管涵内部，有几个转折点就放置几台定向设备，同时一台WiFi设备放置于水下全地形机器人上，实现与地面控制系统的实时数据传输。本装置通过管涵两端和管涵内按照折弯拐点和全地形机器人上放置定向WiFi传输设备，提高了数据传输的实时性。

[0031] 操作本装置时，首先，全地形机器人装置进入地下管涵中，通过电脑远程操控全地形机器人装置在水中行驶。本装置具备强大的行驶能力，在管涵中自动行驶并根据管涵形状进行调整，实现高效、快速的移动。其次，在管涵上方地面架设装设有数据处理单元及信号接收模块的计算机；然后，将RTK惯导设备固定于全地形机器人装置的上部并浮出水面，将双管声呐架设于全地形机器人装置的底部和后部，RTK惯导设备对水面以上的管涵内壁进行扫描，同时水下双声呐对水面以下部分进行探测成像。操作人员通过计算机对无线网络传输回来的的管涵内部水面上点云数据和水面下声呐扫描数据(包含水下沉积物、淤泥等)分析处理后进行三维建模，确保了三维建模结果的准确性。操作人员只需通过计算机在管涵上方地面进行操控与数据分析处理，即可完成扫描任务，提高工作效率；同时避免了操作人员的过多有限空间作业，降低了有限空间作业人员安全风险。最后，通过计算机对传输回来的管涵内部水面上点云数据和水面下声呐扫描数据(包含水下沉积物、淤泥等)分析处理后进行三维建模。

[0032] 本实用新型通过放置定向WiFi传输设备以及设计一种可同时获取水上水下全景地下管涵数据的三维建模装置，操作人员在管涵上方地面远程操控水下全地形机器人，通过集中化、简单化的操作，快速和安全作业地同时获取地下管涵内部经纬度、高程、管壁曲度变化、破损、淤积和沉降等数据，把整个地下管涵定位数据(平面和高程)和内部三维模型完整的建立起来，提高数据传输的实时性、三维建模的准确性，降低了有限空间作业人员安全风险。

[0033] 本实用新型涉及一种城市地下管涵探测检测全地形机器人设备，致力于提供高效、准确、低成本的城市地下管涵探测检测解决方案。在操作过程中，全地形机器人设备被引导至地下管涵，充分利用其水中行驶能力。此外，在管涵上方地面上配置一台配备先进数据处理单元和信号接收模块的计算机系统。

[0034] 为实现精确的地下管涵内部信息采集，将实时动态定位与惯性导航系统(RTKINS)设备安装于全地形机器人设备的顶部，并保持其在水面以上。与此同时，在机器人设备的底部和后部安装双管声呐装置。RTKINS设备负责扫描管涵内壁的水面以上部分，水下双声呐负责探测水面以下部分并进行高清成像。

[0035] 计算机系统通过接收并处理管涵内部水面上的点云数据和水面下的声呐扫描数据，利用无迹卡尔曼滤波通过对高斯分布中选取代表性的样本点(无迹点)来近似表示非线性系统的状态和协方差，通过自编码器生成对抗网络实现深度学习模型并对其进行深度处理。在处理过程中，将点云数据与声呐扫描数据相结合，采用最大似然估计进行数据关联融合生成精确的地下管涵内部三维模型。

[0036] 本实用新型的全地形机器人设备显著提高了城市地下管涵探测检测的效率，实时、准确地获取管涵内部信息，确保检测结果的真实性和可靠性。同时，本实用新型扩大了操作支持范围，提高了数据传输的实时性，有效降低了探测检测成本，降低了安全风险。

[0037] 以上仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。