一种用于野外地质测量的模块化智能地质罗盘的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种用于野外地质测量的模块化智能地质罗盘，包括三防本体，设于所述三防本体上的显示屏，设于所述三防本体内的主板、三维电子罗盘、中央处理模块、位置测量模块和存储模块，所述显示屏、三维电子罗盘、中央处理模块、位置测量模块、存储模块均接入所述主板，所述三防本体内还设有判断所述地质罗盘是否处于静止状态的三轴陀螺仪，其与所述主板相接。本实用新型在进行倾角测量时，首先根据三维陀螺仪快速地判断地质罗盘是否处于静止状态，并在其处于静态一段时间后，利用三维电子罗盘的双轴倾角传感器自动测量并显示有效地坡度数值，倾角测量简单、快速。
【专利说明】一种用于野外地质测量的模块化智能地质罗盘
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及地质测量【技术领域】，具体涉及一种用于野外地质测量的模块化智能地质罗盘。
【背景技术】
[0002]地质罗盘是野外地质工作必备工具之一，但传统的地质罗盘在实际应用中，除必须手工进行磁偏角校正之外，且使用过程复杂，每次只能测量一个参数，其所测参数也很有限(仅有方位、产状和坡度)。另外，在进行读数时非常容易受到人为判断的影响而扩大数据误差。由于传统地质罗盘大都是机械式，缺少现代电子装置，所测参数必须辅以人工记录在其他载体上，其他地质参数如位置坐标必须额外通过GPS装备、图片必须采用数码相机分别进行信息采集。一个完整地质要素的测量需要利用多种装备、分多次操作才能完成，后期还要进行必要的数字化、信息关联等资料整理工作，工作强度大且易扩大误差。总之，利用传统的机械式地质罗盘开展野外地质测量，工作效率低，已不能适应地质测量工作的现代化要求。
[0003]随着现代信息技术的发展，特别是各种智能化电子器件如三维电子罗盘、GPS芯片、温湿度传感器等微型化、高精度化，以及嵌入式手持操作系统的标准化、开放化的发展，智能手持设备已如雨后春笋般涌现，并已深入我们的工作、生活中，甚至全面革新路经济社会的很多领域。因此，利用现代信息技术，特别是物联网技术，改造传统的地质罗盘，研制一种易升级、易扩展的模块化智能地质罗盘，对于改变传统野外地质测量工作方式、适应地质工作现代化的要求，全面提升野外地质工作效率和质量具有重要意义。
[0004]为适应上述要求，中国发明专利CN101566474B公开了一种低成本高精度高集成度的定位定向数字地质罗盘，包括:倾斜角测量单元，由倾斜角传感器和驱动电路组成，用于测量所述罗盘任意放置时的俯仰角和横滚角的姿态数据；方位角测量单元，由地磁传感器和驱动电路组成，用于测量所述罗盘任意放置时的方位角的姿态数据；温度测量单元，用于测量所述罗盘内的温度，获取温度系数；控制及运算单元，与所述倾斜角测量单元、方位角测量单元和温度测量单元连接，用于对所述俯仰角、横滚角和方位角姿态数据进行修正和温度系数补偿，计算出俯仰角、横滚角和方位角；位置测量单元，与所述控制及运算单元连接，用于获取经纬度、卫星时间和海拔的位置数据并提供给所述控制及运算单元；提示单元，与所述控制及运算单元连接，用于将所述俯仰角、横滚角和方位角以及所述经纬度提示给用户；存储单元，与所述控制及运算单元连接，用于存储所述俯仰角、横滚角和方位角；所述控制及运算单元包括51单片机、接口仿真模块、后台定时中断服务模块和前台处理模块。本发明的数字地质罗盘测试时可以不再需要手持，只要把本发明装置放到被测物体上，就可以把俯仰角、横滚角、方位角和位置等一次测出，即将地质罗盘(定向测量)和定位测量(如GPS)集成到一个装置中，但保持精度高、低成本和低功耗。但利用本发明的数字地质罗盘进行地质体产状测量时，首先应调整数字地质罗盘达到水平状态，调整方法是:将数字地质罗盘上与俯仰角方向平行的直线边框贴紧地质体特征面，在保持数字罗盘基本水平的状态下，调整数字罗盘的姿态，查看提示单元提示的俯仰角的数值或模拟图形的变化；当俯仰角接近或等于0度时，提示数字罗盘达到水平状态。此调整方法受人为因素影响较多，调整不够精确，影响地质体产状的测量精度。另外，本发明的数字地质罗盘未设置扬声提醒装置，水平调试完毕或测量完毕后不能提醒测量人员。本发明的数字地质罗盘也未设置影像采集单元，不能实时拍摄工作现场的图片或影像数据并予以保存，测量人员需另外携带照相机进行拍摄，增加了野外地质测量工作者的劳动强度。
实用新型内容
[0005]本实用新型要解决的技术问题是提供一种智能化、方便快速地判断地质罗盘是否处于静止状态的用于野外地质测量的模块化智能地质罗盘，测量过程简单、单次测量参数多且测量精度高，同时具备影像采集和扬声提醒功能。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型的实施例提供一种用于野外地质测量的模块化智能地质罗盘，包括三防本体，设于所述三防本体上的显示屏，设于所述三防本体内的主板、三维电子罗盘、中央处理模块、位置测量模块和存储模块，所述显示屏、三维电子罗盘、中央处理模块、位置测量模块、存储模块均接入所述主板，所述三防本体内还设有判断所述地质罗盘是否处于静止状态的三轴陀螺仪，其与所述主板相接。
[0007]上述的用于野外地质测量的模块化智能地质罗盘还包括影像采集模块，其包括相连接的设于所述三防本体上的相机快速启动按钮和摄像头，所述摄像头接入所述主板。
[0008]上述的用于野外地质测量的模块化智能地质罗盘还包括设于所述三防本体内、接入所述主板的扬声器。
[0009]其中，所述三防本体上还设有确认按钮和取消按钮。
[0010]其中，所述位置测量模块采用GPS定位模块，也可以采用北斗系统定位模块、格洛纳斯定位模块、伽利略系统定位模块中的一种或几种组合。
[0011]上述的用于野外地质测量的模块化智能地质罗盘还包括设于所述三防本体内、接入所述主板的通讯模块和WIFI模块，设于所述三防本体侧方、接入所述主板的外部接口，地质测量数据可通过USB接口、通讯模块或WIFI模块传输给外部设备，如云服务器或本地计算机。
[0012]上述的用于野外地质测量的模块化智能地质罗盘还包括设于所述三防本体上、与所述通讯模块连接的天线。
[0013]其中，所述三维电子罗盘内置有双轴倾角传感器。
[0014]优选的，所述主板选用MTK主板，以统一本体尺寸，降低成本，且主板的接口采用标准化、支持热拔插设计，即在所述主板上设置热拔插接口，便于其他模块通过相应的热拔插接口接入主板。
[0015]本实用新型的上述技术方案的有益效果如下:
[0016]1.本实用新型在进行倾角测量时，首先根据三维陀螺仪快速地判断地质罗盘是否处于静止状态，并在其处于静态一段时间后，利用三维电子罗盘的双轴倾角传感器自动测量并显示有效地坡度数值，倾角测量简单、快速。
[0017]2.本实用新型可根据预置的中国各地磁偏角矫正数据，结合GPS定位结果，自动进行磁偏角校正，支持一次性测定多个地质参数并将其显示于显示屏上，清晰直观；在进行地质产状测量时候，无需进行水平矫正，即可一次性获取产状三要素数据；支持将采集的数据自动存储备份，配以通讯模块等支持将数据远程备份至云服务器，最大程度避免数据的意外损失；测量精度高，范围宽，支持方位360度、倾斜±90度、翻滚±180度测量，GPS测量精度< 10m ;利用有时间和地点组合而成的工程编号模式组织采集的数据的关联整合，减少后期数据的工作量。
[0018]3.本实用新型所述的模块化智能地质罗盘能够有效解决传统机械式地质罗盘测量工作复杂、测量参数少、测量误差大、信息采集麻烦、后期整理工作量大的问题，同时由于采用模块化操作，能够适应不同经济能力、不同应用需要的地质工作者的要求，扩大智能地质罗盘的应用范围，提升其应用价值，促进地质工作向智能化、现代化发展。
[0019]4.本实用新型设置有扬声器，可在地质罗盘达到水平或测量完毕后提醒测量人员；还设置有影像采集模块，实时拍摄工作现场的图片或影像数据并予以保存。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型实施例一的外部结构示意图；
[0021]图2为实施例一的内部结构示意图。
[0022]附图标记说明:
[0023]1、三防本体；
[0024]2、显示屏；
[0025]3、取消按钮；
[0026]4、确认按钮；
[0027]5、相机快速启动按钮；
[0028]6、三轴陀螺仪；
[0029]7、三维电子罗盘；
[0030]8、中央处理模块；
[0031]9、通讯模块；
[0032]10、扬声器；
[0033]11、USB 接口；
[0034]12、天线；
[0035]13、存储模块；
[0036]14、摄像头；
[0037]15、WIFI 模块；
[0038]16、GPS 定位模块。
【具体实施方式】
[0039]为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0040]本实用新型针对现有的地质罗盘水平调整不精确，地质罗盘达到水平或测量完毕后提醒测量人员，不能实时拍摄工作现场的图片或影像数据等问题，提供一种用于野外地质测量的模块化智能地质罗盘。
[0041]如图1、图2所示，本实用新型的实施例提供一种基于Android开放式操作系统平台的用于野外地质测量的模块化智能地质罗盘，包括三防本体1，影像采集模块，设于所述三防本体1上的显示屏2、确认按钮4和取消按钮3，设于所述三防本体1内的供电模块、主板、三轴陀螺仪6、三维电子罗盘7、中央处理模块8、通讯模块9、扬声器10、位置测量模块、存储模块13和WIFI模块15，设于所述三防本体侧方的外部接口和天线12。
[0042]本实施例中，所述位置测量模块选用GPS定位模块16，利用3G模块通过移动通讯网络获取移动基站的GPS信息，配合传统GPS卫星，将GPS定位时间从几分钟缩短至10秒之内，室外GPS定位精度提升至10米。但所述位置测量模块不局限于GPS定位模块，也可以采用北斗系统定位模块、格洛纳斯定位模块、伽利略系统定位模块中的一种或几种组合。
[0043]本实施例可根据预置的中国各地磁偏角矫正数据，结合GPS定位结果，在进行实际地质方位角测量时，自动进行方位角矫正，以直接测量方位角数据。
[0044]所述影像采集模块包括相连接的设于所述三防本体1上的相机快速启动按钮5和设于所述三防本体1内的摄像头14。
[0045]所述外部接口选用USB接口 11。
[0046]所述天线12与所述通讯模块9连接。
[0047]为统一本体尺寸，降低成本，所述主板选用MTK主板，其上集成高度定制化的Android平台系统，支持图片、岩性类型、构造类型、备注说明的信息采集，支持通过多种连接方式实现数据的备份导出。
[0048]主板的接口采用标准化、支持热拔插设计，即在所述主板上设置热拔插接口，所述显示屏2、三轴陀螺仪6、三维电子罗盘7、中央处理模块8、通讯模块9、扬声器10、USB接口11、存储模块13、摄像头14、WIFI模块15和GPS定位模块16均通过相应的热拔插接口接入主板。
[0049]其中，三轴陀螺仪6、通讯模块9、扬声器10、USB接口 11、摄像头14、wifi模块15和GPS定位模块16均可增减或替换，方便用户根据不同的经济承受能力定制地质罗盘。
[0050]所述三轴陀螺仪6用于判断所述地质罗盘是否处于静止状态，所述三维电子罗盘7内置有双轴倾角传感器，可以获取俯倾角α和侧倾角β，经过如下转换计算公式，实现非水平状态方位角数据的准确测定。
[0051]转换计算公式如下:
[0052](1) Azimuth=arcTan(Yr/Xr)
[0053](2) Xr=Xcos a +Ysin α sin β -Zcos β sin α
[0054](3) Yr=Xcos β +Zsin β
[0055]其中，Azimuth为方位角，Xr和Yr为要转换到水平位置的值，α为俯仰角，
[0056]β为侧倾角。
[0057]在进行倾角测量时，根据三维陀螺仪6判断地质罗盘是否处于静止状态，并在其处于静态一段时间后，利用三维电子罗盘7的二轴倾角传感器自动测量并显示有效地坡度数值。三维电子罗盘7结合三轴陀螺仪6，能够自动进行稳定性监测，实现非水平状态下，一次性精确测定倾角和方位角数据。
[0058]本实施例内置有WIFI模块15，基于Android开源操作系统，利用wifi或移动通讯网络，可以自动更新升级地质罗盘程序、地图数据和磁偏角数据，保持地质罗盘的可维护性。
[0059]地质罗盘程序根据位置和时间对地质测量工程进行编号，自动建立位置坐标、方位角、产状、坡度、岩石类型、构造类型、照片、备注说明等数据之间关联，实现地质测量数据的有机组织管理。
[0060]地质测量数据可通过USB接口 11、通讯模块9或WIFI模块15被自动或手动传输给外部设备，如云服务器或本地计算机，避免数据意外丢失，提升数据的安全性，同时用于对数据的后期再加工处理。
[0061]本实用新型在进行倾角测量时，首先根据三维陀螺仪快速地判断地质罗盘是否处于静止状态，并在其处于静态一段时间后，利用三维电子罗盘的双轴倾角传感器自动测量并显示有效地坡度数值，倾角测量简单、快速。
[0062]本实用新型可根据预置的中国各地磁偏角矫正数据，结合GPS定位结果，自动进行磁偏角校正，支持一次性测定多个地质参数并将其显示于显示屏上，清晰直观；在进行地质产状测量时候，无需进行水平矫正，即可一次性获取产状三要素数据；支持将采集的数据自动存储备份，配以通讯模块等支持将数据远程备份至云服务器，最大程度避免数据的意外损失；测量精度高，范围宽，支持方位360度、倾斜±90度、翻滚±180度测量，GPS测量精度< 10m ;利用有时间和地点组合而成的工程编号模式组织采集的数据的关联整合，减少后期数据的工作量。
[0063]以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种用于野外地质测量的模块化智能地质罗盘，包括三防本体，设于所述三防本体上的显示屏，设于所述三防本体内的主板、三维电子罗盘、中央处理模块、位置测量模块和存储模块，所述显示屏、三维电子罗盘、中央处理模块、位置测量模块、存储模块均接入所述主板，其特征在于，所述三防本体内还设有判断所述地质罗盘是否处于静止状态的三轴陀螺仪，其与所述主板相接。
2.根据权利要求1所述的用于野外地质测量的模块化智能地质罗盘，其特征在于，还包括影像采集模块，其包括相连接的设于所述三防本体上的相机快速启动按钮和摄像头，所述摄像头接入所述主板。
3.根据权利要求1所述的用于野外地质测量的模块化智能地质罗盘，其特征在于，还包括设于所述三防本体内、接入所述主板的扬声器。
4.根据权利要求1?3中任一项所述的用于野外地质测量的模块化智能地质罗盘，其特征在于，所述三防本体上还设有确认按钮和取消按钮。
5.根据权利要求1所述的用于野外地质测量的模块化智能地质罗盘，其特征在于，所述位置测量模块采用GPS定位模块。
6.根据权利要求1所述的用于野外地质测量的模块化智能地质罗盘，其特征在于，还包括设于所述三防本体内、接入所述主板的通讯模块和WIFI模块，设于所述三防本体侧方、接入所述主板的外部接口。
7.根据权利要求6所述的用于野外地质测量的模块化智能地质罗盘，其特征在于，还包括设于所述三防本体上、与所述通讯模块连接的天线。
8.根据权利要求1所述的用于野外地质测量的模块化智能地质罗盘，其特征在于，所述三维电子罗盘内置有双轴倾角传感器。
9.根据权利要求1所述的用于野外地质测量的模块化智能地质罗盘，其特征在于，所述主板选用MTK主板。
10.根据权利要求1或9所述的用于野外地质测量的模块化智能地质罗盘，其特征在于，所述主板上设有热拔插接口。
【文档编号】G01C17/38GK204064305SQ201420393147
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】张俊岭, 许德如 申请人:中国科学院广州地球化学研究所