一种城市管网缺陷位置定位分析方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种城市管网缺陷位置定位分析方法和系统，包括：城市区域分布模块:对构建的城市进行分割各个正方形网格区域，城市管网采集模块和异常排放点标记模块：获取城市A的异常排放点信息并标记，机器学习分析模块：获取城市内的所有雨污水管道口关键数据，基于深度学习方法，运用python软件，构建训练集，构建雨污水管道口缺陷区域分析模型，缺陷位置定位分析模块：利用构建好的雨污水管道口缺陷区域分析模型，找到缺陷点位，本发明专利技术的优点是：能够节约运算时间，更加快速的检测，降低检测误差，检测更为精准，适用面更广。适用面更广。适用面更广。

【技术实现步骤摘要】
一种城市管网缺陷位置定位分析方法和系统


[0001]本专利技术涉及人工智能
，特别涉及一种城市管网缺陷位置定位分析方法和系统。

技术介绍

[0002]应用人工智能进行城市排水管道缺陷判读的技术是为了排查排水管道存在的大量缺陷，防止引发城市内涝、地面塌陷、污水浓度异常等众多问题而创造的。其中管道缺陷一般分为结构性缺陷和功能性缺陷。一般来说，结构性缺陷包括变形、裂缝、断裂/坍塌、表面腐蚀/破损、突出接口/穿管、接口损坏、接口错位/脱节和支管暗接/错接等类型；功能性缺陷包括树根突入、管壁附着物、管底沉积物、其他障碍物、土壤进入、地下水内渗和污水外渗等类型。
[0003]目前，国内外的学者及管道管理机构，应用众多检测技术对排水管道进行检测，主要有如下几种：
[0004](1)管道闭路电视检测(Closed Circuit Television，CCTV)或称管道检测机器人：指通过控制机器人在管道内部行进，并检测管道缺陷的检测技术。
[0005](2)手持视频(Hand
‑
holding Cameral,Quick View,QV)：是一种采用管道内窥镜对管道进行检测的技术。
[0006](3)探地雷达：是一种通过天线发射和接收高频电磁波来探测管道内部物质特性的检测技术。可探测管道渗漏、掏空、外壁剥落等缺陷。
[0007](4)声纳检测：是利用水中声波对水下目标进行测距的检测技术。
[0008](5)管道扫描与评价技术(Sewer Pipe Scanner and Evaluation Technology,SSET)：可对管道内部缺陷状况进行检测[。
[0009](6)其他：冲击回声、红外检测、镭射扫描、超声检测、热成像和激光轮廓分析等。
[0010]其中CCTV检测是应用最为广泛，也是最为可靠的排水管道检测技术。当前很多城市选择应用CCTV检测(管道闭路电视检测)作为判读排水管道缺陷的方法。通过控制机器人在管道内部行进，检测管道缺陷。该方法可以以视频或图像的形式直接观测到管道内部状况，并对发生的管道缺陷进行较为精确定位，且操作方便、安全。
[0011]实施CCTV检测时，一般需要提前对管道进行冲洗，并采取措施使管道内部的水位维持在较低的水平。且在检测后则需要对大量复杂图像进行处理和储存，效率较低，占用储存空间巨大。同时，CCTV检测所获得的图像一般是沿管道轴向方向的透视图像，具有近大远小的透视图像特征，加上管道内部情况复杂多变，会给识别图像中缺陷的工作带来很大困难，与其他图像识别应用领域不同的是，管道内部同一缺陷的图像也不尽相同，而且受到拍摄角度、光强或液面反光等的影响，无法获得缺陷的标准图像，难以进行有效的识别和分类。另外，结果受操作人员个人因素影响大、并且检测效率受管道状况影响也较大。随着排水管道信息化和可视化建设要求的不断提高，它不再能满足管理者对检测方法更加高效、更加可靠的需求。

技术实现思路

[0012]本专利技术针对现有技术的缺陷，提供了一种城市管网缺陷位置定位分析方法和系统。实现管道缺陷的智能检测，提高检测维修精度，降低人工劳动强度。
[0013]为了实现以上专利技术目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0014]一种城市管网缺陷位置定位分析方法，包括以下步骤：
[0015]步骤
①
：构建城市区域A，对城市区域A进行正方形网格式分割，构建网格区域，任意一网格区域边长不小于r，且规定在划分时各个网格区域内至少存在一处雨污水管道口。
[0016]步骤
②
：获取城市区域A内出现的异常排放点，根据对异常排放点所连接的所有雨污水管道口进行标记；
[0017]步骤
③
：获取城市区域A内的所有雨污水管道口关键数据，包括雨污水管道口区域类型、雨污水管道口施工单位、雨污水管道口竣工日期、雨污水管道口维护数据、雨污水管道口区域在时间T内的路面工程、雨污水管道口路面的载重情况，其中雨污水管道口区域类型分为居民区域与工业区域。
[0018]基于深度学习方法，运用python软件，在获取N个雨污水管道口关键数据后，将任一个雨污水管道口关键数据记为(x
i
,y
i
)，建立训练集，根据训练集构建雨污水管道口缺陷区域分析模型；
[0019]步骤
④
：根据雨污水管道口缺陷区域分析模型，利用机器智能化，快速找到可能的雨污水管道错接、乱接或出现故障的网格区域。
[0020]进一步地，步骤
③
中建立训练集具体如下：
[0021]T1＝{(x1,y2)、(x2,y2)、
…
(x
N
,y
N
)}；
[0022]y
i
∈{
‑
1,+1}；i＝1,2,3,
…
,N
[0023]其中x
i
代表雨污水管道口关键数据中任一个数据的归一化数据；y
i
代表类标记，当它等于+1时为正例，等于
‑
1时为负例。
[0024]进一步地，步骤
③
中构建雨污水管道口缺陷区域分析模型具体如下：
[0025]寻找分离超平面以获取雨污水管道口存在缺陷区域的分类平面，设置超平面表示为：
[0026]a*x+b＝0
[0027]其中，a为不为零的常数；b为任意常数；
[0028]设置任一数据点(x
i
,y
i
)到达超平面距离d：
[0029][0030]设支持向量到超平面的距离为d
*
，任何正确分类的点到超平面的距离都应该大于或等于d
*
，即：
[0031][0032]由于数据为线性不可分训练数据，构建松弛变量ε
i
≥0；对每个松弛变量ε
i
，支付一个代价，表示为：
[0033][0034]其中C为惩罚参数，C＞0；
[0035]引入拉格朗日乘数β，定义拉格朗日函数：
[0036][0037]其中，β＝(β1，β2，β3，
…
，β
N
)
T
为拉格朗日乘子向量；
[0038]根据拉格朗日对偶性，可得：
[0039][0040]约束条件为:
[0041][0042]0≤β
i
≤C，i＝1,2,3,
…
,N
[0043]获取最优解:
[0044][0045]得到最优解a
*
、b
*
，满足a
*
*x+b
*
＝0，即为分离超平面，到此雨污水管道口缺陷区域分析模型构建完成。
[0046]进一步地，步骤
④
具体如下：
[0047]针对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种城市管网缺陷位置定位分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
①
：构建城市区域A，对城市区域A进行正方形网格式分割，构建网格区域，任意一网格区域边长不小于r，且规定在划分时各个网格区域内至少存在一处雨污水管道口；步骤
②
：获取城市区域A内出现的异常排放点，根据对异常排放点所连接的所有雨污水管道口进行标记；步骤
③
：获取城市区域A内的所有雨污水管道口关键数据，包括雨污水管道口区域类型、雨污水管道口施工单位、雨污水管道口竣工日期、雨污水管道口维护数据、雨污水管道口区域在时间T内的路面工程、雨污水管道口路面的载重情况，其中雨污水管道口区域类型分为居民区域与工业区域；基于深度学习方法，运用python软件，在获取N个雨污水管道口关键数据后，将任一个雨污水管道口关键数据记为(x
i
,y
i
)，建立训练集，根据训练集构建雨污水管道口缺陷区域分析模型；步骤
④
：根据雨污水管道口缺陷区域分析模型，利用机器智能化，快速找到可能的雨污水管道错接、乱接或出现故障的网格区域。2.根据权利要求1所述的一种城市管网缺陷位置定位分析方法，其特征在于：步骤
③
中建立训练集具体如下：T1＝{(x1,y2)、(x2,y2)、
…
(x
N
,y
N
)}；y
i
∈{
‑
1,+1}；i＝1,2,3,
…
,N其中x
i
代表雨污水管道口关键数据中任一个数据的归一化数据；y
i
代表类标记，当它等于+1时为正例，等于
‑
1时为负例。3.根据权利要求2所述的一种城市管网缺陷位置定位分析方法，其特征在于：步骤
③
中构建雨污水管道口缺陷区域分析模型具体如下：寻找分离超平面以获取雨污水管道口存在缺陷区域的分类平面，设置超平面表示为：a*x+b＝0设置任一数据点(x
i
,y
i
)到达超平面距离d：设支持向量到超平面的距离为d
*
，任何正确分类的点到超平面的距离都应该大于或等于d
*
，即：由于数据为线性不可分训练数据，构建松弛变量ε
i
≥0；对每个松弛变量ε
i
，支付一个代价，表示为：其中C为惩罚参数，C＞0；引入拉格朗日乘数β，定义拉格朗日函数：
其中，β＝(β1，β2，β3，
…
，β
N
)
T
为拉格朗日乘子向量；根据拉格朗日对偶性，可得：约束条件为:0≤β
i
≤C，i＝1,2,3,
…
,N获取最优解:得到最优解a
*
、b
*
，满足a
*
*x+b
*
＝0，即为分离超平面，到此雨污水管道口缺陷区域分析模型构建完成。4.根据权利要求3所述的一种城市管网缺陷位置定位分析方法，其特征在于：步骤
④
具体如下：针对于城市A的区域范围，根据步骤
③
构建好的雨污水管道口缺陷区域分析模型，分析得到满足公式a*x+b＝0的最优解a
*
和b
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊岭，熊玉华，王晨晨，王思杰，孔一丞，沈冰心，胡钋，李奇威，张晓蕊，符芳诗，宁嘉琪，于潇，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：