基于北斗定位技术的地下液体运输管线测绘系统和方法与流程

本发明涉及一种测绘系统，特别是涉及一种基于北斗定位技术的地下液体运输管线测绘系统和方法。

背景技术：

城市的地下，都有一张纵横交错交错的网，它时刻在为人们的生活提供保障，这张网就是由各种工业和民用管线组成的地下管线网。它是保障城市运行的重要基础设施和“生命线”，担负着信息传输、能源输送等工作，也是城市赖以生存和发展的物质基础。

随着城镇化的快速推进，城市地下管线的数量和规模越来越大，构成状况越来越复杂。各地由地下管网问题引发的城市内涝、道路塌陷、管线爆裂等事故呈高发态势。由于不掌握地下管线的基本信息，城市道路屡屡“开膛破肚”，众多城市均出现影响交通安全的“马路拉链”。为切实加强城市地下管线建设管理，保障城市安全运行，提高城市综合承载能力和城镇化发展质量，国务院办公厅印发了《关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》（国办发〔2014〕27号），要求各城市提高创新能力，完成地下管线普查，建立和完善综合管理信息系统，全面加强城市地下管线建设管理的目标任务。

迅速探明地下管网的分布状况，测量其平面位置和高程，绘制地下管线图，为城市规划、设计、施工和管理提供必要依据，并采用高新技术和方法来高效管理地下各类专业管线，满足决策、管理部门和施工单位的需要已成为当务之急。在液体运输管线测绘领域，目前国内外均使用金属探测仪来探测管线位置，主要缺陷有三个方面：（1）需要耗费巨大人工成本并且效率低；（2）针对非金属液体管线，利用金属探测仪难以探测；（3）很多管线埋设在建筑物下等难以探测的位置，测绘难度较大。

当前北斗定位技术已经非常成熟，对于液体运输管线，充分结合北斗定位技术，利用液体管线内部的液体流动线路与管线铺设线路完全一致的特征，即可设计一种高效准确的地下液体运输管线测绘系统。这对于测绘领域科学技术发展和有效推动城市建设和管理具有重要意义。

技术实现要素：

因此，本发明为了充分利用液体管线内部的液体流动线路与管线线路完全一致的特征，提供一种基于北斗定位技术的地下液体运输管线测绘系统和方法，系统中包含的漂流器内含定位元件，随管线内的液体流动并实时向外传送位置数据，最终实现液体管线的精确测绘。

本发明所采用的技术方案是：基于北斗定位技术的地下液体运输管线测绘系统和方法，其特征在于：包括北斗卫星、管线、漂流器、数据库四部分，其中漂流器包括上壳体、下壳体、滚珠限定环、滚珠、承重壳体、重心块、立柱、弹簧、永磁体、绕组、安装板、蓄电池、电路板、MCU、BDS收发器、BDS天线、螺钉。

所述上壳体和下壳体均为半球壳状，两者大小相同，上壳体和下壳体的开口处通过密封胶粘贴在一起，构成一个中空的圆球形，圆球内部充有一定氦气。

所述滚珠限定环为具有一定宽度的环形结构，环绕环形结构均匀分布有多个滚珠半球壳，滚珠半球壳的开口朝外，半球壳结构在环形结构内侧，所述滚珠为球形，嵌在滚珠半球壳内。所述滚珠露出半个球面，与上壳体、下壳体的内壁接触。

进一步讲，所述滚珠限定环的直径小于上壳体、下壳体的球径，大于承重壳体的球径。

所述承重壳体为半球壳状，半球壳状结构的开口边缘处为竖直面结构，竖直面结构的外壁与滚珠半球壳的外壁焊接在一起。

所述重心块的底面为球面，焊接在承重壳体的内部底面；所述重心块的顶面为平面，上面设有三根竖直方向的立柱；所述立柱为竖杆状，为多边形体，均匀分布在重心块顶面。

进一步讲，所述立柱的顶面均开设有螺钉孔。

所述弹簧有两个，下侧弹簧的顶部焊接在重心块的顶面中心处，顶部焊接在永磁体的底面；上侧弹簧的底部焊接在永磁体顶面，顶部焊接在安装板的底面。

所述永磁体为圆柱体，位于上下两个弹簧之间；所述绕组缠绕在立柱外侧。

所述安装板为扁圆形，安装板上开设有多个通孔，其中对应立柱位置的三个通孔内部光滑无螺纹，通过螺钉固定在立柱的顶面；其它通孔内加工有内螺纹。

所述蓄电池的两端设有蓄电池固定片，所述电路板的两端设有电路板固定片，所述蓄电池固定片和电路板固定片上均开设有圆孔，通过螺钉固定在安装板上。所述MCU、BDS收发器安装在电路板上，所述BDS收发器的顶部伸出有BDS天线。

本发明的原理为：上壳体和下壳体内充有一定量的氦气，使得漂流器悬浮在管线内的液体中，随着液体的流动不断向前漂移。因为管线内液体的流动受管线走向、液体压力、液体粘度等多种因素的影响，所述漂流器在管线内会随着液体不断上下翻滚或碰到管线内部。

滚珠限定环和承重壳体焊接为一体，同时重心块和承重壳体也焊接在一起，所以无论壳体旋转或与管线相碰撞，由于滚珠与壳体内壁间的不断滚动，重心块能够带动滚珠限定环和承重壳体始终保持稳定，使得安装板及其上面安装的元件保持平稳。

在漂流器上下浮动过程中，永磁体不断上下运动，绕组内的磁通发生改变产生电流，电流储存在蓄电池中，为所有耗电元件提供电能。BDS收发器通过BDS天线获取的北斗卫星位置，计算出漂流器的位置数据。然后MCU再通过BDS天线将漂流器的数据传递给数据库。

根据漂流器不断传递出的位置数据，将各个位置点连接成线，即可获得地下液体管线的地理信息数据。

本发明一种基于北斗定位技术的地下液体运输管线测绘系统和方法具有如下优点：

（1）适用于所有的液体管线，只需将本发明装置放到管线起始点，即可完成自动化测绘，避免外业测绘工作，大量节约人力成本；

（2）借助管线内液体的流动路线，实现管线的测绘，构思巧妙，设计新颖；

（3）利用北斗定位技术测量管线的多个点的位置数据，测量精确度较高，实用可靠；

（4）漂流器利用管线中液体的流动特征实现自主发电，节能环保。

所以，这种基于北斗定位技术的地下液体运输管线测绘系统和方法，漂流器内含定位元件，随管线内的液体流动并实时向外传送位置数据，将各个位置点连接成线，实现液体管线的精确测绘，更方便快捷的获得地下液体管线的测绘图，对于测绘领域科学技术发展和有效推动城市建设和管理具有重要意义。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1本发明的信息传递原理示意图。

图2本发明的漂流器的整体外观示意图。

图3本发明在拆除上壳体后的装配结构示意图。

图4本发明在拆除上壳体、下壳体后的装配结构示意图。

图5本发明在拆除上壳体、下壳体、承重壳体后的装配结构示意图。

图6本发明在拆除上壳体、下壳体、承重壳体、绕组后的装配结构示意图。

图7本发明的上壳体、下壳体、滚珠限定环、滚珠、承重壳体的拆解示意图。

图8本发明的重心块和负重壳体的拆解示意图。

图9本发明的立柱、安装板、电路板的拆解示意图。

图10是图9中的立柱、安装板的拆解的局部放大图。

图11是图9中的安装板、电路板的拆解的局部放大图。

图12是拆除绕组后的立柱、安装板的局部放大图。

图13本发明的滚珠限定环的结构示意图。

图14本发明的立柱和重心块的装配结构示意图。

图15本发明的电路板的结构示意图。

图中标号：1-上壳体、2-下壳体、3-滚珠限定环、301-滚珠半球壳、4-滚珠、5-承重壳体、6-重心块、7-立柱、8-弹簧、9-永磁体、10-绕组、11-安装板、1101-通孔、12-蓄电池、1201-蓄电池固定片、13-电路板、1301-电路板固定片、14-MCU、15-BDS收发器、16-BDS天线、17-螺钉、a-北斗卫星、b-管线、c-漂流器、d-数据库。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明一种基于北斗定位技术的地下液体运输管线测绘系统和方法作进一步的详细描述。

基于北斗定位技术的地下液体运输管线测绘系统和方法，其特征在于：包括北斗卫星a、管线b、漂流器c、数据库d四部分，其中漂流器c包括上壳体1、下壳体2、滚珠限定环3、滚珠4、承重壳体5、重心块6、立柱7、弹簧8、永磁体9、绕组10、安装板11、蓄电池12、电路板13、MCU14、BDS收发器15、BDS天线16、螺钉17。

如图2、图7所示，所述上壳体1和下壳体2均为半球壳状，两者大小相同，上壳体1和下壳体2的开口处通过密封胶粘贴在一起，构成一个中空的圆球形，圆球内部充有一定氦气。

如图3、图4、图8、图13所示，所述滚珠限定环3为具有一定宽度的环形结构，环绕环形结构均匀分布有多个滚珠半球壳301，滚珠半球壳301的开口朝外，半球壳结构301在环形结构内侧，所述滚珠4为球形，嵌在滚珠半球壳301内。所述滚珠4露出半个球面，与上壳体1、下壳体2的内壁接触。

进一步讲，所述滚珠限定环3的直径小于上壳体1、下壳体2的球径，大于承重壳体5的球径。

如图3、图4、图7、图8所示，所述承重壳体5为半球壳状，半球壳状结构的开口边缘处为竖直面结构，竖直面结构的外壁与滚珠半球壳3的外壁焊接在一起。

如图5、图6、图8、图14所示，所述重心块6的底面为球面，焊接在承重壳体5的内部底面；所述重心块6的顶面为平面，上面设有三根竖直方向的立柱7；所述立柱7为竖杆状，为多边形体，均匀分布在重心块6的顶面。

进一步讲，所述立柱7的顶面均开设有螺钉孔701。

进一步讲，所述重心块6的外部材质为POM塑料，内部嵌有金属铅块。POM塑料具有良好的绝缘性，可以避免内部的铅块影响永磁体的运动。

如图6、图9、图10、图12所示，所述弹簧8有两个，下侧弹簧8的顶部焊接在重心块6的顶面中心处，顶部焊接在永磁体9的底面；上侧弹簧8的底部焊接在永磁体9的顶面，顶部焊接在安装板11的底面。

如图6、图12所示，所述永磁体9为圆柱体，位于上下两个弹簧8之间；所述绕组10缠绕在立柱7外侧。

如图6、图9、图10、图11所示，所述安装板11为扁圆形，安装板11上开设有多个通孔1101，其中对应立柱7位置的三个通孔内部光滑无螺纹，通过螺钉17固定在立柱7的顶面；其它通孔内加工有内螺纹。

进一步讲，所述安装板11的材质为PVC塑料，具备良好的机械性能和绝缘性能。

如图11、图15所示，所述蓄电池12的两端设有蓄电池固定片1201，所述电路板13的两端设有电路板固定片1301，所述蓄电池固定片1201和电路板固定片1301上均开设有圆孔，通过螺钉17固定在安装板11上。所述MCU14、BDS收发器15安装在电路板13上，所述BDS收发器14的顶部伸出有BDS天线15。

进一步讲，所述电路板13内含交流转直流电路，将绕组10内的交流电转换为直流电储存进蓄电池12中。

如图1所示，上壳体1和下壳体2内充有一定量的氦气，使得漂流器c悬浮在管线内的液体中，随着液体的流动不断向前漂移。因为管线内液体的流动受管线走向、液体压力、液体粘度等多种因素的影响，所述漂流器c在管线内会随着液体不断上下翻滚或碰到管线内部。

滚珠限定环3和承重壳体5焊接为一体，同时重心块6和承重壳体5也焊接在一起，所以无论壳体旋转或与管线相碰撞，由于滚珠4与壳体内壁间的不断滚动，重心块6能够带动滚珠限定环3和承重壳体5始终保持稳定，使得安装板11及其上面安装的元件保持平稳。

在漂流器c上下浮动过程中，永磁体9不断上下运动，绕组10内的磁通发生改变产生电流，电流储存在蓄电池12中，为所有耗电元件提供电能。BDS收发器15通过BDS天线16获取的北斗卫星位置，计算出漂流器c的位置数据。然后MCU14再通过BDS天线16将漂流器c的数据传递给数据库d。

进一步讲，本发明中采用北斗一代导航系统，BDS收发器结合BDS天线，既具备定位功能，同时具备数字通信功能。

每一个漂流器c均具备唯一编号，发出的信号中具备唯一的电磁波特征，测绘人员根据实际情况，在管线的入口端投入漂流器c，漂流器c在发电后就每隔一定时间向外发送位置数据。数据库d中记录有每个编号的漂流器c的位置数据。根据漂流器c不断传递出的位置数据，将各个位置点连接成线，即可获得地下液体管线的地理信息数据，从而快速完成地下液体管线的测绘工作。

进一步讲，本发明中MCU是指单片微型计算机，是集成了内处理器(CPU)、存储器(RAM、ROM)、计数器、以及I/O端口为一体的一块集成芯片。

进一步讲，本发明中BDS是指中国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System）。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。