磁记忆式埋地管线gps定位仪及定位方法
【专利摘要】磁记忆式埋地管线GPS定位仪及定位方法，属于地面管线探测领域。解决了现有的高精度定位仪结构复杂，且多数需要相应的激励源驱动，损耗能源问题。首先，采用扫描装置对埋地管线的附加磁场进行检测，确定埋地管线的存在信息，根据金属磁记忆效应，通过附加漏磁场确定埋地管线线路节点信息，并实时的根据扫描装置的运动路径，通过定位模块确定埋地管线的磁化磁场的位置信息；其次，将扫描装置获得的信息送至主机；最后，通过主机中的2号数据处理模块对接收的信息进行去噪处理后，根据埋地管线的存在信息、线路节点信息和埋地管线的磁化磁场的位置信息进行管线线路绘制，最终确定出线路数据，完成埋地管线的定位。它用于对地埋管线进行探测。
【专利说明】磁记忆式埋地管线GPS定位仪及定位方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于地面管线探测领域。
【背景技术】
[0002]埋地管线在我们的日常生活中应用范围极广，其中大量应用于石油气传输、城市供暖和给排水系统中。传统埋地管线寻线方式一般基于管线的初始线路图纸，依靠特殊参照物或标记对具体线路进行辨认识别。辨识精确度较低，而且会受到一系列地理变动因素或其他人为因素干扰。市面上相关的电子产品，有些应用范围较窄，有些功能较单一，有些精度不高。而高精度设备结构复杂，且多数需要相应的激励源驱动，损耗能源，使用不便。
【发明内容】
[0003]本发明是为了解决现有的高精度定位仪结构复杂，且多数需要相应的激励源驱动，损耗能源问题，本发明提供了一种磁记忆式埋地管线GPS定位仪及定位方法。
[0004]磁记忆式埋地管线GPS定位仪，它包括扫描装置、定位模块和主机；
[0005]所述的扫描装置包括磁记忆传感系统、I号数据处理系统和I号通讯接口，定位模块包括GPS无源天线、GPS芯片和2号通讯接口，主机包括3号通讯接口、人机对话模块、数据存储模块和2号数据处理模块；
[0006]所述的磁记忆传感系统用于对地埋管线进行磁场波形检测，并将磁场波形信号通过I号数据处理系统处理后，依次通过I号通讯接口和3号通讯接口同时送至数据存储模块和2号数据处理模块；GPS无源天线用于将接收的GPS卫星定位信号送至GPS芯片，GPS芯片对接收的GPS卫星定位信号进行处理后，依次通过2号通讯接口和3号通讯接口同时送至数据存储模块和2号数据处理模块；
[0007]2号数据处理模块根据接收的信号定位出地埋管线的线路数据，并将该地埋管线的线路数据同时送至人机对话模块和数据存储模块，
[0008]人机对话模块用于对接收的地埋管线的线路数据进行显示及信息交互；
[0009]数据存储模块用于存储接收的信号。
[0010]采用磁记忆式埋地管线GPS定位仪实现埋地管线定位的方法，该方法的具体过程为，
[0011]首先，采用扫描装置对埋地管线的附加磁场进行检测，确定埋地管线的存在信息，根据金属磁记忆效应，通过附加漏磁场确定埋地管线线路节点信息，并实时的根据扫描装置的运动路径，通过定位模块确定埋地管线的磁化磁场的位置信息；
[0012]其次，将扫描装置获得埋地管线的存在信息、线路节点信息和磁化磁场的位置信息送至主机；
[0013]最后，通过主机中的2号数据处理模块对接收的信息进行去噪处理后，并根据埋地管线的存在信息、线路节点信息和埋地管线的磁化磁场的位置信息进行管线线路绘制，最终确定出埋地管线的线路数据，完成埋地管线的定位。
[0014]磁记忆式埋地管线GPS定位仪，是一种针对铁磁性管线的高精度线路探测装置。它基于磁记忆原理对埋地管线进行磁场波形检测判断，并由高精度GPS进行线路位置的定位和存储，最终通过高级地理算法结合相关地图软件绘制出实际管线线路图。相对于传统方式，具有更高的精度和实时性，抗地理因素干扰度更强。而相对于其他电子设备，无需任何激励源驱动，节能环保，设备结构简单，使用方便。
[0015]由于地磁场随着时间推移时刻在变化，铁磁性物体在其作用下会产生微弱的磁化现象，导致周围会产生附加弱磁场。我们通过相应高精度传感器对附加磁场进行检测，就可判断铁磁性物体的存在性。此外，由于金属磁记忆效应，会在管道之间焊缝处、应力集中处产生附加漏磁场，可以通过对此漏磁场的检测来确定管线线路节点，经过软件对所有节点进行线性规划，结合磁化弱磁场的位置信息，最终可确定出精确的埋地管道线路数据。
[0016]本发明优点:无需任何激励源驱动，节能环保；设备结构简单，使用方便，成本较低；高智能图像处理、高度稳定的数据采集。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明所述的磁记忆式埋地管线GPS定位仪的原理示意图。
[0018]图2为【具体实施方式】二所述的2号数据处理模块的原理示意图。
【具体实施方式】
[0019]【具体实施方式】一:参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的磁记忆式埋地管线GPS定位仪，它包括扫描装置、定位模块和主机；
[0020]所述的扫描装置包括磁记忆传感系统1、1号数据处理系统2和1号通讯接口 3，定位模块包括GPS无源天线4、GPS芯片5和2号通讯接口 6，主机包括3号通讯接口 7、人机对话模块8、数据存储模块9和2号数据处理模块10 ；
[0021]所述的磁记忆传感系统1用于对地埋管线进行磁场波形检测，并将磁场波形信号通过1号数据处理系统2处理后，依次通过1号通讯接口 3和3号通讯接口 7同时送至数据存储模块9和2号数据处理模块10 ；GPS无源天线4用于将接收的GPS卫星定位信号送至GPS芯片5，GPS芯片5对接收的GPS卫星定位信号进行处理后，依次通过2号通讯接口6和3号通讯接口 7同时送至数据存储模块9和2号数据处理模块10 ；
[0022]2号数据处理模块10根据接收的信号定位出地埋管线的线路数据，并将该地埋管线的线路数据同时送至人机对话模块8和数据存储模块9，
[0023]人机对话模块8用于对接收的地埋管线的线路数据进行显示及信息交互；
[0024]数据存储模块9用于存储接收的信号。
[0025]本实施方式，扫描装置的探头部分可集成陀螺仪、加速度仪，具有多姿态探测和防抖功能，防止检测时由于人为因素导致探测数据错误，提高其数据可靠性。
[0026]磁记忆传感系统1部分选择高灵敏度磁阻传感器，实现了对于管道产生弱磁场的三个方向的检测；1号数据处理系统2通过低噪声的差动输入的放大电路，放大微弱的磁场信号，并集成复位置位电路，同时保证了传感器持续工作的稳定性。
[0027]通过高精度GPS定位技术以及相应程序，可将管道线路自动生成绘制在地图中，增强了线路的可读性、可视性。同时可将线路数据保存在数据存储模块9内置存储器中，以留备用。
[0028]【具体实施方式】二:参见图1和2说明本实施方式，本实施方式与【具体实施方式】一所述的磁记忆式埋地管线GPS定位仪的区别在于，所述的2号数据处理模块10包括选择小波函数模块10-1、小波多尺度分解模块10-2、小波系统阈值处理模块10-3、信号的小波重构模块10-4和地理算法及地图绘制模块10-5 ；
[0029]小波函数模块10-1的信号输出端与小波多尺度分解模块10-2的信号输入端连接，小波多尺度分解模块10-2的信号输出端与小波系统阈值处理模块10-3的信号输入端连接，小波系统阈值处理模块10-3的信号输出端与信号的小波重构模块10-4的信号输入端连接，信号的小波重构模块10-4的信号输出端与地理算法及地图绘制模块10-5的信号输入端连接，小波函数模块10-1的信号输入端为2号数据处理模块10的信号输入端；
[0030]地理算法及地图绘制模块10-5的信号输入端为2号数据处理模块10的信号输出端。
[0031]本实施方式，算法方面通过多阶小波分析，设置多种默认环境模式，针对性地对不同环境下的原始磁场信号进行滤波处理，使装置抗干扰能力更强，适用范围更广，测量的波形更加稳定可靠。
[0032]其中，定位模块通过软、硬件共同处理消除测量误差，软件结合相关的修正模型进行数据分析，降低电磁波传输中的电离层误差和对流层误差。
[0033]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一所述的磁记忆式埋地管线GPS定位仪的区别在于，所述的1号数据处理系统2采用单片机实现。
[0034]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一所述的磁记忆式埋地管线GPS定位仪的区别在于，所述的GPS无源天线4带有LNA的无源天线实现。
[0035]本实施方式，选用合适的GPS芯片5，及通过带有LNA的无源天线接收卫星信号降低噪声，进一步提高了装置测量精度。
[0036]【具体实施方式】五:采用【具体实施方式】一所述的磁记忆式埋地管线GPS定位仪实现埋地管线定位的方法，该方法的具体过程为，
[0037]首先，采用扫描装置对埋地管线的附加磁场进行检测，确定埋地管线的存在信息，根据金属磁记忆效应，通过附加漏磁场确定埋地管线线路节点信息，并实时的根据扫描装置的运动路径，通过定位模块确定埋地管线的磁化磁场的位置信息；
[0038]其次，将扫描装置获得埋地管线的存在信息、线路节点信息和磁化磁场的位置信息送至主机；
[0039]最后，通过主机中的2号数据处理模块10对接收的信息进行去噪处理后，并根据埋地管线的存在信息、线路节点信息和埋地管线的磁化磁场的位置信息进行管线线路绘制，最终确定出埋地管线的线路数据，完成埋地管线的定位。
【权利要求】
1.磁记忆式埋地管线GPS定位仪，其特征在于，它包括扫描装置、定位模块和主机； 所述的扫描装置包括磁记忆传感系统(I)、I号数据处理系统(2)和I号通讯接口(3)，定位模块包括GPS无源天线(4)、GPS芯片(5)和2号通讯接口(6)，主机包括3号通讯接口(7)、人机对话模块(8)、数据存储模块(9)和2号数据处理模块(10)； 所述的磁记忆传感系统(I)用于对地埋管线进行磁场波形检测，并将磁场波形信号通过I号数据处理系统(2)处理后，依次通过I号通讯接口(3)和3号通讯接口(7)同时送至数据存储模块(9)和2号数据处理模块(10) ；GPS无源天线(4)用于将接收的GPS卫星定位信号送至GPS芯片(5)，GPS芯片(5)对接收的GPS卫星定位信号进行处理后，依次通过2号通讯接口(6)和3号通讯接口(7)同时送至数据存储模块(9)和2号数据处理模块(10)； 2号数据处理模块(10)根据接收的信号定位出地埋管线的线路数据，并将该地埋管线的线路数据同时送至人机对话模块(8)和数据存储模块(9)， 人机对话模块(8)用于对接收的地埋管线的线路数据进行显示及信息交互； 数据存储模块(9)用于存储接收的信号。
2.根据权利要求1所述的磁记忆式埋地管线GPS定位仪，其特征在于，所述的2号数据处理模块(10)包括选择小波函数模块(10-1)、小波多尺度分解模块(10-2)、小波系统阈值处理模块(10-3)、信号的小波重构模块(10-4)和地理算法及地图绘制模块(10-5)； 小波函数模块(?ο-l)的信号输出端与小波多尺度分解模块(10-2)的信号输入端连接，小波多尺度分解模块(10-2)的信号输出端与小波系统阈值处理模块(10-3)的信号输入端连接，小波系统阈值处理模块(10-3)的信号输出端与信号的小波重构模块(10-4)的信号输入端连接，信号的小波重构模块(10-4)的信号输出端与地理算法及地图绘制模块(10-5)的信号输入端连接，小波函数模块(10-1)的信号输入端为2号数据处理模块(10)的信号输入端； 地理算法及地图绘制模块(10-5)的信号输入端为2号数据处理模块(10)的信号输出端。
3.根据权利要求1所述的磁记忆式埋地管线GPS定位仪，其特征在于，所述的I号数据处理系统(2)采用单片机实现。
4.根据权利要求1所述的磁记忆式埋地管线GPS定位仪，其特征在于，所述的GPS无源天线(4)带有LNA的无源天线实现。
5.采用权利要求1所述的磁记忆式埋地管线GPS定位仪实现埋地管线定位的方法，其特征在于，该方法的具体过程为， 首先，采用扫描装置对埋地管线的附加磁场进行检测，确定埋地管线的存在信息，根据金属磁记忆效应，通过附加漏磁场确定埋地管线线路节点信息，并实时的根据扫描装置的运动路径，通过定位模块确定埋地管线的磁化磁场的位置信息； 其次，将扫描装置获得埋地管线的存在信息、线路节点信息和磁化磁场的位置信息送至主机； 最后，通过主机中的2号数据处理模块(10)对接收的信息进行去噪处理后，并根据埋地管线的存在信息、线路节点信息和埋地管线的磁化磁场的位置信息进行管线线路绘制，最终确定出埋地管线的线路数据，完成埋地管线的定位。
【文档编号】G01V3/08GK104267438SQ201410578060
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月24日 优先权日:2014年10月24日
【发明者】宋文平, 于熙洋, 鲁欣萌, 张洪涛, 王中国, 张广玉 申请人:哈尔滨工业大学