岩土工程勘察智能化钻探采集设备及方法与流程

本发明实施例涉及工程地质勘察技术领域，具体而言，涉及一种岩土工程勘察智能化钻探采集设备及方法。

背景技术：

工程钻探目前仍是岩土工程勘察最重要的技术手段，工程钻探数据是否准确、真实、可靠，能否对各种地质现象、地质信息进行高质量的、准确的、全面的描述，直接关系着岩土工程勘察成果的质量，其成果是进行工程地质评价和设计、施工的基础资料，钻探质量的高低对整个工程勘察的质量起决定性作用。但是现有的钻探技术获得的作业数据大多质量较差。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种岩土工程勘察智能化钻探采集设备及方法，能够获得质量较高钻探勘察作业数据。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种岩土工程勘察智能化钻探采集设备，包括中控箱、钻进设备、摄像头、感应装置、空气压缩组件和终端设备；

所述中控箱分别与所述钻进设备、所述摄像头和所述感应装置通过电缆连接；所述中控箱用于控制所述钻进设备的运行状态；所述摄像头和所述感应装置设置于所述钻进设备，所述摄像头用于采集已钻进钻孔内的实时影像，并通过电缆将所述实时影像传送至所述中控箱，所述感应装置用于获取所述钻进设备的实时钻进深度和所述钻孔的定位信息并将所述实时钻进深度和所述钻孔的定位信息传送至所述中控箱；所述中控箱用于接收所述实时影像、所述实时钻进深度和所述钻孔的定位信息；

所述空气压缩组件包括空气压缩机和气体管，所述气体管的一端固定连接于所述空气压缩机并与所述空气压缩机连通、另一端设置于所述钻进设备，所述空气压缩机与所述中控箱通过电缆连接；所述空气压缩机用于接收所述中控箱传送的启动指令，根据所述启动指令进行启动以产生高压气体，所述气体管用于将所述高压气体输送至已钻进钻孔内靠近所述钻进设备的位置；

所述终端设备与所述中控箱通过电缆连接；所述中控箱用于将所述实时影像、所述实时钻进深度和所述钻孔的定位信息同步至所述终端设备，所述终端设备用于接收所述实时影像、所述实时钻进深度和所述钻孔的定位信息，根据所述实时影像、所述实时钻进深度和所述钻孔的定位信息对已钻进钻孔内的岩(土)层进行分析。

可选地，所述岩土工程勘察智能化钻探采集设备还包括卷扬机，所述钻进设备包括滑轮组件、钻杆和钻头；

所述滑轮组件与所述钻杆的第一端通过钢绞线连接，所述滑轮组件与所述卷扬机连接，所述卷扬机与所述中控箱通过电缆连接；所述卷扬机用于接收所述中控箱传送的控制指令，根据所述控制指令控制所述滑轮组件运转；

所述钻头固定连接于所述钻杆的第二端，所述钻杆与所述中控箱通过电缆连接，所述钻杆用于接收所述控制指令，根据所述控制指令带动所述钻头进行钻探；

所述摄像头设置于所述钻杆的第二端靠近所述钻头的位置，所述感应装置设置于所述钻杆的第二端靠近所述钻头的位置；

所述气体管的另一端设置于所述钻杆靠近所述钻头的位置，所述气体管用于将所述空气压缩机产生的高压气体输送至所述已钻进钻孔内靠近所述钻头的位置，以实现对所述钻头的降温以及对所述已钻进钻孔内的岩(土)碎屑的清除。

可选地，所述钻杆为中空结构，所述中控箱设置有转换接口；

所述中空结构内设置有电缆，所述摄像头和所述感应装置通过所述电缆与所述转换接口通过电缆连接。

可选地，所述感应装置设置有多频定位设备；

所述多频定位设备与所述中控箱通过电缆连接，所述多频定位设备用于采集所述钻孔的定位信息，将所述钻孔的定位信息传送至所述中控箱。

可选地，所述岩土工程勘察智能化钻探采集设备还包括存储设备；

所述存储设备设置于所述中控箱；

所述存储设备用于接收所述中控箱传送的实时影像、实时钻进深度和钻孔的定位信息，将所述实时影像、所述实时钻进深度和所述钻孔的定位信息进行存储。

本发明实施例还提供了一种岩土工程勘察智能化钻探采集方法，应用于岩土工程勘察智能化钻探采集设备，所述方法包括：

中控箱向钻进设备传送控制指令，所述钻进设备接收所述控制指令，根据所述控制指令对布点区域进行钻探；

所述中控箱向空气压缩机传送启动指令，所述空气压缩机接收所述启动指令，根据所述启动指令进行启动以产生高压气体，气体管将所述高压气体输送至已钻进钻孔内靠近所述钻进设备的位置；

所述摄像头采集已钻进钻孔内的实时影像并将所述实时影像传送至所述中控箱，感应装置获取所述钻孔的定位信息和所述钻进设备的实时钻进深度并将所述钻孔的定位信息和所述实时钻进深度传送至所述中控箱；

所述中控箱接收所述实时影像、所述实时钻进深度和所述钻孔的定位信息，将所述实时影像、所述实时钻进深度和所述钻孔的定位信息同步至所述终端设备；

所述终端设备接收所述实时影像、所述实时钻进深度和所述钻孔的定位信息，根据所述实时影像、所述实时钻进深度和所述钻孔的定位信息对所述已钻进钻孔内的岩(土)层进行分析。

可选地，根据所述实时影像、所述实时钻进深度和所述钻孔的定位信息对所述已钻进钻孔内的岩(土)层进行分析的步骤，包括：

根据所述实时影像、所述实时钻进深度和所述钻孔的定位信息生成用于进行精确性判断的数据。

可选地，所述岩土工程勘察智能化钻探采集设备还包括卷扬机，所述钻进设备包括滑轮组件、钻杆和钻头；所述滑轮组件与所述钻杆的第一端固定连接，所述滑轮组件与所述卷扬机连接，所述卷扬机与所述中控箱通过电缆连接，所述钻头固定连接于所述钻杆的第二端，所述钻杆与所述中控箱通过电缆连接，所述摄像头设置于所述钻杆的第二端靠近所述钻头的位置，所述感应装置设置于所述钻杆的第二端靠近所述钻头的位置；所述钻进设备接收所述控制指令，根据所述控制指令对布点区域进行钻探的步骤，包括：

所述卷扬机接收所述控制指令，根据所述控制指令控制所述滑轮组件运行，所述滑轮组件带动所述钻杆运转；

所述钻杆接收所述控制指令，根据所述控制指令控制所述钻头对所述布点区域进行钻探。

可选地，所述气体管的另一端设置于所述钻杆靠近所述钻头的位置；气体管将所述高压气体输送至已钻进钻孔内靠近所述钻进设备的位置的步骤，包括：

气体管将所述高压气体输送至已钻进钻孔内靠近钻头的位置，以实现对所述钻头的降温以及对钻孔内的岩(土)碎屑的清除。

可选地，所述岩土工程勘察智能化钻探采集设备还包括存储设备，所述存储设备设置于所述中控箱；所述方法还包括：

所述存储设备接收所述中控箱传送的实时影像、实时钻进深度和钻孔的定位信息，将所述中控箱传送的实时影像、实时钻进深度和钻孔的定位信息进行存储。

本发明实施例提供的岩土工程勘察智能化钻探采集设备及方法，中控箱能够集中控制钻进设备和空气压缩机，并实时获得摄像头和感应装置传送的实时影像、实时钻进深度和钻孔的定位信息，将实时影像、实时钻进深度和钻孔的定位信息同步至终端设备，技术人员通过终端设备能够根据实时影像、实时钻进深度和钻孔的定位信息对已钻进钻孔内的岩(土)层进行地质分析，以获得质量较高的作业数据，空气压缩机和气体管能够对钻孔内部进行清洁，保证钻进设备和摄像头的使用可靠性，进而保证了作业数据来源的可靠性，间接保证了持续作业的采集数据质量。

进一步地，存储设备能够对实时影像、实时钻进深度和钻孔的定位信息进行存储，避免钻探勘察设备在异常断电时的数据丢失，保证了数据的可用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种岩土工程勘察智能化钻探采集设备的结构框图。

图2为本发明实施例所提供的一种岩土工程勘察智能化钻探采集设备的结构示意图。

图3为本发明实施例所提供的一种钻进设备的结构示意图。

图4为本发明实施例所提供的中控箱的结构示意图。

图5为本发明实施例所提供的一种岩土工程勘察智能化钻探采集方法的流程图。

图6为本发明实时例所提供的一种岩土工程勘察智能化钻探采集系统的结构示意图。

图标：100-岩土工程勘察智能化钻探采集设备；200-岩土工程勘察智能化钻探采集系统；1-中控箱；11-壳体；12-主板；121-转换接口；13-电池组件；14-存储设备；2-钻进设备；21-滑轮组件；22-钻杆；221-第一电缆线；222-第二电缆线；23-标贯锤；24-钻头；3-摄像头；4-感应装置；41-多频定位设备；5-卷扬机；6-空气压缩组件；61-空气压缩组件；62-气体管；7-发动机；81-终端设备；82-云端服务器；9-支撑组件；91-底板；911-通孔；92-支架；93-支撑件。

具体实施方式

工程钻探目前仍是岩土工程勘察最重要的手段，工程钻探数据是否准确、真实、可靠，能否对各种地质现象、地质信息进行高质量的、准确的、全面的描述，直接关系着岩土工程勘察成果的质量，其成果是进行工程地质评价和设计、施工的基础资料，钻探质量的高低对整个工程勘察的质量起决定性作用。

发明人经调查发现，现有的钻探技术获得的作业数据大多质量较差。发明人经过仔细研究和分析，发现工程勘察野外钻探工作环境恶劣，地层描述内容复杂、步骤繁琐，钻探成果责任明确、质量要求较高。但现有的作业数据获取方法大多采用司钻员操作钻机进行打钻取岩样，描述员纸笔记录的工作模式，尽管已基本实现了计算机绘图、打印报告等，但土样的采集仍一直需要人工打钻取岩芯，进行土层鉴别，耗费了大量的人力物力，由于野外工作环境恶劣、从业人员层次较低等因素，进而导致作业数据的质量较低，并产生各种安全事故。

以上现有技术中的方案所存在的缺陷，均是发明人在经过实践并仔细研究后得出的结果，因此，上述问题的发现过程以及下文中本发明实施例针对上述问题所提出的解决方案，都应该是发明人在本发明过程中对本发明做出的贡献。

基于上述研究，本发明实施例提供了一种岩土工程勘察智能化钻探采集设备及方法，能够获得质量较高的作业数据。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

图1示出了本发明实施例所提供的一种岩土工程勘察智能化钻探采集设备的结构框图。由图可见，该钻探勘查系统100包括中控箱1、钻进设备2、摄像头3、感应装置4、多频定位设备41、卷扬机5、空气压缩组件6、发动机7、终端设备81和云端服务器82。

其中，中控箱1分别与钻进设备2、摄像头3、感应装置4、多频定位设备41、卷扬机5、空气压缩组件6、发动机7、终端设备81和云端服务器82通过电缆连接，中控箱1与这些部件进行数据交互。

其中，摄像头3用于采集已钻进钻孔内的实时影像并将实时影像传送至中控箱1，感应装置4用于采集钻孔的定位信息和钻进设备2的实时钻进深度并将实时钻进深度传送至中控箱1。中控箱1可以控制钻进设备2、卷扬机5、空气压缩组件6和发动机7的运行状态。终端设备81用于接收实时影像、实时钻进深度和钻孔的定位信息，根据实时影像、实时钻进深度和钻孔的定位信息对已钻进钻孔内的岩(土)层进行地质分析和鉴别。云端服务器82用于接收实时影像、实时钻进深度和钻孔的定位信息并进行长时间存储。

在本实施例中，多频定位设备41可以利用l1和l5两个频段的gps信号进行多频定位，进而获得钻孔的定位信息，具体地，l1的波段范围为1575.42mhz±1.023mhz，l5的波段范围为1176.45mhz±1.023mhz，l1信号和l5信号的组合可提供不间断的定位，多频定位多用于石油天然气勘探航天工程等，具有不易受干扰的优势。采用多频定位技术能够对钻孔进行准确定位并获得钻孔的定位信息，保证了作业数据来源的准确性。其中，多频定位设备41采集到的钻孔的定位信息可以传送至中控箱1，由中控箱1进行对应操作。

图2示出了本发明实施例所提供的一种岩土工程勘察智能化钻探采集设备的结构示意图，下面将结合图1和图2对整个系统的运作进行详细说明。

由图2可见，该岩土工程勘察智能化钻探采集设备100包括中控箱1、钻进设备、摄像头3、感应装置4、多频定位设备41、卷扬机5、空气压缩组件6、发动机7、终端设备81、和支撑组件9。

其中，支撑组件9包括底板91、支架92和多个支撑件93，底板91开设有通孔911。多个支撑件93固定连接于底板91，支架92铆接于底板91靠近通孔911的位置。支撑组件9为整个岩土工程勘察智能化钻探采集设备100提供结构稳定性，避免坍塌或倾斜。可以理解，支撑组件9可以是支架支腿，也可以是履带拖车，也可以是汽车等。

进一步地，钻进设备包括滑轮组件21、钻杆22、标贯锤23和钻头24。滑轮组件21固定连接于支架92远离底板91的位置，卷扬机5设置于底板91靠近支架92的位置，卷扬机5与滑轮组件21连接，卷扬机5用于控制滑轮组件21活动，进而带动钻杆22活动。

钻杆22的第一端固定连接于滑轮组件21、第二端固定连接有钻头24，标贯锤23套设于钻杆22，用于标准贯入试验。钻头24穿过通孔911，可以对布点区域进行钻探。摄像头3和感应装置4设置于钻杆22第二端靠近钻头的位置，多频定位设备41嵌设于感应装置4。

中控箱1设置于底板91靠近卷扬机5的位置，中控箱1分别与滑轮组件21、钻杆22、摄像头3、感应装置4、多频定位设备41和终端设备81通过电缆连接。其中，卷扬机5用于接收中控箱1传送的控制指令，根据控制指令带动滑轮组件21进行运作以实现钻杆22的活动，钻杆22用于接收控制指令，根据控制指令控制钻头24对布点区域进行钻探。

请继续参阅图2，空气压缩组件6包括空气压缩机61和气体管62，气体管62的一端与空气压缩机61连通、另一端设置于钻杆22靠近钻头24的位置。空气压缩机61设置于底板91远离中控箱1的位置，空气压缩机61产生的高压气体通过气体管62输送到已钻进钻孔内，在钻头24和钻孔处形成气体循环流动，以达到冷却钻头24的目的，并将岩(土)残渣排出钻孔外，由于气体比重小，流速快，能够减少土层扰动，并且能够保证摄像头3的清洁，如此设置，能够保证摄像头3采集到的实时影像的清晰度以及感应装置4获取到的实时钻进深度的准确度，从数据来源上保证了质量。

图3示出了本发明实施例所提供的一种钻进设备的结构示意图，由图可见，钻杆22为中空结构，中空结构内设置有第一电缆线221和第二电缆线222。第一电缆线221的一端连接于摄像头3、另一端连接于图2中的中控箱1，第二电缆线222的一端连接于感应装置4和多频定位设备41、另一端连接于图2中的中控箱1。

图4示出了本发明实施例所提供的一种中控箱1的结构示意图，由图可见，该中控箱1包括壳体11、主板12、电池组件13和存储设备14。其中，主板12集成有中央处理器，图2中的卷扬机5、钻杆22、摄像头3、感应装置4、多频定位设备41、空气压缩机6、发动机7均与中央处理器通过电缆连接，以实现数据交互。

壳体11设置于底板远离空气压缩机的位置，请结合参阅图3和图4，壳体11内部为空腔，主板12、电池组件13和存储设备14均容置于空腔，电池组件13分别与主板12和存储设备14电连接，主板12与存储设备14通过电缆连接，电池组件13还与发动机电连接，发动机在运作时能够对电池组件13进行充电，电池组件13为主板12和存储设备14提供电能，存储设备14用于接收主板12传送的实时影像、实时钻进深度和钻孔的定位信息，能在异常断电时保证数据的可用性。进一步地，主板12还设置有转换接口121，转换接口121分别与第一电缆线221的另一端和第二电缆线222的另一端通过电缆连接，摄像头3采集的实时影像通过第一电缆线221传送到转换接口121，并传送到主板12中，感应装置4获取的实时钻进深度和多频定位设备41获取的钻孔的定位信息通过第二电缆线222传送到转换接口121，并传送到主板12中，可以理解，主板12接收电池组件13的供电，并向摄像头3、感应装置4和多频定位设备41供电。

可以理解，发动机还与卷扬机、钻杆和空气压缩机电连接，用于对卷扬机、钻杆和空气压缩机提供电能。

图5示出了本发明实施例所提供的一种岩土工程勘察智能化钻探采集方法的流程图。所述方法有关的流程所定义的方法步骤应用上述岩土工程勘察智能化钻探采集设备100，下面将对图2所示的具体流程进行详细阐述：

步骤s21，中控箱向发动机和钻进设备传送控制指令，发动机和钻进设备接收控制指令，根据控制指令对布点区域进行钻探。

可以理解，中控箱分别向发动机和钻杆传送控制指令，发动机带动卷扬机运转，卷扬机带动滑轮组件运转，进而带动钻杆穿过通孔，钻杆控制钻头对布点区域进行钻探，进而产生钻孔。

步骤s22，中控箱向空气压缩机传送启动指令，空气压缩机接收启动指令，根据启动指令进行启动以产生高压气体，气体管将高压气体输送至已钻进钻孔靠近钻头的位置。

通过高压气体对钻头进行降温以及对已钻进钻孔内的残渣进行清洁，能够减少土层的扰动，并且不会使摄像头变得模糊不清，保证了摄像头采集的实时影像的清晰度。

步骤s23，摄像头采集已钻进钻孔内的实时影像并将实时影像传送至中控箱，感应装置获取钻孔的定位信息和钻头的实时钻进深度并将钻孔的定位信息和实时钻进深度传送至中控箱。

在本实施例中，可以以待勘探区域的地面作为水平面，实时钻进深度可以采用负数表示。

步骤s24，中控箱接收实时影像、实时钻进深度和钻孔的定位信息，将实时影像、实时钻进深度和钻孔的定位信息同步至终端设备。

步骤s25，终端设备接收实时影像、实时钻进深度和钻孔的定位信息，根据实时影像、实时钻进深度和钻孔的定位信息对已钻进钻孔内的岩(土)层进行地质分析。

具体地，技术人员通过终端设备接收到的实时影像、实时钻进深度和钻孔的定位信息对现场作业情况进行有效的精确性判断。由于实时影像、实时钻进深度和钻孔的定位信息的来源可靠，因此获得的判断结果也相对可靠。

可以理解，整个岩土工程勘察智能化钻探采集设备在启动时，中控箱还会控制发动机进行启动，发动机对卷扬机、钻杆、空气压缩机和电池组件进行供电，以保证整个系统的可靠运行。

可选地，中控箱还会将获得的实时影像、实时钻进深度和钻孔的定位信息同步至云端服务器，云端服务器用于对实时影像、实时钻进深度和钻孔的定位信息进行长时间存储，便于之后的调用，在一定程度上避免了数据造假。

由于中控箱能够对多个设备进行控制，避免了人工实地进行操作，降低了安全事故的发生几率，进而保证了工作人员的人身安全。

在本实施例中，中控箱通过移动通信网络将实时影像、实时钻进深度和钻孔的定位信息同步至终端设备和服务器，提高了数据传送的实时性。

在此基础上，请参阅图6，为本发明实施例所提供的一种岩土工程勘察智能化钻探采集系统200，该岩土工程勘察智能化钻探采集系统200包括上述多个岩土工程勘察智能化钻探采集设备100，各个岩土工程勘察智能化钻探采集设备100的中控箱1均与云端服务器82通信连接，云端服务器82能够获得各个中控箱1传送的相关信息，并将这些相关信息进行存储，云端服务器82可以理解为一个汇总的服务器。

可以理解，在本实施例中，电缆分为控制电缆和信号电缆，其中，钻进设备、空气压缩机、发动机、卷扬机为控制电缆和信号电缆同时连接；摄像头、感应装置与中控箱为信号电缆连接。

可以理解，除钻头外，所有组件都要接受中控箱的控制指令。

综上，本发明实施例所提供的岩土工程勘察智能化钻探采集设备及方法，能够获得质量较高的作业数据，并且能够保证工作人员的人身安全。

在本发明实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置和方法实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，电子设备，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。