燃气管道内表面裂纹检测系统研究与设计.pdfVIP

摘要

随着我国城市化进程的加快，城市天然气供应需求不断增加，燃气管道建设里程不

断增长，老旧燃气管道容易萌生裂纹缺陷，引发安全事故。传统CCTV（Closed-Circuit

Television）管道内窥镜检测机器人技术能够记录、查看管道内部图像，对于及时发现缺

陷、管道维护以及后期事故朔源等具有重要意义，但其智能化程度较低，检测效率不高，

检测过程需要耗费巨大的人力资源。对此，本文开展了城市燃气管道内表面裂纹视觉检

测技术研究，完成了管道内裂纹检测系统的设计和实验，主要研究内容如下：

（1）基于管道机器人两种典型视角，建立了管道成像模型，总结了不同相机视角

管道成像特点，研究了多相机管道内壁成像方法中相机数量与视场角的关系。

（2）针对原生YOLOv7tiny在自制数据集上检测精度一般和预测框不合理的问

题，提出了改进YOLOv7tiny网络结构，加入注意力机制、修改损失函数、优化锚框，

经过实验验证，改进模型在本文数据集上mAP（meanAveragePrecision）有所提升，改

进模型后预测框尺寸得到改善。

（3）针对径向视角下管道内壁成像边缘部分压缩变形问题，建立了管道内壁曲面

投影模型，通过圆柱内曲面逆投影算法，实现了内壁管道裂纹图像还原。研究了裂纹提

取算法，通过传统图像处理方法，成功的提取了裂纹。

（4）设计了满足实验条件的管道机器人内表面裂纹检测系统。设计了机器人机械

结构。针对管道机器人检测功能需求设计了机器人软硬件架构，对硬件进行了计算选型，

对控制系统和视觉检测系统的软件架构进行了详细分析和功能划分，设计了人机交互界

面，完成了机器人整机功能。

（5）搭建了全尺寸DN540的环形实验管道，在管道内部制作了多条模拟裂纹缺

陷。对管道机器人的基本运动性能和缺陷检测系统进行了测试。实验结果表明，本文设

计的管道机器人内表面裂纹检测系统具有良好的缺陷检出能力，本文提出的管道内壁还

原算法能够解决管道内径径向成像压缩的问题，本文提出的裂纹提取方法能够有效地提

取裂纹，能够满足裂纹检测的一般需求。

关键词：管道内检测系统；视觉检测；裂纹检测；裂纹提取

Abstract

WiththeaccelerationofurbanizationinChina,thedemandfornaturalgassupplyis

increasinginurbanarea,themileageofgaspipelineconstructioncontinuestogrow,andold

gaspipelinesarepronetocrackdefectsandcausesafetyaccidents.TraditionalCCTV(closed-

circuittelevision)pipelineendoscopicinspectionrobottechnologycanrecordandviewthe

internalimageofthepipeline.However,itisnotintelligence,detectionefficiencyislow,and

thedetectionprocessrequireshugehumanresources.Thispapercarriedouttheresearchonthe

visualdetectiontechnologyofcrackdetectionontheinnersurfaceofurbangaspipelines,and

completedthedesignandexperimentofcrackdetectionsysteminpipelines,themainresearch

contentsareasfollows:

(1)Basedonthetwotypical