一种给排水管道检测系统及方法

技术领域

本申请涉及给排水管道检测技术领域，具体涉及一种给排水管道检测系统及方法。

背景技术

给排水管道是用于输送生活污水、雨水、饮用水等水的管道系统，其包括给水管道以及排水管道。

目前，传统的管道检测方法包括闭路电视(CCTV)、增强现实/虚拟现实(AR/VR)和建筑信息模型(BIM)等技术；这些管道检测方法虽然能够提供一定程度的管道内部视觉信息，但存在着一些限制。首先，闭路电视(CCTV)通常难以发现管道内部的微小裂缝或渗漏问题，这可能导致未被及时识别的管道破损；其次，渗入流现象可能从管道带走周围土壤，进一步导致管道周围的空洞问题，但传统方法难以准确监测和量化这些情况。此外，虽然增强现实/虚拟现实(AR/VR)和建筑信息模型(BIM)等技术在管道检测中有一定应用，但它们通常需要建立复杂的3D实体模型，需要大量的时间和资源。

因此，亟需一种更高效、准确且实时的管道检测技术，以提高管道检测的准确性和效率。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种给排水管道检测系统及方法，实现了高精度的管道内部检测，提高了管道检测的准确性和效率。

第一方面，本申请一种给排水管道检测系统，所述系统包括：喷涂机器人、3D成像机器人以及中央控制设备；所述中央控制设备分别与所述喷涂机器人以及所述3D成像机器人连接；

所述喷涂机器人包括喷涂装置；所述喷涂装置位于所述喷涂机器人的顶部；所述喷涂装置用于将标记物质均匀涂覆在管道内壁表面；

所述3D成像机器人包括激发与捕获组合单元；所述激发与捕获组合单元位于所述3D成像机器人的顶部；所述激发与捕获组合单元包括光源单元、检测单元、激光扫描单元，所述光源单元用于在所述喷涂机器人的涂覆操作完毕后，激发所述标记物质，使所述标记物质发出反射信号；所述检测单元用于对所述反射信号进行捕获；所述激光扫描单元用于生成所述管道内的3D点云数据；

所述中央控制设备用于控制所述喷涂机器人执行涂覆操作，控制所述3D成像机器人在涂覆操作完毕后，激发所述管道内部的反射信号、捕获所述反射信号以及生成所述管道内的3D点云数据，并根据所述管道内的所述反射信号以及所述3D点云数据，生成管道3D模型，以实现所述管道的3D成像与检测。

根据上述技术手段，本申请通过使用特殊标记物质涂覆管道内壁表面、以及光源单元、检测单元、激光扫描单元等组件进行检测，能够实现对管道内部的高精度检测，有助于及时发现微小裂缝、渗漏问题和其他管道内部的异常情况，从而减少未被及时发现的管道损坏风险。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述标记物质为荧光染料、放射性同位素、超声造影剂和磁共振造影剂中的任意一者。

根据上述技术手段，本申请采用了特殊标记物质，如荧光染料、放射性同位素、超声造影剂和磁共振造影剂，以标记管道内部的结构和问题区域，为管道内部的实时成像提供了更多的信息源。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述光源单元采用紫外光源单元，以激发所述标记物质；

所述检测单元采用并光电二极管。

根据上述技术手段，通过集成光源单元、检测单元和激光扫描单元，能够实现实时生成管道内部的3D成像，传统方法通常难以提供实时的三维管道内部信息。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述喷涂装置包括至少一个喷嘴、可旋转喷头；

所述喷嘴与所述可旋转喷头连接，所述喷嘴用于喷涂所述标记物质，所述可旋转喷头用于带动所述喷嘴进行旋转喷涂。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述喷涂机器人还包括第一移动底座、第一可调节支架以及第一中心定位模块；

所述第一移动底座位于所述喷涂机器人的底部，用于承载所述喷涂机器人，使所述喷涂机器人在所述管道内爬行与旋转；

所述第一可调节支架与所述喷涂装置连接，用于调整所述喷涂装置的高度和位置；

所述第一中心定位模块包括第一传感器；所述第一传感器位于所述第一移动底座上，用于检测所述管道的直径和轴向位置，以使所述喷涂装置位于管道的中心位置。

根据上述技术手段，本申请中的第一可调节支架以及第一中心定位模块，可以适应不同管径大小，并确保设备的光源单元、检测单元和激光扫描单元位于管道的中心位置，这一设计使成像过程更容易实施，并提高了标记物质涂覆均匀性。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述3D成像机器人还包括第二移动底座、第二可调节支架以及第二中心定位模块；

所述第二移动底座位于所述3D成像机器人的底部，用于承载所述3D成像机器人，使所述3D成像机器人在所述管道内爬行与旋转；

所述第二可调节支架与所述激发与捕获组合单元连接，用于调整所述激发与捕获组合单元的高度和位置；

所述第二中心定位模块包括第二传感器；所述第二传感器位于所述第二移动底座上，用于检测所述管道的直径和轴向位置，以通过所述第二可调节支架调整所述激发与捕获组合单元的高度和位置，使所述激发与捕获组合单元位于管道的中心位置。

根据上述技术手段，本申请中的第二可调节支架以及第二中心定位模块，可以适应不同管径大小，并确保设备的光源单元、检测单元和激光扫描单元位于管道的中心位置，这一设计使成像过程更容易实施，并提高了成像的准确性。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述中央控制设备包括用户控制模块、数据记录模块以及安全模块；

所述用户控制模块，用于控制所述喷涂机器人的启停、移动位置以及调整高度；还用于控制所述3D成像机器人的启停、移动位置以及调整高度；

所述数据记录模块，用于记录所述喷涂机器人的喷涂过程和喷涂参数，以进行质量控制和涂覆均匀性检测；还用于记录所述3D成像机器人所采集的反射信号、3D点云数据；

所述安全模块包括紧急停止按钮和安全警告装置。

根据上述技术手段，本申请的安全模块可以确保操作员的安全；数据记录模块所记录的喷涂过程和喷涂参数，这些数据可以用于质量控制和检测管道内部的涂覆均匀性；此外，通过用户控制模块，操作员可以手动或自动控制喷涂和成像过程，以提高操作的可控性和灵活性。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述中央控制设备还包括实时监测和成像模块；

所述实时监测和成像模块，用于：

采集所述检测单元捕获的反射信号以及所述激光扫描单元生成的3D点云数据；

对所述反射信号进行预处理，以获取反射处理信号；所述预处理包括背景噪声去除、数据校准和去除干扰信号；

将所述3D点云数据与所述反射处理信号进行坐标系配准，以使所述反射处理信号的数据与所述管道的内部形状关联；

根据坐标系配准结果，在所述3D点云数据上叠加所述反射处理信号的强度信息；

根据所述坐标系配准结果以及叠加结果，进行管道三维重建，以获取初步3D模型；

对所述初步3D模型进行优化处理和平滑处理，以获取最终的所述管道3D模型。

根据上述技术手段，本申请通过使用喷涂机器人和3D成像机器人，能够实时生成管道内部的3D成像，包括管道的几何形状、问题区域的位置和荧光标记物质的分布，这提供了对管道内部情况的全面描述和分析；在实时监测和成像模块方面，本申请将光源单元、检测单元和激光扫描单元收集的信息设计成管道3D模型，相对于传统方法，如增强现实/虚拟现实和建筑信息模型，提供了更高效的管道检测和成像方法，它不需要建立复杂的3D实体模型，从而节省时间和资源。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述中央控制设备还包括结果可视化模块、数据分析模块以及报告生成模块；

所述结果可视化模块，用于对所述管道3D模型进行可视化，以显示所述管道的内部形状和潜在问题区域；

所述数据分析模块，用于根据所述管道3D模型，对所述管道的内部情况进行数据分析；

所述报告生成模块，用于根据数据分析结果，生成管道问题报告。

根据上述技术手段，数据分析模块利用生成的管道3D模型，进行管道内部情况的数据分析，这可以包括检测微小裂缝、渗漏、土壤侵蚀或其他问题，并确定它们的位置和严重性；而报告生成模块生成的管道问题报告可以将检测结果以可理解的方式呈现给相关人员，有助于决策和维护计划的制定。

第二方面，本申请提供了一种给排水管道检测方法，所述方法应用于如上所述的一种给排水管道检测系统中，所述方法包括：

采集所述检测单元捕获的反射信号以及所述激光扫描单元生成的3D点云数据；

对所述反射信号进行预处理，以获取反射处理信号；所述预处理包括背景噪声去除、数据校准和去除干扰信号；

将所述3D点云数据与所述反射处理信号进行坐标系配准，以使所述反射处理信号的数据与所述管道的内部形状关联；

根据坐标系配准结果，在所述3D点云数据上叠加所述反射处理信号的强度信息；

根据所述坐标系配准结果以及叠加结果，进行管道三维重建，以获取初步3D模型；

对所述初步3D模型进行优化处理和平滑处理，以获取最终的所述管道3D模型。

第三方面，本申请提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行以实现上述的一种给排水管道检测方法。

第四方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现上述的一种给排水管道检测方法。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：

1.高精度的管道内部检测：本申请通过使用特殊标记物质涂覆管道内壁表面、以及光源单元、检测单元、激光扫描单元等组件进行检测；这有助于及时发现微小裂缝、渗漏问题和其他管道内部的异常情况，从而减少未被及时发现的管道损坏风险。

2.对渗入流和土壤侵蚀的监测：本申请能够实时监测和量化管道内部的渗入流现象以及土壤侵蚀问题，有助于预防土壤流失和管道周围空洞的形成，提高管道结构的稳定性。

3.实时管道成像：本申请通过使用3D成像机器人中的光源单元、检测单元、激光扫描单元，能够实时生成管道内部的3D成像，包括管道的几何形状、问题区域的位置和荧光标记物质的分布；这提供了对管道内部情况的全面描述和分析。

4.高效的管道检测和成像：相对于传统方法，如增强现实/虚拟现实和建筑信息模型，本申请提供了更高效的管道检测和成像方法，通过3D成像生成管道3D模型，不需要建立复杂的3D实体模型，从而节省时间和资源。

5.自动化和精确的喷涂机器人：本申请的喷涂机器人能够自动喷涂荧光染料，确保均匀覆盖管道内壁表面，并且不会干扰管道的正常运行，这提高了喷涂的一致性和精确性。

6.安全性和可控性：本申请的安全模块包括紧急停止按钮和安全警告装置，以确保操作员的安全；此外，操作员可以通过用户控制模块手动或自动控制喷涂和成像过程，以提高操作的可控性。

7.数据记录和报告生成：本申请包括数据记录模块可用于记录喷涂和成像的过程和参数，这些数据可以用于质量控制和检测管道内部的涂覆均匀性；此外，报告生成模块所生成的管道问题报告将检测结果以可理解的方式呈现给相关人员，有助于决策和维护计划的制定。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据一示例性实施例示出的一种给排水管道检测系统的结构示意图。

图2是根据一示例性实施例示出的喷涂机器人的结构示意图。

图3是根据一示例性实施例示出的3D成像机器人的结构示意图。

图4是根据一示例性实施例示出的激发与捕获组合单元的结构示意图。

图5是根据一示例性实施例示出的一种给排水管道检测方法的方法流程图。

图6示出了本申请一示例性实施例示出的计算机设备的结构框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

针对微小裂缝和渗漏问题的检测：传统管道检测技术，如闭路电视(CCTV)，难以准确发现管道内部的微小裂缝或渗漏问题；而这些问题可能会逐渐恶化并导致管道损坏，因此需要一种更精确的检测方法。针对渗入流和土壤侵蚀问题的监测：管道内部可能发生渗入流现象，导致土壤被带走，进而形成空洞问题；传统方法难以实时监测和量化这些情况，而这些问题可能对管道的结构稳定性造成严重威胁。针对高效的管道检测和成像需求：当前的管道检测方法，如增强现实/虚拟现实(AR/VR)和建筑信息模型(BIM)，通常需要建立复杂的3D实体模型，这需要大量的时间和资源。因此，本申请提出了一种给排水管道检测系统及方法，通过使用特殊标记物质、光源单元、检测单元以及激光扫描单元，可以实现对管道内部的实时3D成像诊断。本申请有望解决上述问题，提高管道检测的准确性，及时发现管道问题，并提供更可靠的数据支持，以便进行维护和修复工作。

图1是根据一示例性实施例示出的一种给排水管道检测系统的结构示意图。该系统包括：喷涂机器人1、3D成像机器人2以及中央控制设备3；该中央控制设备3分别与该喷涂机器人1以及该3D成像机器人2连接；

该喷涂机器人1包括喷涂装置；该喷涂装置位于该喷涂机器人1的顶部；该喷涂装置用于将标记物质均匀涂覆在管道内壁表面；

请参照图3示出的3D成像机器人2的结构示意图，该3D成像机器人2包括激发与捕获组合单元221；该激发与捕获组合单元221位于该3D成像机器人2的顶部；请参照图4示出的激发与捕获组合单元221的结构示意图，该激发与捕获组合单元221包括光源单元2210、检测单元2211、激光扫描单元2212，该光源单元2210用于在该喷涂机器人1的涂覆操作完毕后，激发该标记物质，使该标记物质发出反射信号；该检测单元2211用于对该反射信号进行捕获；该激光扫描单元2212用于生成该管道内的3D点云数据；

该中央控制设备3用于控制该喷涂机器人1执行涂覆操作，控制该3D成像机器人2在涂覆操作完毕后，激发该管道内部的反射信号、捕获该反射信号以及生成该管道内的3D点云数据，并根据该管道内的该反射信号以及该3D点云数据，生成管道3D模型，以实现该管道的3D成像与检测。

在一种可能的实施方式中，该标记物质为荧光染料、放射性同位素、超声造影剂和磁共振造影剂中的任意一者。

进一步的，本申请使用特殊标记物质来实现管道内部的3D成像诊断，这些标记物质包括但不限于荧光染料、放射性同位素、超声造影剂和磁共振造影剂等，用以标记管道内部的结构和问题区域；这一点不同于传统的管道检测方法，为管道内部的实时成像提供了更多的信息源。在本实施例中，将以荧光染料为例来详细描述，荧光染料被精确地喷涂或涂覆在管道的内壁表面；这些荧光染料具有发光特性，可以在受到激发光源单元2210的照射时产生荧光信号；不同的荧光染料可以选择以便针对不同管道材料和应用场景进行优化。而3D成像机器人2集成了光源单元2210、检测单元2211、激光扫描单元2212，还包括高度可调节、自动中心对齐、可移动爬行和旋转扫描功能。

在一种可能的实施方式中，该光源单元2210采用紫外光源单元，以激发该标记物质；

该检测单元2211采用并光电二极管。

进一步的，为了激发和检测荧光信号，本实施例使用光源单元2210和检测单元来2211实现管道内部的成像，光源单元2210和检测单元2211是关键的组件，用于实现管道内部的成像和荧光信号的捕获；紫外光源单元用来激发荧光标记物质，并光电二极管(Photodiode)作为检测单元2211。

首先，本实施例使用紫外光源单元作为激发光源单元，紫外光源单元发出紫外光波长的激发光，该光被荧光染料吸收后会发出可见光的荧光信号；而荧光信号的强度和频谱可以提供有关管道内部情况的信息。紫外光具有较短的波长，通常在200至400纳米的范围内，紫外光的特点是能够有效激发多种不同类型的荧光染料，使它们发出可见光的荧光信号，适用于多样化的管道内部成像需求；紫外光源单元可以是紫外光发光二极管(UV-LED)或氙气/汞灯等。

紫外光源单元的工作原理如下：

-紫外光源单元产生紫外光束，该光束被引导到管道内部的荧光染料上。

-荧光染料吸收紫外光束的能量，从而激发到高能级。

-随后，荧光染料会发出可见光的荧光信号，其波长和强度与荧光染料的类型和数量有关。

光电二极管快速、灵敏，适用于高通量实验，因此非常适合捕获荧光信号的光强度。

其次，本实施例使用光电二极管(Photodiode)作为捕获荧光信号的检测单元2211，光电二极管是一种半导体器件，具有快速响应和高灵敏度的特点，特别适用于捕获弱光信号。光电二极管的灵敏性和高响应速度使其成为捕获和记录管道内部荧光信号的理想选择。通过测量荧光信号的强度和频谱，可以获得有关管道内部情况的详细信息，包括标记物质的分布、问题区域的定位以及管道的整体状态。

光电二极管的工作原理如下：

-光电二极管被放置在3D成像机器人中，以便能够接收荧光信号。

-当荧光信号通过光电二极管时，荧光信号会导致光电二极管内的电荷移动，从而产生电流。

-该电流信号会被放大和处理，然后传输到中央控制设备中，以获取有关荧光信号的强度信息和频谱信息。

综上，本实施例使用紫外光源单元和光电二极管作为光源单元2210和检测单元2211，以实现对管道内部的荧光信号的激发和捕获，从而支持管道的3D成像诊断技术。这种组合具有高度的效率和准确性，适用于多种管道检测应用。

在一种可能的实施方式中，请参照图2示出的喷涂机器人的结构示意图，该喷涂装置包括至少一个喷嘴17、可旋转喷头16；

该喷嘴17与该可旋转喷头16连接，该喷嘴17用于喷涂该标记物质，该可旋转喷头16用于带动该喷嘴17进行旋转喷涂。

进一步的，荧光染料被精确喷涂或涂覆在管道内壁表面，确保均匀的覆盖，并且不会影响管道的正常运行，这可以通过自动化的喷涂机器人1来实现，以确保一致性和精度。该喷涂装置可以为移动式旋转喷涂装置，设计考虑到以下关键要素，包括可以根据管径大小调整喷嘴的高度、保持喷嘴在管道中心位置以确保均匀喷涂。该喷涂装置中的喷嘴17用于将荧光染料均匀涂覆在管道内壁表面；喷嘴17通过标记物质供给管15连接到标记物质储备箱12，以确保喷涂过程中连续供应荧光染料。

在一种可能的实施方式中，如图2所示，该喷涂机器人1还包括第一移动底座11、第一可调节支架(包括第一高度可调节支架13以及第一长度可伸缩支架14)以及第一中心定位模块；

该第一移动底座11位于该喷涂机器人1的底部，用于承载该喷涂机器人1，使该喷涂机器人1在该管道内爬行与旋转；

该第一可调节支架与该喷涂装置连接，用于调整该喷涂装置的高度和位置；

该第一中心定位模块包括第一传感器；该第一传感器位于该第一移动底座11上，用于检测该管道的直径和轴向位置，以使该喷涂装置位于管道的中心位置。

进一步的，该第一移动底座11坚固且稳定，以确保该喷涂机器人1在操作时不会晃动或倾斜。该第一移动底座11具备移动模块，例如轮子或履带，以便轻松将其移动到管道检测现场；该第一移动底座11能够在管道内部沿着其长度移动，同时维持平稳的运动；

该第一高度可调节支架13以及第一长度可伸缩支架14；该第一高度可调节支架13具有高度可调节的功能，以适应不同管径大小；这个高度可调节的功能可以通过液压或电动机械系统实现，根据管径的尺寸来精确调整喷嘴17的高度。该第一高度可调节支架13与该第一长度可伸缩支架14具有稳定的结构，以确保在喷涂过程中不会发生晃动或变形；

该第一中心定位模块可确保喷嘴17位于管道的中心位置，该第一中心定位模块包括第一传感器；该第一传感器可以检测管道的直径和轴向位置，然后自动调整喷嘴17的高度和位置以确保中心对齐。

在一种可能的实施方式中，如图3所示，该3D成像机器人2还包括第二移动底座21、第二可调节支架(包括第二高度可调节支架23以及第二长度可伸缩支架24)以及第二中心定位模块；

该第二移动底座21于该3D成像机器人2的底部，用于承载该3D成像机器人2，使该3D成像机器人2在该管道内爬行与旋转；

该第二可调节支架与该激发与捕获组合单元221连接，用于调整该激发与捕获组合单元221的高度和位置；

该第二中心定位模块包括第二传感器；该第二传感器位于该第二移动底座上，用于检测该管道的直径和轴向位置，以通过该第二可调节支架调整该激发与捕获组合单元221的高度和位置，使该激发与捕获组合单元221位于管道的中心位置。

进一步的，第二移动底座21坚固且稳定，以支持整个设备，第二移动底座21上具备移动模块，包括轮子或履带，以便能够在管道内部爬行和移动；第二移动底座21具备爬行向前的能力，以便在管道内部沿着其长度移动，该第二移动底座21还具有旋转扫描的功能，以扫描管道内部的表面并生成3D点云数据。

第二可调节支架包括第二高度可调节支架23以及第二长度可伸缩支架24，第二高度可调节支架23具有高度调整功能，以适应不同管径大小；该高度调整功能可以通过液压或电动机械系统实现，根据管径的尺寸来精确调整该3D成像机器人20的高度。

该第二中心定位模块，可以确保光源单元2210、检测单元2211以及激光扫描单元2212位于管道的中心位置；该第二中心定位模块包括第二传感器；该第二传感器可以检测管道的直径和轴向位置，然后自动调整激发与捕获组合单元221的高度和位置以确保中心对齐。

进一步的，激发与捕获组合单元221通过光源、检测、激光发生器连接线222连接到光源发生器223、检测器224、激光扫描仪发生器225。

在一种可能的实施方式中，该中央控制设备3包括用户控制模块、数据记录模块以及安全模块；

该用户控制模块，用于控制该喷涂机器人1的启停、移动位置以及调整高度；还用于控制该3D成像机器人2的启停、移动位置以及调整高度；

该数据记录模块，用于记录该喷涂机器人1的喷涂过程和喷涂参数，以进行质量控制和涂覆均匀性检测；还用于记录该3D成像机器人2所采集的反射信号、3D点云数据；

该安全模块包括紧急停止按钮和安全警告装置。

进一步的，该用户控制模块针对该喷涂机器人1的功能包括：

1.手动或自动控制喷涂过程；

2.根据需要选择不同的管径大小，自动调整高度和位置；

3.监测和调整荧光染料的喷涂速度和量；

该用户控制模块针对该3D成像机器人2的功能包括：

1.手动或自动控制移动、高度调整和扫描；

2.根据需要选择不同的管径大小，自动调整高度和位置。

该数据记录模块针对该喷涂机器人1的功能包括：

1.记录喷涂的过程和参数，通过这些数据可以用于质量控制和检测管道内部的涂覆均匀性。

该数据记录模块针对该3D成像机器人2的功能包括：

1.记录采集的数据(检测单元捕获的反射信号以及激光扫描单元生成的3D点云数据)，并进行预处理和生成管道3D模型的计算。

该安全模块针对该喷涂机器人1的功能包括：

1.包括紧急停止按钮和安全警告装置，以确保操作员的安全；

2.可根据具体需求进行定制和改进，以确保喷涂机器人1能够适应各种管道尺寸，保持喷嘴17在管道的中心位置，从而实现均匀的喷涂；设计应考虑到喷涂机器人1的稳定性、可调性、自动化程度和安全性，以满足实际应用的要求。

该安全模块针对该3D成像机器人2的功能包括：

1.紧急停止按钮和安全警告装置，以确保操作员的安全；

2.可根据实际应用的需求进行定制和改进，以满足管道检测和维护的要求。

在一种可能的实施方式中，该中央控制设备3还包括实时监测和成像模块；

该实时监测和成像模块，用于：

采集该检测单元2211捕获的反射信号以及该激光扫描单元2212生成的3D点云数据；

对该反射信号进行预处理，以获取反射处理信号；该预处理包括背景噪声去除、数据校准和去除干扰信号；

将该3D点云数据与该反射处理信号进行坐标系配准，以使该反射处理信号的数据与该管道的内部形状关联；

根据坐标系配准结果，在该3D点云数据上叠加该反射处理信号的强度信息；

根据该坐标系配准结果以及叠加结果，进行管道三维重建，以获取初步3D模型；

对该初步3D模型进行优化处理和平滑处理，以获取最终的该管道3D模型。

进一步的，该实时监测和成像模块用于实现管道3D模型的构建，其具体步骤如下：

1.数据采集：使用激发与捕获组合单元221的光源单元2210、检测单元2211、激光扫描单元2212来采集相关数据。

2.数据预处理：对从检测单元2211获取的原始反射信号进行预处理，可以包括背景噪声去除、数据校准和去除不必要的干扰信号，以提高数据质量。

3.点云数据生成：使用激光扫描单元2212生成管道内部的3D点云数据，点云是由大量离散的三维坐标点组成的数据集，用于描述管道内部的表面形状。

4.数据配准：配准是将3D点云数据与荧光信号的数据对齐的过程，这需要确保两者的坐标系相匹配，以便将荧光信号的信息与管道的几何形状关联起来。

5.荧光信号叠加：在3D点云数据上叠加荧光信号的数据，这可以通过将荧光信号的强度信息分配到点云数据的相应坐标位置来实现。

6.三维重建：利用配准后的点云数据和叠加后的荧光信号信息，使用计算机图形学和数学建模技术进行三维重建，其包括确定管道的形状、荧光标记物质的分布以及可能的管道缺陷或问题。

7.模型优化：对生成的初步3D模型进行优化处理和平滑处理，以去除噪声、消除不连续性，并提高模型的精确度，这需要使用滤波和插值等技术。

在一种可能的实施方式中，该中央控制设备3还包括结果可视化模块、数据分析模块以及报告生成模块；

该结果可视化模块，用于对该管道3D模型进行可视化，以显示该管道的内部形状和潜在问题区域；

该数据分析模块，用于根据该管道3D模型，对该管道的内部情况进行数据分析；

该报告生成模块，用于根据数据分析结果，生成管道问题报告。

进一步的，最终的管道3D模型可以通过计算机软件的结果可视化模块进行可视化，以便查看管道内部的形状和任何潜在的问题区域；

利用生成的管道3D模型，通过数据分析模块可以进行管道内部情况的数据分析，包括检测微小裂缝、渗漏、土壤侵蚀或其他问题，并确定问题的位置和严重性。

该报告生成模块基于数据分析模块的数据分析结果生成报告，将管道3D模型和问题区域的信息以可理解的方式呈现给相关人员。

以上步骤涵盖了将光源单元2210、检测单元2211、激光扫描单元2212收集的数据设计成管道3D模型的一般过程，这个过程结合了光学、计算机视觉、数学建模和数据处理等多个领域的技术，以实现对管道内部情况的准确描述和分析，本实施例具有高度的精确性和实时性，有望提供可靠的管道检测和成像解决方案，以满足各种管道维护和监测需求。

为了实现排水管网的基于特殊标记物质的管道3D成像诊断，示例性的，本实施例基于图1示出的一种给排水管道检测系统，可以设计以下工作流程，包括GIS定位、管道封堵、抽水、清淤、冲洗、特殊标记物喷涂、监测和成像、生成AR/VR/BIM、恢复通水等步骤：

1.GIS定位：使用地理信息系统(GIS)精确地定位排水管网的各个管段，包括其位置、管径、材质等信息。

2.管道封堵：在诊断前，必须封堵排水管道的出口和入口，以防止污水流出或外部水流入，这可以通过临时密封装置或截止阀等设备来实现。

3.抽水：如果管道内有水，需要将水抽干，以确保管道内部干燥，以便进行后续的工作。

4.清淤：对于长时间未清理的排水管道，可能需要进行清淤操作，以去除淤泥、垃圾和其他杂物，确保管道内壁清洁。

5.冲洗：对管道进行高压水冲洗，以去除附着在管壁上的污物和杂质，确保喷涂的特殊标记物可以均匀附着在管道内壁。

6.特殊标记物喷涂：使用自动化的喷涂机器人1，如前文所述，将特殊标记物质(荧光染料等)均匀涂覆在管道的内壁表面。确保喷涂过程稳定、一致，并不会影响管道的正常运行。

7.监测和成像：使用3D成像机器人2，如前文所述，进行荧光信号的激发和捕获，同时采集管道的3D点云数据，并实时监测标记物质的分布和管道内部情况。

8.生成AR/VR/BIM：利用3D成像机器人2所采集到的数据，生成增强现实(AR)、虚拟现实(VR)或建筑信息模型(BIM)，以便工程师和维护人员可以在虚拟环境中查看管道的内部情况，并进行诊断和规划。

9.恢复通水：在完成诊断和维护工作后，需要将管道恢复通水，这可能涉及拆除封堵装置或打开截止阀，确保排水系统正常运行。

10.问题修复：根据诊断结果，如果发现管道内存在问题(如裂缝、渗漏等)，需要采取适当的维修措施，修复问题区域。

11.维护记录和报告：记录维护过程中采集的数据，生成详细的维护报告，包括管道的状态、维修历史、AR/VR/BIM模型等信息，以实现后续的维护和监测工作。

12.持续监测：建议定期进行排水管道的3D成像诊断，以及定期的清理和维护工作，以确保排水系统的长期稳定运行。

上述工作流程结合了现代技术，旨在提高排水管道的监测和维护效率，同时提供了可视化的数据和模型，以支持更好的决策和规划；不仅可以用于问题的检测和修复，还可以用于预防性的维护和管道系统的改进。

综上所述，本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：

1.高精度的管道内部检测：本申请通过使用特殊标记物质涂覆管道内壁表面、以及光源单元、检测单元、激光扫描单元等组件进行检测；这有助于及时发现微小裂缝、渗漏问题和其他管道内部的异常情况，从而减少未被及时发现的管道损坏风险。

2.对渗入流和土壤侵蚀的监测：本申请能够实时监测和量化管道内部的渗入流现象以及土壤侵蚀问题，有助于预防土壤流失和管道周围空洞的形成，提高管道结构的稳定性。

3.实时管道成像：本申请通过使用3D成像机器人中的光源单元、检测单元、激光扫描单元，能够实时生成管道内部的3D成像，包括管道的几何形状、问题区域的位置和荧光标记物质的分布；这提供了对管道内部情况的全面描述和分析。

4.高效的管道检测和成像：相对于传统方法，如增强现实/虚拟现实和建筑信息模型，本申请提供了更高效的管道检测和成像方法，通过3D成像生成管道3D模型，不需要建立复杂的3D实体模型，从而节省时间和资源。

5.自动化和精确的喷涂机器人：本申请的喷涂机器人能够自动喷涂荧光染料，确保均匀覆盖管道内壁表面，并且不会干扰管道的正常运行，这提高了喷涂的一致性和精确性。

6.安全性和可控性：本申请的安全模块包括紧急停止按钮和安全警告装置，以确保操作员的安全；此外，操作员可以通过用户控制模块手动或自动控制喷涂和成像过程，以提高操作的可控性。

7.数据记录和报告生成：本申请包括数据记录模块可用于记录喷涂和成像的过程和参数，这些数据可以用于质量控制和检测管道内部的涂覆均匀性；此外，报告生成模块所生成的管道问题报告将检测结果以可理解的方式呈现给相关人员，有助于决策和维护计划的制定。

图5是根据一示例性实施例示出的一种给排水管道检测方法的方法流程图。该方法应用于如上所述的一种给排水管道检测系统中，由图1中的中央控制设备3执行。如图5所示，该方法可以包括如下步骤：

步骤S501、采集该检测单元捕获的反射信号以及该激光扫描单元生成的3D点云数据。

步骤S502、对该反射信号进行预处理，以获取反射处理信号；该预处理包括背景噪声去除、数据校准和去除干扰信号。

步骤S503、将该3D点云数据与该反射处理信号进行坐标系配准，以使该反射处理信号的数据与该管道的内部形状关联。

步骤S504、根据坐标系配准结果，在该3D点云数据上叠加该反射处理信号的强度信息。

步骤S505、根据该坐标系配准结果以及叠加结果，进行管道三维重建，以获取初步3D模型。

步骤S506、对该初步3D模型进行优化处理和平滑处理，以获取最终的该管道3D模型。该检测方法的详细方法流程请参照上述实时监测和成像模块所实现的管道3D模型的详细构建步骤，此处不再进行赘述。

综上所述，本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：

1.高精度的管道内部检测：本申请通过使用特殊标记物质涂覆管道内壁表面、以及光源单元、检测单元、激光扫描单元等组件进行检测；这有助于及时发现微小裂缝、渗漏问题和其他管道内部的异常情况，从而减少未被及时发现的管道损坏风险。

2.对渗入流和土壤侵蚀的监测：本申请能够实时监测和量化管道内部的渗入流现象以及土壤侵蚀问题，有助于预防土壤流失和管道周围空洞的形成，提高管道结构的稳定性。

3.实时管道成像：本申请通过使用3D成像机器人中的光源单元、检测单元、激光扫描单元，能够实时生成管道内部的3D成像，包括管道的几何形状、问题区域的位置和荧光标记物质的分布；这提供了对管道内部情况的全面描述和分析。

4.高效的管道检测和成像：相对于传统方法，如增强现实/虚拟现实和建筑信息模型，本申请提供了更高效的管道检测和成像方法，通过3D成像生成管道3D模型，不需要建立复杂的3D实体模型，从而节省时间和资源。

5.自动化和精确的喷涂机器人：本申请的喷涂机器人能够自动喷涂荧光染料，确保均匀覆盖管道内壁表面，并且不会干扰管道的正常运行，这提高了喷涂的一致性和精确性。

6.安全性和可控性：本申请的安全模块包括紧急停止按钮和安全警告装置，以确保操作员的安全；此外，操作员可以通过用户控制模块手动或自动控制喷涂和成像过程，以提高操作的可控性。

7.数据记录和报告生成：本申请包括数据记录模块可用于记录喷涂和成像的过程和参数，这些数据可以用于质量控制和检测管道内部的涂覆均匀性；此外，报告生成模块所生成的管道问题报告将检测结果以可理解的方式呈现给相关人员，有助于决策和维护计划的制定。

请参阅图6，其是根据本申请一示例性实施例提供的一种计算机设备示意图，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现上述的一种给排水管道检测方法。

其中，处理器可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。

存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本申请实施方式中的方法对应的程序指令/模块。处理器通过运行存储在存储器中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施方式中的方法。

存储器可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

在一示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储有至少一条计算机程序，所述至少一条计算机程序由处理器加载并执行以实现上述方法中的全部或部分步骤。例如，该计算机可读存储介质可以是只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、只读光盘(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)、磁带、软盘和光数据存储设备等。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。