專利名稱：一種地下管線的定位系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及定位技術，具體地說，是一種地下管線的定位系統。
背景技術：
地下管線是城市的生命線，水、油、煤氣、電信、電纜等公共事業的地下管道都在地表面下縱橫交錯地鋪設，造成地下管路網絡的錯綜復雜化。在城市建設中，常常需要對舊的管線維護或改造，或者新鋪一道管線或者新開挖建造一幢建筑物等等情況，這就需要對原有的地下管線重新探測，需要越精準才會破壞的危險性越小。以往對這些地下管線的資料通常以竣工圖和管線的屬性卡片、表冊等來記錄表示，但這種手工的、紙件方式的管理模式已遠遠跟不上時代的變化，紙質的管線圖表信息本身存在著保管難、修改難等問題，而且圖表中作為參照物的位置點，比如道路、橋梁、房屋、樹木、電線桿、溝渠等，在日后實際中都有可能發生變動或滅失，從而失去原有坐標的參照意義，無法精準定位，從而加大了探測工作的難度，使得開挖面不斷變大，危險性也加大；如果參照電子地圖，由于電子地圖本身存有人為上的偏差，同樣探測工作面要很大。因此，如果沒有預先精準定位的管線地圖，在后面施工過程中很容易造成挖斷管路等重大事故。深圳市杰瑞特科技有限公司在2010年8月9日提交了“地下管道定位方法及其系統”的申請專利(申請號:201010248381.7)，公開了一種對地下管道的定位方法，分為預埋步驟、探測步驟、驗證步驟和定位步驟,采用RFID (Radio Frequency Identification無線射頻識別技術)原理，先在埋地標簽(無線射頻定位標識器)上設置射頻芯片，射頻芯片上預先儲存ID碼及管道信息等；探測過程中，先由探測定位設備向標識器發送電磁波信號，標識器上的LC振蕩電路收到信號后開始儲能以供射頻芯片反饋信號，探測定位設備收到LC振蕩電路發射的射頻芯片中存儲的ID碼及管道信息后，經校驗處理后讀出具體信息，該信息還包括有相鄰的標識器的方位的指示，因此可以確定了管線的下一步走向，通過依次讀出射頻芯片中預存的管道信息，從而確定了地下管線的整個走勢圖。深圳市杰瑞特科技有限公司同時也提交“地下管道定位標識器”(申請號201020285555.2)專利申請，并在2011年2月23日又提交了“地下管線探測定位設備”(申請號201120046121.1)專利申請，用于應用這種地下管道定位的方法。上述3項專利都是用無線射頻芯片存儲管道信息來確定地下管線的定位(圖)，由于不是實測數據，因此容易與后來發生的實際情況產生偏差，特別是路面埋土深度；而且該專利里的管線走向是依據前一芯片上所指示的數據(方向、距離)，因此只能指出大概的位置，不能有精確的坐標定位，操作性差。另外，該專利中的無線射頻技術也存有以下缺陷:1、傳輸ID碼及管道信息的無線射頻信號弱，作用距離短，不適于在深埋的地下管線上應用。2、射頻芯片需要專廠定制，而且成本昂貴。3、射頻識別模塊的結構復雜，制造成本高。4、管道信息非實測，容易與地圖產生實際誤差。[0008]5、失效風險高。如果射頻芯片一旦失效，就將徹底失去管道的信息，從而不能再以非挖的方式重新探測。
實用新型內容本實用新型的目的是為了克服現有技術的不足，提供一種地下管線的定位系統。為了實現上述目的，本實用新型是的技術方案如下:一種地下管線的定位系統，包括電子標識器和探測儀，所述電子標識器為類低負載的LC諧振電路結構電子標識器；所述探測儀為手持式，能發送低頻電磁波信號振蕩該LC諧振電路，并根據接收到的反射信號的強弱來確定所述電子標識器的位置以及埋設深度；所述探測儀還可通過可移動的讀取設備訪問后臺計算機管理系統，或者通過硬線接口直接和后臺計算機管理系統相連。作為一種優選,所述探測儀上設置有GPS (Global Positioning System全球定位系統)模塊，用來獲取電子標識器所在的經緯度坐標。作為一種優選，所述探測儀上設置有功能鍵盤和顯示屏，以及電子指南針和信號蜂鳴器；功能鍵盤和顯示屏用于人機交互操作，電子指南針用于指示方向和糾偏，信號蜂鳴器用于提示探測信息。作為一種優選，所述可移動的讀取設備為平板電腦或智能手機。作為一種優選，所述平板電腦或智能手機與探測儀用硬線接口或藍牙連接，與后臺計算機管理系統用無線網絡或硬線接口連接。作為一種優選，所述后臺計算機管理系統是以電子標識器的坐標為基礎，在電子地圖上虛擬展現地下管線的分布情況和路由情況，以及電子標識器埋設處的地下管線的工程息。作為一種優選，所述工程信息包括地下管線的建設年代、施工單位、壓力、管徑、材質，以及管線的三通、彎頭、變徑或穿越處的位置信息和圖表信息；對每一個電子標識器一般存放4幅現場參照物照片，便于以后管線的查找定位。作為一種優選，所述電子標識器的外形為圓盤狀，線圈纏繞在圓盤的圓周；電子標識器可采用防潮防腐的耐擠壓材料制作。。作為一種優選，所述電子標識器埋設在:地下管線T型分支點，預埋管線的端口，護管的兩端，閥門處，轉彎路徑處，深度變化處，中間接頭處，鐵路交越處，道路交越處，河流交越處，管線交越處；對于直線管道，每隔不大于50米設置一個電子標識器。作為一種優選，所述電子標識器埋設在管線的正上方，埋設深度1.2-1.5米，便于日后定位查找。相比現有技術，本實用新型的有益效果在于:1、及時獲取地下管線精確路由及深度。2、現場快速定位地下管道設施。3、現場快速識別不同地下管線設施。4、有效避免誤開挖，提高搶修速度。5、可實時監控，動態循線，實現地下管線動態管理。6、極大節省人力，物力與財力，工作效率極大提高，運營成本極大降低。
圖1為本實用新型地下管線定位系統的結構圖；圖2為地下管線定位系統的流程框架圖；圖3為本實用新型中的GIS管線管理系統結構圖；圖4為電子標識器埋設位置示意圖；圖5為電子標識器探測工作示意圖；圖6為電子標識器的查找方式路線圖；圖7為本實用新型具體實施例的結構示意具體實施方式
下面通過說明書附圖和具體實施方式
來進一步說明本實用新型的技術方案。結合圖1和圖7所示，本實用新型的地下管線的定位系統主要由三部分組成，分為:電子標識器及電子標識器探測儀部分、平板電腦或智能手機整合系統部分和計算機后臺管理系統部分。(—)電子標識器及電子標識器探測儀(包括GPS模塊、藍牙適配器及相應軟件)1、電子標識器是電子標識系統的核心組成部分，用于精確標識地下管線特征點，是一種可被相應的探測儀從地面以非開挖方式探測到的無源電子器件，至少50年免維護。在施工時，將電子標識器埋設于主要地下管線設施之上，或在管維護時標注現有地下設施。允許用戶在地下管線建設和維護過程中對管線路徑和重要地下設施進行標記，以便日后對地下管線進行精確路由定位和深度測量。2、電子標識器探測儀用于從地面以非開挖方式精確探測地下電子標識器，可以測量電子信息標識器的深度。電子標識器探測儀對地下電子標識器進行查找定位時，可以首先GPS信息在圖紙上確定電子標識器的大概位置，到現場利用GPS模塊粗略定位后，然后在這塊區域用電子標識器探測儀進行S型查找，如圖6所示。如果按以上操作，用電子標識器探測儀找到該點確實有地下電子標識器，但無法精確查找，信號范圍無法確定，則考慮:(I)周圍是否有高壓線等干擾；某種干擾電波(如國防部等軍事機構)；(2)電子標識器的埋設深度是否超過施工要求，或路面是否有可能加高；(3)電子標識器探測儀電量是否充足。本實用新型是將GPS定位技術、無線傳輸技術、電子標識探測技術三者有機結合后內置于電子標識器探測儀中。(二)平板電腦或智能手機整合系統(包括PDA、藍牙適配器及相應軟件)在地下管線運行維護、搶修、補測、技術改造等各項工作中可現場利用平板電腦(PDA)或智能手機訪問計算機后臺管理系統，實現管線具體位置的查找，以及查找管線的具體信息，如建設年代，施工單位，壓力、管徑、材質、管線的三通、彎頭、變徑、穿越等特殊關鍵點的具體位置等等詳細信息。(三)計算機后臺管理系統[0050]對電子標識器的發放情況、埋設情況、驗收情況進行管理，可以對日后管線的日常維護、數據查詢、統計、分析、匯總。通過對歷史數據的收集和匯總分析，對制定管線維護計劃和處理突發事件提供有益的幫助。將電子標識器的信息直觀的體現在GIS平臺軟件上，以電子標識器坐標為基礎，直觀準確的展現虛擬地下管線分布情況和路由情況，以及電子標簽埋設處的地下管線的工程信息。通過這些電子標識器的信息可掌握地下管線的分布情況及關鍵點情況，直觀明了。本實用新型的管線定位系統可適用新發工程，技術改造，基建工程，切接線工程，補測工程，搶修工程等全面進行電子標識器的工程實施方案，應用方法大致步驟可分為:I設計:地下管線設計之初，根據測量的情況、現場核查情況以及電子標識器設計規范，確定電子標識器的現場埋設情況，主要確定標識器的埋設位置、埋設深度以及埋設方式。2施工:施工方根據圖紙上標識的電子標識器的相關屬性信息，按照圖紙要求，結合施工規范將電子標識器埋在指定位置。同時使用GPS系統定位電子標識器坐標，并將數據信息通過硬線直接連接，或者通過平板電腦(PDA)或智能手機上傳到中心服務器GIS系統中。3驗收:根據施工圖紙，使用電子標識器探測儀對每一個地下電子標識器進行驗證，確認圖紙與實際相符。4運營維護:結合GPS系統和GIS系統對管線進行快速準確定位查找。對本實用新型具體實施例中的各部件功能說明如下:電子標識系統由電子標識器和電子標識器探測儀兩大部分組成，其原理基于射頻原理。當使用電子標識器探測儀對地下電子標識器進行探測時，探測儀先向地下發出一定頻率的電磁波信號，當靠近標識器時，電子標識器會反射電子標識器探測儀發出的信號，從而被探測儀發現和接收，并通過聲音和讀數來告知操作者地下設施的相關信息(埋設位置和埋深)。本系統采用低頻信號，能夠穿過任意材料的物品而不降低它的讀取距離，最大理論讀取距離可達2m，完全可以滿足系統設計需要。電子標識器是電子標識系統的核心組成部分之一，本身是一個無源體，內部是一個特定低頻的諧振電路，外殼防潮、防鹽酸、防腐蝕、耐擠壓。后臺數據庫中包含客戶的細節信息，如設備數據，危險級別，應用類型，放置日期和其他重要詳細資料。安裝電子標識器與管線同步進行，設置在管件上方IOcm左右。平板電腦(PDA)或智能手機接收來自電子標識器探測儀信息并解碼，基于移動GIS技術開發的數據處理軟件，調用和編輯接收到的管線資源相關信息，實現管線資源的移動管理。移動GIS數據庫與后臺管線資源管理系統數據庫可通過無線網絡或硬線接口實現數據交換。如圖3所示，基于GIS的后臺信息管理系統是整體系統的數據處理核心，是建立在GIS基礎上的地下管線管理系統，采用先進的計算機圖形技術、數據庫技術、計算機網絡技術和地理信息系統技術，滿足公共設施管理、企業行業技術規范、生產流程和管理制度的企業級自動制圖與設施管理應用系統。結合圖1和圖2，整套系統的工作流程是:操作人員利用平板電腦(PDA)或智能手機從后臺管理系統中下載已錄入好的工程信息，后將平板電腦(PDA)或智能手機通過藍牙與電子標識器探測儀相連，探測到電子標簽后，再利用GPS技術測量出該標識器的坐標信息(經度、緯度)，平板電腦(PDA)或智能手機自動將電子標識器信息儲存在一條記錄中，自動保存到文件中，然后進行下一個標識器的定位工作。隨后將現場信息通過無線網絡傳輸到后臺管理系統數據庫中(或手動通過硬線接口上傳)，便于日后管理、查詢、統計。( I)電子標識器探測儀模塊本模塊主要包括以下部件:鍵盤輸入、液晶屏顯示、聲音輸出、GPS獲取、電子指南針、存儲系統、人機交互與射頻控制的通信接口、人機交互與平板電腦(PDA)的通信接口等。模塊工作概況如下:1、用戶通過鍵盤選擇需顯示的功能,液晶屏響應并改變顯示信息；2、若改變射頻模塊的工作參數，則從鍵盤輸入，然后通過“人機交互與射頻控制的通信接口 ”把參數傳送至“射頻控制板”，并在液晶屏顯示“射頻控制板回傳的工作狀態；3、在掃描標簽時,聲音輸出會根據與標簽的距離響出不同頻率的聲音；4、在需要GPS時打開GPS功能，定位成功后會提示數據可用。5、電子指南針打開時會在液晶屏顯示方向，屬于輔助施工或掃描標簽的的功能。6、存儲系統是用于在沒有平板電腦的情況下存儲標簽信息，然后再統一傳入后臺數據庫的。部件概述如下:1、鍵盤輸入:采用按鈕式的鍵盤，直讀式(非掃描式)以縮短鍵盤讀取程序加快處理速度，若系統整體的運行周期控制得好則可以降低微處理器的運行速度，可以降低功耗。2、液晶屏顯示:采用縱橫均為160像素的黑白單色屏，FSTN正顯工藝的COG屏。由于是半透半反工藝，可以在陽光下看得很清晰。背光控制通過多路限流電阻的通斷來改變亮度，由于背光的電流在50mA以上，所以將會加入背光使用時間提醒，提醒用戶已經長時間打開背光，請盡量關掉或者調低亮度，但是會加入光敏電阻檢測環境光度，若是處于黑暗環境中則關閉提醒。液晶屏的顯示采用emWin系統，并加入中文字庫函數。3、聲音輸出:手持機機身帶有喇叭進行提示，另外再提供音頻輸出口給用戶連接耳塞，這樣就可以在比較嘈雜的環境中工作，并且推薦用戶使用入耳式耳塞，隔離環境音的效果更好。由于入耳式耳塞屬于不宜多人共用的產品，將不作為標準產品，提供選配件，用戶可以按需要人均米購一套。聲音的輸出是通過微控制器的PWM輸出驅動音頻功放電路，提供鳴響功能。4、GPS獲取:采用U-blox第六代的芯片、全向天線(四臂螺旋式天線)，這是目前民用級最好性能的方案，提供2.5米的定位精度，最大海拔高度為5000米，最大速度為500m/s，冷啟動時間為26s，熱啟動時間與再捕獲時間均為Is。GPS通過波特率為9600 (8N1)的UART與微處理器連接，通信方式為標準的NMEA，MCU讀取每幀數據后解析坐標，然后按需傳送至平板電腦或記錄在本機。5、電子指南針:采用LSM303DLH芯片，加速計、磁力計、A/D轉化器及信號條理電路集成在一起，通過I2C總線和處理器通信，一顆芯片就實現了 6軸的數據檢測和輸出。加速度計與磁力計的組合可以修正非水平時的偏差。6、存儲系統:機內固化有SD卡，用于保存定位標簽的信息，等施工完畢后把手持機連接到電腦，再一次性把標簽信息傳送至電腦。這是在手持機脫離了平板電腦時才使用的功能。MCU通過SPI控制SD卡，采用FATFS文件系統管理。[0078]7、人機交互與射頻控制的通信接口:人機交互模塊與射頻控制板的通信通過UART，把射頻輸出參數和鎖相放大參數傳送給射頻控制板，射頻控制板把工作狀態參數回傳給人機交互，并顯示在屏幕上。8、人機交互與平板電腦的通信接口:人機交互模塊要與平板電腦交流信息，把標簽信息傳送到平板電腦中。(2)軟件設計在地下管網系統中，管網的數據包含管段管徑，管材，氣壓，節點經緯度等等，需要一個后臺數據管理系統管理管網數據，該后臺管理系統稱為管網數據管理系統。管網數據管理系統的功能的基本功能如下:存儲數據，保存管網相關數據和圖片；支持雙機數據備份，以防服務器出現故障而丟失數據；提供網頁查詢，可在施工現場使用平板電腦(PDA)獲取該地區的管網數據；擁有專門的數據庫管理軟件，可以方便管理數據，如數據的添加、修改、和修改，以及從平板電腦(PDA)直接獲取來至施工現場的數據；服務器進行安全可靠的設計。標簽GPS定位應用軟件，開發平臺是基于Android (安卓)操作系統的手機移動應用領域上進行開發的，軟件開發環境采用了 EclipSe3.4+Android SDK集成環境，編程語言采用了 Java，硬件直接采用android操作系統的平板。標簽GPS定位應用軟件，PDA手持機和服務器的橋梁。PDA可以在施工現場作為指揮者的工具，獲取手持儀對標簽進行測試的埋深(單位:m)、經緯度(單位:度)，并上傳到后臺服務器，對數據進行保存管理。實現地下管道在平板的電子地圖上的可視化，標簽的埋設位置也一一反應在電子地圖上，無論在施工或者是維護階段，都起到一個信息的錄入、查看標簽詳細信息、傳輸和管理等功能，對現場的施工人員起到非常重要的作用。軟件功能概述:1、建立PDA本地數據 庫:實現標簽信息、照片和文件等的存儲。數據包括:登錄人員信息、標簽信息表和照片存儲文件。2、現場照片:為實現快速尋找到標簽點，在埋設標簽時候調用拍照功能，對現場環境進行拍照，并存儲在本地文件里，在開啟WIFI，上傳圖片到服務器。3、接口訪問:通過WIFI或手機網絡信號，訪問接口服務器，實現上傳、下載標簽信息和現場照片，使用藍牙或者硬線接口接口獲取手持儀的數據。4、地圖:調用地圖供應商的接口 API，實現地圖的本地調用，GPS位置定位獲取經緯度信息、標簽點信息在地圖上X/Y坐標顯示、根據不同的單位管理進行標簽點與點的虛線管道繪制、根據不同的查詢信息，顯示對應查詢標簽點在地圖上的顯示、區域下載標簽信
乂窗、、、…/Jn o5、數據庫需求分析:管網系統涉及的數據庫表包含四個:管段信息表，節點信息表，管網圖表，標簽圖片數量表，施工信息表，施工隊信息表，其他公司信息表。管段信息表主要儲存管段相關信息。節點信息表主要儲存節點相關信息，如鄰近節點號，經緯度等。管網圖表主要保存管網相關圖片。標簽圖片數量表主要用于儲存該標簽的圖片數量。施工信息表用于保存施工后的相關信息。施工隊信息表用于保存施工隊信息。發現附近有其他公司單位的管線，信息將保存在其他公司信息表里。用戶信息表用于保存用戶的信息。標簽分配表用于保存已分配的標簽號碼段和標簽總數，其中標簽總數由數據庫管理軟件修改，已分配的標簽號碼段有PDA修改。6、服務器的整體設計:數據庫為MYSQL，中間件為TOMCAT，設有一個共享文件夾，用于存儲圖片；支持雙機數據備份，使用花生殼軟件作為動態域名解析。本實用新型中的軟件部分主要由后臺服務端軟件、智能現場管理軟件和手持設備控制軟件三大部分組成。后臺服務端軟件是整個系統的核心，主要應用軟、硬件冗余等技術實現數據的固化存儲、多形式查詢、統一管理；智能現場管理軟件是在安卓操作系統基礎上開發的現場調度、管理軟件。該軟件實現現場施工管理、調度、位置查詢和項目檢修等功能，是后臺服務端軟件和手持設備控制軟件的重要節點；手持設備控制軟件是結合手持設備開發的軟件控制平臺，提供方便易用的軟件操作平臺，使手持設備能人性化、智能化操作。最后，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實施例，其流程、技術內容所取名稱等可以不同。凡依本實用新型專利構思所述的構造、特征及原理所做的等效或簡單變化，均包括于本實用新型專利的保護范圍內。本領域的普通技術人員能從本實用新型公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種地下管線的定位系統，包括電子標識器和探測儀，其特征在于，所述電子標識器為類低負載的LC諧振電路結構電子標識器；所述探測儀為手持式，能發送低頻電磁波信號振蕩該LC諧振電路，并根據接收到的反射信號的強弱來確定所述電子標識器的位置以及埋設深度；所述探測儀還可通過可移動的讀取設備訪問后臺計算機管理系統，或者通過硬線接口直接和后臺計算機管理系統相連。
2.根據權利要求1所述地下管線的定位系統，其特征在于，所述探測儀上設置有GPS模塊，用來獲取電子標識器所在的經緯度坐標。
3.根據權利要求2所述地下管線的定位系統，其特征在于，所述探測儀上設置有功能鍵盤和顯示屏，以及電子指南針和信號蜂鳴器。
4.根據權利要求1所述地下管線的定位系統，其特征在于，所述可移動的讀取設備為平板電腦或智能手機。
5.根據權利要求4所述地下管線的定位系統，其特征在于，所述平板電腦或智能手機與探測儀用硬線接口或藍牙連接，與后臺計算機管理系統用無線網絡或硬線接口連接。
6.根據權利要求1所述地下管線的定位系統，其特征在于，所述電子標識器的外形為圓盤狀，線圈纏繞在圓盤的圓周。
7.根據權利要求1所述地下管線的定位系統，其特征在于，所述電子標識器埋設在:地下管線T型分支點，預埋管線的端口，護管的兩端，閥門處，轉彎路徑處，深度變化處，中間接頭處，鐵路交越處，道路交越處，河流交越處，管線交越處；對于直線管道，每隔不大于50米設置一個電子標簽。
8.根據權利要求7所述地下管線的定位系統，其特征在于，所述電子標識器埋設在管線的正上方，埋設深度1.2-1.5米。
專利摘要本實用新型涉及定位技術，旨在提供一種地下管線的定位系統，該系統包括電子標識器和探測儀，電子標識器為類低負載的LC諧振電路結構電子標識器；探測儀為手持式，能發送低頻電磁波信號振蕩該LC諧振電路，并根據接收到的反射信號的強弱來確定所述電子標識器的位置以及埋設深度；探測儀還可通過可移動的讀取設備訪問后臺計算機管理系統，或者通過硬線接口直接和后臺計算機管理系統相連。本實用新型可以將地下管線的地理位置、管線走向、管線關鍵點信息、管線周圍情況等信息直觀、準確的通過手持終端、GIS地圖展現出來，從而極大地提高工作效率。
文檔編號G01V3/12GK203054241SQ20122071580
公開日2013年7月10日 申請日期2012年12月21日 優先權日2012年12月21日
發明者肖蕾, 林德, 陳一偉 申請人:杭州德豪環保材料有限公司