地下管道数据终端的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种地下管道数据终端装置，包括ARM核心处理器模块、内存模块、触摸屏模块、数据通讯模块、数据存储模块、电源模块；电源模块为装置提供电源；数据通讯模块采集地下管线测量仪得到的地下管道的轨迹数据，输出至ARM核心处理器模块；ARM核心处理器模块包括数据解算模块和图形预处理模块，数据解算模块对数据通讯模块上传的地下管道的轨迹数据进行数据解算，最终将三维坐标信息转化为主视图、俯视图、左视图信息，输出至触摸屏模块；内存模块为ARM核心处理器模块提供运算缓存；触摸屏模块进行显示。本发明地下管道数据终端硬件电路结构紧凑，以ARM芯片作为系统的核心处理器，采用模块化设计，属于精简的电路结构。
【专利说明】地下管道数据终端
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种地下管道数据终端，属于非开挖【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 城市地下管道是城市重要的基础设施，是城市赖以生存和发展的物质基础，担负 着信息传递、能源输送、排涝减灾等功能，是城市建设和发展的"生命线"。随着我国城镇化 步伐地加快，城市地下管道建设非常迅速，但随之而来的问题也越来越多，例如城市道路的 拉链工程和施工引起的地下管道破坏等问题，成为城市建设和发展的"恶疾"。造成上述现 象原因往往是地下管道资料残缺不全、准确性差或者是与现状不符，才给城市的建设和管 理带来一系列的难题。
[0003] 我国建设部批准的行业标准CJJ61-2003《城市地下管线探测技术规程》中规定： 确定地下管线属性和空间位置的全过程，统称为地下管线探测。目前，我国大概有二分之 一的城市有较为完整的地下管线资料，其他各城市都不同程度地存在城市地下管线残缺不 全、准确性差或者是与现状不符的状况。因此，建立完整精确的地下管道资料，是加快城市 现代化建设步伐的保障，是促进城市可持续发展的必要措施。
[0004] 地下管线测量系统已成为国外的一大研究热点，其中有比利时公司、美国 Vivax-Metrotech公司、英国Radio detection等公司主要生产不同规格类型的地下管线 探测仪。其中，美国 Vivax-Metrotech 公司的 VM 系列（VM-480、VM-560、VM-810、VM-850、 VM-880等）管线探测仪，利用发射机发射特定频率、接收机接受频率的技术进行探测，其 数据终端是IXD液晶屏幕，能够显示地下管线的深度、俯仰角，但是不能实时显示地下管 线的图形信息，可视化程度低，人机交互性差。比利时管线陀螺仪采用陀螺仪三维定位技 术，将陀螺仪原理与计算机技术整合在一起，绘制基于X、Y、Z三维坐标的地下管线空间位 置曲线图，但是其数据终端是专用电脑，体积庞大，不便于携带，从而导致在工业现场无法 绘制地下管线的图形信息。另外，英国雷迪公司管线探测仪RD8000系列产品的数据终端 与Vivax-Metrotech的VM系列有相同的缺点，其终端是IXD屏幕，人机交互性差；而美国 McLaughlin G2管线探测仪的数据终端与比利时管线陀螺仪有相同的缺点，其终端是专用 电脑，体积庞大，不便于携带。
[0005] 因此，寻找一种实时性强、可视化程度高的微型地下管道数据终端，解决现行地下 管道数据终端体积庞大、实时性差等因素造成管道检测困难成为当务之急。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是为了解决现行地下管线检测中数据终端体积庞大、无法实时显示 地下管线视图信息的问题，提出一种地下管道数据终端，为非开挖【技术领域】的地下管线检 测提供了一种实时性强、可视化程度高的微型嵌入式上位机平台。
[0007] -种地下管道数据终端装置，包括ARM核心处理器模块、内存模块、触摸屏模块、 数据通讯模块、数据存储模块、电源模块；
[0008] 电源模块为ARM核心处理器模块、内存模块、数据存储模块提供3. 3V直流电压，电 源模块为触摸屏模块、数据通讯模块提供5V直流电压；
[0009] 数据通讯模块采集地下管线测量仪得到的地下管道的轨迹数据，轨迹数据包括陀 螺仪数据、里程计数据和加速度计数据，上述数据均为电压信号，轨迹数据输出至ARM核心 处理器模块；
[0010] ARM核心处理器模块包括数据解算模块和图形预处理模块，数据解算模块对数据 通讯模块上传的地下管道的轨迹数据进行数据解算，将电压数据转换为实际测量值，对实 际测量值进行多数据信息融合处理，得到地下管道的三维坐标信息，将三维坐标信息输出 至图形预处理模块，输出至数据存储模块；
[0011] 图形预处理模块对地下管道的三维坐标信息进行预处理，得到地下管道的里程信 息，获取三维坐标信息中三个方向坐标的极值，根据触摸屏模块显示屏的分辨率，对三维坐 标信息进行放缩，使三维坐标信息完全绘制在显示屏上。最终，得到缩放后的三维坐标信 息，然后将三维坐标信息转化为主视图、俯视图、左视图信息，输出至触摸屏模块；
[0012] 内存模块为ARM核心处理器模块提供运算缓存；
[0013] 触摸屏模块分为两种显示模式，分别为单管线信息显示、多管线信息显示；
[0014] 单管线信息显示时，触摸屏模块对单一管线的主视图、俯视图、左视图信息进行显 示，并且能够对视图进行操作，包括动态显示测量点坐标、任意两个测量点之间距离显示、 视图放大和视图抓屏保存。此外，显示地下管道里程信息、计算坐标点数、地下管道起点坐 标和地下管道终点坐标；
[0015] 多管线信息显示时，图形预处理模块调用数据存储模块中存储信息，触摸屏模块 对多管线显示，并且能够对视图进行操作，包括动态显示测量点坐标、任意两个测量点之间 距离显示和视图抓屏保存。此外，显示每条地下管道的里程信息。
[0016] 本发明的优点在于：
[0017] (1)微型化，本发明地下管道数据终端硬件电路结构紧凑，以ARM芯片作为系统的 核心处理器，采用模块化设计，属于精简的电路结构。这一模块化的结构设计，突破了现有 地下管道数据终端体积庞大的局限，在硬件结构上减小了终端的体积和重量，便于携带；
[0018] (2)实时性强，本发明开发设计CYPRESS的USB主控芯片CY7C68001的设备驱动程 序，能够在工业现场在线或离线地与地下管线探测仪进行数据通信，实时绘制和显示地下 管线的图形信息；
[0019] (3)人机交互性好，本发明使用触摸屏作为人机交互接口，极大地简化了用户操 作，只需要轻轻触击屏幕即可，操作简便，界面友好；
[0020] (4)本发明设计的触摸屏校准程序只需要对触摸屏进行一次初始校准，校准参数 就会长久的存储在注册表中，避免每次上电校准的繁琐过程；
[0021] (5)运行速度快，本发明使用专门定制的Windows CE操作系统，经过量体裁衣裁 剪后的内核仅10M左右，占用内存小，运行速度快，性能稳定；
[0022] (6)可视化程度高，本发明具有良好的人机界面，能够实时绘制三视图曲线，并能 够对视图进行操作（测量点坐标显示、距离显示、图形放大和图形保存），可视化程度进一 步加强。此外，系统还可以同时显示多条地下管线数据图形，方便用户对多组数据图形进行 比较；
[0023] (7)海量信息存储，本发明支持大数据量的存储，便于用户存储地下管道的数据信 肩、。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1是本发明地下管道数据终端系统结构图。
[0025] 图2是本发明地下管道数据终端系统的结构详解图。
[0026] 图3是本发明地下管道数据终端的单管线显示效果图。
[0027] 图3a为显示测量点坐标、任意两个测量点之间距离显示的示意图。
[0028] 图3b为视图放大的示意图。
[0029] 图4是本发明地下管道数据终端的多管线显示效果图。
[0030] 图4a为四条管线显示测量点坐标的示意图。
[0031] 图4b为四条管线显示时，任意两个测量点之间距离显示的示意图。
[0032] 图中：
[0033] 1. ARM核心处理器模块 2.内存模块 3.触摸屏模块
[0034] 4.数据通讯模块 5.数据存储模块 6.电源模块
[0035] 101.数据解算模块 102.图形预处理模块
【具体实施方式】
[0036] 下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0037] 本发明是一种地下管道数据终端装置，如图1所示，包括ARM核心处理器模块1、内 存模块2、触摸屏模块3、数据通讯模块4、数据存储模块5、电源模块6 ;
[0038] 电源模块6为ARM核心处理器模块1、内存模块2、数据存储模块4提供3. 3V直流 电压，电源模块6为触摸屏模块3、数据通讯模块5提供5V直流电压。
[0039] 本发明中电源模块6采用锂电池，选用18650钴酸锂型2600mAh的日本三洋电芯， 18650的定义法则为：电芯的直径为18mm，长度为65mm，形状是圆柱体型。电源共使用四个 电芯，按照两串两并形式组成，电源的性能参数为：7. 4V/5200mAh(7. 4V = 3. 7VX2,输出电 流为 5200mA = 2600mAX2)，体积长 X 宽 X 高=130mmX36mmX36mm。
[0040] 数据通讯模块4采集地下管线测量仪得到的地下管道的轨迹数据，轨迹数据包括 陀螺仪数据、里程计数据和加速度计数据，上述数据均为电压信号，轨迹数据输出至ARM核 心处理器模块1 ;数据通讯模块4可以采用USB与地下管线测量仪进行通信；
[0041] ARM核心处理器模块1如图2所示，包括数据解算模块101和图形预处理模块102， 数据解算模块101对数据通讯模块4上传的地下管道的轨迹数据进行数据解算，将电压数 据转换为实际测量值，对实际测量值进行多数据信息融合处理，得到地下管道的三维坐标 信息，并且，将三维坐标信息输出至图形预处理模块102,并且输出至数据存储模块5,用于 保存数据信息，方便以后调用或者存档，存储的格式可以为TXT或者DAT格式。
[0042] 图形预处理模块102对地下管道的三维坐标信息进行预处理，得到地下管道的里 程信息，获取三维坐标信息中三个方向坐标的极值，根据触摸屏模块3显示屏的分辨率，对 三维坐标信息进行放缩，使三维坐标信息完全绘制在显示屏上，并且充满整个显示屏的视 野。最终，得到缩放后的三维坐标信息，然后将三维坐标信息转化为主视图、俯视图、左视图 信息，输出至触摸屏模块3。
[0043] 内存模块2为ARM核心处理器模块1提供运算缓存，使ARM核心处理器模块1运 行速度快、运行稳定。
[0044] 触摸屏模块3分为两种显示模式，分别为单管线信息显示、多管线信息显示；
[0045] 单管线信息显示时，触摸屏模块3对单一管线的主视图、俯视图、左视图信息进行 显示，并且能够对视图进行操作，包括动态显示测量点坐标、任意两个测量点之间距离显 示、视图放大和视图抓屏保存。此外，显示地下管道里程信息、计算坐标点数、地下管道起点 坐标和地下管道终点坐标。
[0046] 多管线信息显示时，图形预处理模块102调用数据存储模块5中存储信息，触摸屏 模块3对多管线显示（本发明中管线的数量小于等于10条），并且能够对视图进行操作，包 括动态显示测量点坐标、任意两个测量点之间距离显示和视图抓屏保存。此外，显示每条地 下管道的里程信息。多管线信息显示的主要目的是为了实现地下管道的比较，更主要的是 对同一地下管道多次测量结果进行比较。
[0047] 触摸屏模块3还能实现绘图保存以及绘图打印，绘图保存实现地下管道三视图的 保存，用于存档或者施工技术资料。
[0048] 所述的ARM核心处理器模块1为数据终端控制系统的核心，采用三星公司ARM920T 系列的S3C2440,提供MMU功能支持、运算平台和设备的相关接口等。
[0049] 所述的内存模块2由Nand-Flash和64M SDRAM组成，其中Nand-Flash是三星公 司K9F1208U0C芯片，SDRAM是海力士 HY57V561620FTP-H芯片，提供操作系统的存储平台。
[0050] 所述的触摸屏模块3为群创光电公司的AT070TN83四线制电阻式触摸屏组成，作 为人机交互接口，提供数据显示平台和输入信息窗口。其尺寸为7寸、分辨率为=800X480、 背光功耗为2. 500W、面板功耗为0. 825W、重量为130g。
[0051] 所述的数据存储模块5由SD控制器、SD卡槽和SD卡组成。提供数据存储平台， 支持大数据量的存储，便于用户存储地下管道的数据信息。
[0052] 本发明中单管线信息显示能够显示单条地下管道的三视图，并能够对视图进行操 作，包括动态显示测量点坐标、任意两个测量点之间距离显示、视图放大和视图保存。此外， 显示里程信息、计算坐标点数、起点坐标和终点坐标等，如图3a所示，为显示测量点坐标、 任意两个测量点之间距离显示的示意图，图3b所示，为视图放大的示意图。多管线信息显 示最多能够绘制十条地下管道的三视图，并能够对视图进行操作，包括动态显示测量点坐 标、任意两个测量点之间距离显示和视图保存，如图4a所示，为四条管线显示测量点坐标 的示意图，图4b所示，为四条管线显示时，任意两个测量点之间距离显示的示意图。多条管 线显示的主要目的是为了实现地下管道的比较，更主要的是对同一地下管道多次测量结果 进行比较。
[0053] 该数据终端主要面向非开挖技术铺设的各类地下管线的测量显示，便于携带、操 作简便，并能支持大数据量的存储，运行速度快，性能稳定，且能够连续工作5个小时。
【权利要求】
1. 一种地下管道数据终端装置，包括ARM核心处理器模块、内存模块、触摸屏模块、数 据通讯模块、数据存储模块、电源模块； 电源模块为ARM核心处理器模块、内存模块、数据存储模块提供3. 3V直流电压，电源模 块为触摸屏模块、数据通讯模块提供5V直流电压； 数据通讯模块采集地下管线测量仪得到的地下管道的轨迹数据，轨迹数据包括陀螺仪 数据、里程计数据和加速度计数据，上述数据均为电压信号，轨迹数据输出至ARM核心处理 器模块； ARM核心处理器模块包括数据解算模块和图形预处理模块，数据解算模块对数据通讯 模块上传的地下管道的轨迹数据进行数据解算，将电压数据转换为实际测量值，对实际测 量值进行多数据信息融合处理，得到地下管道的三维坐标信息，将三维坐标信息输出至图 形预处理模块，输出至数据存储模块； 图形预处理模块对地下管道的三维坐标信息进行预处理，得到地下管道的里程信息， 获取三维坐标信息中三个方向坐标的极值，根据触摸屏模块显示屏的分辨率，对三维坐标 信息进行放缩，使三维坐标信息完全绘制在显示屏上，最终，得到缩放后的三维坐标信息， 然后将三维坐标信息转化为主视图、俯视图、左视图信息，输出至触摸屏模块； 内存模块为ARM核心处理器模块提供运算缓存； 触摸屏模块分为两种显示模式，分别为单管线信息显示、多管线信息显示； 单管线信息显示时，触摸屏模块对单一管线的主视图、俯视图、左视图信息进行显示， 并且，能够对视图进行操作，包括动态显示测量点坐标、任意两个测量点之间距离显示、视 图放大和视图抓屏保存，其中，显示地下管道里程信息、计算坐标点数、地下管道起点坐标 和地下管道终点坐标； 多管线信息显示时，图形预处理模块调用数据存储模块中存储信息，触摸屏模块对多 管线显示，并且，能够对视图进行操作，包括动态显示测量点坐标、任意两个测量点之间距 离显示和视图抓屏保存，其中，显示每条地下管道的里程信息。
2. 根据权利要求1所述的一种地下管道数据终端装置，所述的电源模块采用锂电池， 选用18650钴酸锂型2600mAh的日本三洋电芯，18650的定义法则为：电芯的直径为18mm， 长度为65mm，形状是圆柱体型；电源共使用四个电芯，按照两串两并形式组成，电源的性能 参数为 ：7.4V/5200mAh，体积长 X 宽 X 高=130mmX36mmX36mm。
3. 根据权利要求1所述的一种地下管道数据终端装置，所述的触摸屏模块还能实现绘 图保存以及绘图打印。
【文档编号】G06F3/041GK104156112SQ201410392160
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月11日 优先权日:2014年8月11日
【发明者】宋华, 葛昆山 申请人:北京航空航天大学