本发明涉及管线探测技术领域，特别涉及一种地下管线集成反演探测一体机。
背景技术：
随着目前内、外业一体化探测技术的成熟，城市地下管线探测数字化时代慢步到来。目前管线探测一体化流程简单概括为：多方法探测→管网信息数据库建立→一体化自动成图。探测手段采用物探原理，常规方法有：电磁感应法、地质雷达、瞬态瑞雷面波法、地震映像法、高密度电法、高精度磁测法等。电磁感应法与地质雷达法属于普遍而使用性强的方法，市场上所对应的设备有管线探测仪、探地雷达等，针对地下金属与非金属管线而研发，
由于管线探测一体化流程中各个设备都是是独立工作的，使得内、外业一体化探测技术因整体设备内部功能的不完整性因素(如：无法完成现场成图，管线深度、地理坐标不够精确，无法同时实现对金属与非金属探测等)，导致复杂的管线往往难以探测或未能探测；此外，因公司内外业分离脱节，很多工程作业时频繁地选择人工操作，出现工作效率普遍低下等负面现象。针对上述问题，结合该领域在城市里的庞大需求量，城市地下管线探测在技术和设备上的不断改进和完善是当前重大任务之一。
技术实现要素：
本发明的目的是提供了一种从管线数据采集至图像显示的地下管线集成反演探测一体机，能够在复杂条件下，在任意点上，同时实现对金属与非金属的探测，提高探测效率与探测精度，实现勘测→测量→成图的内、外一体化。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种地下管线集成反演探测一体机，所述地下管线集成反演探测一体机包括雷达机构、管线仪机构、推车、rtk天线、测距器以及终端显示处理器；所述雷达机构包括发射天线和接收天线；所述管线仪机构包括一个上管线天线和两个下管线天线；所述推车包括车身、车轮、推车扶手以及天线扶杆；所述车身包括前进端和推车端；所述推车扶手包括固定端和扶手端；所述推车扶手的固定端位于靠近所述车身的前进端的位置；所述天线扶杆固定在所述车身的中心；所述车轮位于所述车身的两侧；所述测距器设置在前车轮的内侧，且位于所述车身的上部位置；
所述雷达机构，用于获取地下非金属管线信息；
所述管线仪机构，用于获取地下金属管线信息；
所述发射天线、所述接收天线均设置在所述车身的底面，且所述接收天线设置在所述车身的推车端，所述发射天线设置在所述车身的前进端；
所述上管线天线设置在所述天线扶杆的中端，两个所述下管线天线均设置在所述车身的同一侧，且所述上管线天线和所述下管线天线围成一个垂直与所述车身的直角三角形；
所述测距器用于计算车轮行驶的距离；
所述rtk天线固定在所述天线扶杆的顶端；
所述终端显示处理器固定在所述推车扶手的扶手端；所述终端显示处理器，与所述雷达机构、所述管线仪机构均连接，用于对获取的所述地下非金属管线信息和所述地下金属管线信息进行处理，并根据处理后的信息绘制二维或者三维的地下管线走向图。
可选的，所述上管线天线和所述下管线天线均为三条互相垂直的线圈组成的球形天线，且三个所述球形天线的球心连接形成直角三角形；其中，所述直接三角形垂直固定在所述车身上；两个所述下管线天线的走向均朝正前方。
可选的，所述车身包括车底座、车轴、车底板；所述车底座、所述推车扶手、所述车轴的个数均两个，分别为第一车底座、第二车底座、所述第一推车扶手、所述第二推车扶手、第一车轴以及第二车轴；
在所述第一车底座、所述第二车底座的前进端上搭建固定所述第一车轴，在所述第一车底座、第二车底座的推车端上搭建固定所述第二车轴，使所述第一车底座、所述第二车底座、所述第一车轴、所述第二车轴围成一个矩形；所述车底板固定在所述矩形上；所述车轮的中心穿过所述车轴，固定在所述车底座的一侧；所述天线扶杆固定在所述车底板的中心位置。
可选的，所述推车还包括扶手支撑座、旋转轴以及固定棒；所述扶手支撑座的个数为两个，分别为第一扶手支撑座、第二扶手支撑座；所述旋转轴的个数为三个，分别为第一旋转轴、第二旋转轴以及第三旋转轴；所述固定棒的个数为四个，分别为第一固定棒、第二固定棒、第三固定棒以及第四固定棒；所述第一旋转轴固定在所述第一推车扶手上，所述第二旋转轴固定在所述第二推车扶手上，且所述第一旋转轴与所述第一推车扶手的固定端的距离与所述第二旋转轴与所述第二推车扶手的固定端的距离相等；所述第三旋转轴固定在所述天线扶杆上，且位于所述上管线天线与所述车底板之间；
所述第一扶手支撑座、所述第二扶手支撑座的一端均固定在所述车底板上；所述第一扶手支撑座的另一端与所述第一旋转轴连接；所述第二扶手支撑座的另一端与所述第二旋转轴连接；
所述第一固定棒、所述第二固定棒、所述第三固定棒以及所述第四固定棒的一端均与所述第三旋转轴连接；所述第一固定棒和所述第二固定棒的另一端固定在所述第一推车扶手上；所述第三固定棒和所述第四固定棒的另一端固定在所述第二推车扶手上。
可选的，所述第一扶手支撑座的结构与所述第二扶手支撑座结构相同，且第一扶手支撑座和所述第二扶手支撑座均用于支撑所述推车扶手，并使所述推车扶手翘起，远离所述车底板；所述第一扶手支撑座和所述第二扶手支撑座均包括一个第四旋转轴以及通过所述第四旋转轴相连的第五固定棒和第六固定棒；
其中，所述第一扶手支撑座的第五固定棒的一端固定在所述车底板上；所述第一扶手支撑座的第五固定棒的另一端通过所述第一扶手支撑座的所述第四旋转轴与所述第一扶手支撑座的第六固定棒的一端连接；所述第一扶手支撑座的第六固定棒的另一端固定在所述第一推车扶手上；
所述第二扶手支撑座的第五固定棒的一端固定在所述车底板上；所述第二扶手支撑座的第五固定棒的另一端通过所述第二扶手支撑座的所述第四旋转轴与所述第二扶手支撑座的第六固定棒的一端连接；所述第二扶手支撑座的第六固定棒的另一端固定在所述第二推车扶手上。
可选的，所述发射天线设置在所述第一车轴的底部，且与所述第一车轴平行；所述接收天线设置在所述第二车轴的底部，且与所述第二车轴平行；所述发射天线离所述车身的中部的距离与所述接收天线离所述车身的中部的距离相等。
可选的，所述地下管线集成反演探测一体机还包括采集器；所述采集器设置在靠近所述车底板的前进端的位置处，且所述采集器与所述推车的车头的间距为所述车底板的长的五分之一；所述采集器用于采集信息；所述信息包括所述地下非金属管线信息和所述地下金属管线信息。
可选的，所述地下管线集成反演探测一体机还包括固定夹；所述固定夹用于固定所述终端显示处理器；所述固定夹设置在靠近所述推车扶手的扶手端位置处，且固定在所述第一推车扶手和所述第一推车扶手之间，并与所述推车扶手垂直。
可选的，所述地下管线集成反演探测一体机还包括输电设备和无线设备；所述输电设备和所述无线设备均设置在所述车身上；所述无线设备用于将所述采集器采集的信息发送至所述终端显示处理器。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种地下管线集成反演探测一体机，该一体机包括由发射天线和接收天线组成的雷达机构、由一个上管线天线和两个下管线天线组成的管线仪机构、由车身、车轮、推车扶手以及天线扶杆组成的推车、rtk天线以及终端显示处理器；推车扶手的固定端位于靠近车身的前进端的位置；天线扶杆固定在车身的中心；车轮位于车身的两侧；雷达机构用于获取地下非金属管线信息；管线仪机构用于获取地下金属管线信息；发射天线、接收天线均设置在车身的底面，且发射天线设置在车身的推车端，接收天线设置在车身的前进端；上管线天线设置在天线扶杆的中端，两个下管线天线均设置在车身的同一侧，且上管线天线和下管线天线围成一个垂直与车身的直角三角形；rtk天线固定在天线扶杆的顶端；终端显示处理器固定在推车扶手的扶手端；终端显示处理，与雷达机构、管线仪机构均连接，用于对获取的地下非金属管线信息和地下金属管线信息进行处理，并根据处理后的信息绘制二维或者三维的地下管线走向图。本发明通过雷达机构获取地下非金属管线信息，通过管线仪机构获取地下金属管线信息，实现在复杂情况下，在任意点上，同时对金属与非金属的探测，提高探测效率与探测精度；通过将终端显示处理器固定在推车扶手的扶手端，实现勘测→测量→成图的内、外一体化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例地下管线集成反演探测一体机的侧视图；
图2为本发明实施例地下管线集成反演探测一体机的前视图；
图3为本发明实施例地下管线集成反演探测一体机的俯视图；
图4为本发明实施例地下管线集成反演探测一体机中的推车的侧视图；
图5为本发明实施例地下管线集成反演探测一体机中的推车的前视图；
图6为本发明实施例地下管线集成反演探测一体机中的推车的俯视图；
图7为本发明实施例地下管线集成反演探测一体机中的雷达机构的前视图；
图8为本发明实施例地下管线集成反演探测一体机中的雷达机构的侧视图；
图9为本发明实施例地下管线集成反演探测一体机中的雷达机构的俯视图；
图10为本发明实施例地下管线集成反演探测一体机中的管线仪机构的前视图；
图11为本发明实施例地下管线集成反演探测一体机中的管线仪机构的侧视图；
图12为本发明实施例地下管线集成反演探测一体机中的管线仪机构的俯视图；
图13为本发明球形天线坐标示意图；
图14为本发明实施例地下管线集成反演探测一体机的工作示意图；
图15为本发明水平测距原理图；
图16为本发明管线埋深计算原理图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
在目前管线探测市场，因设备内部功能的不完整性因素(如：无法完成现场成图，管线深度、地理坐标不够精确等)，很多工程作业时频繁地选择人工操作和单功能设备，导致复杂的管线往往难以探测或未能探测；此外，因公司内外业分离脱节，出现工作效率普遍低下等负面现象。为填补市场上常规探测设备的缺陷，如：单一性探测、脱离式作业、数据人工输入等问题，本发明的目的是提供了一种从管线数据采集至图像显示的地下管线集成反演探测一体机，对金属与非金属均能同时进行探测，且能将探测数据自动记录并传输至处理器，经处理器内部反演软件可现场显示二维或三维图像，此次一体机在作业过程中更为便捷、可行、高效，提高探测效率与探测精度，实现勘测→测量→成图的内、外一体化。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例地下管线集成反演探测一体机的侧视图；图2为本发明实施例地下管线集成反演探测一体机的前视图；图3为本发明实施例地下管线集成反演探测一体机的俯视图；图4为本发明实施例地下管线集成反演探测一体机中的推车的侧视图；图5为本发明实施例地下管线集成反演探测一体机中的推车的前视图；图6为本发明实施例地下管线集成反演探测一体机中的推车的俯视图。如图1-6所示，rtk天线1、天线扶杆2、上管线天线3、测距器4、接收天线5、车轮6、采集器7、下管线天线8、输电设备9、发射天线10、车轴11、推车扶手12、终端显示处理器13、固定夹14、扶手支撑座15、固定棒16、车底板17、车底座18。
如图1-6所示，本发明实施例提供的地下管线集成反演探测一体机主要包括：雷达机构、管线仪机构、推车、rtk天线1、测距器4、采集器7(或者信息处理器)、输电设备9、终端显示处理器13、固定夹14。所述雷达机构，用于获取地下非金属管线信息；所述管线仪机构，用于获取地下金属管线信息；所述雷达机构包括接收天线5和发射天线10；所述管线仪机构包括一个上管线天线3和两个下管线天线8；所述述终端显示处理器13，与所述雷达机构、所述管线仪机构均连接，用于对获取的所述地下非金属管线信息和所述地下金属管线信息进行处理，并根据处理后的信息绘制二维或者三维的地下管线走向图。
所述推车包括由车轴11、车底板17以及车底座18组成的车身、四个车轮6、两个推车扶手12、两个扶手支撑座15、多个旋转轴、多个固定棒16以及天线扶杆2。所述车身包括前进端和推车端；所述推车扶手12包括固定端和扶手端。
所述车底座18、所述推车扶手12、所述车轴11的个数均为两个，分别为第一车底座、第二车底座、第一推车扶手、第二推车扶手、第一车轴以及第二车轴。在所述第一车底座、所述第二车底座的前进端上搭建固定所述第一车轴，在所述第一车底座、第二车底座的推车端上搭建固定所述第二车轴，使所述第一车底座、所述第二车底座、所述第一车轴、所述第二车轴围成一个矩形；所述车底板17固定在所述矩形上。所述车底座18用于作为车身底部固定平衡杠杆。
每个所述车轮6的中心穿过所述车轴11，且固定在所述车底座18的一侧；所述天线扶杆2固定在所述车底板17的中心位置，即车身的中心位置。
所述推车扶手12(即第一推车扶手和第二推车扶手)的固定端位于靠近所述车身(车底板18)的前进端的位置。
所述固定棒16的个数为多个，分别为第一固定棒、第二固定棒、第三固定棒以及第四固定棒；所述旋转轴的个数为多个，分别为第一旋转轴、第二旋转轴、第三旋转轴；所述扶手支撑座15的个数为两个，分别为第一扶手支撑座、第二扶手支撑座，且所述第一扶手支撑座的结构与所述第二扶手支撑座结构相同，所述第一扶手支撑座和所述第二扶手支撑座均包括一个第四旋转轴以及通过所述第四旋转轴相连的第五固定棒和第六固定棒。
第一扶手支撑座和所述第二扶手支撑座均用于支撑所述推车扶手12，并使所述推车扶手12翘起，远离所述车底板17。所述扶手支撑座15还用于固定输电设备9。
所述第一旋转轴固定所述第一推车扶手上，所述第二旋转轴固定所述第二推车扶手上，且所述第一旋转轴与所述第一推车扶手的固定端的距离与所述第二旋转轴与所述第二推车扶手的固定端的距离相等；所述第三旋转轴固定在所述天线扶杆2上，且在所述上管线天线3与所述车底板17之间。
所述第一固定棒、所述第二固定棒、所述第三固定棒以及所述第四固定棒的一端均与所述第三旋转轴连接；所述第一固定棒和所述第二固定棒的另一端固定在所述第一推车扶手上；所述第三固定棒和所述第四固定棒的另一端固定在所述第二推车扶手上。
所述第一扶手支撑座、所述第二扶手支撑座的一端均固定在所述车底板17上；所述第一扶手支撑座的另一端与所述第一旋转轴连接；所述第二扶手支撑座的另一端与所述第二旋转轴连接；
其中，所述第一扶手支撑座的第五固定棒的一端固定在所述车底板17上；所述第一扶手支撑座的第五固定棒的另一端通过所述第一扶手支撑座的所述第四旋转轴与所述第一扶手支撑座的第六固定棒的一端连接；所述第一扶手支撑座的第六固定棒的另一端固定在所述第一推车扶手上；所述第二扶手支撑座的第五固定棒的一端固定在所述车底板17上；所述第二扶手支撑座的第五固定棒的另一端通过所述第二扶手支撑座的所述第四旋转轴与所述第二扶手支撑座的第六固定棒的一端连接；所述第二扶手支撑座的第六固定棒的另一端固定在所述第二推车扶手上。
所述rtk天线1固定在所述天线扶杆2的顶端；所述rtk天线1用于锁定测量点坐标。
所述终端显示处理器13固定在所述推车扶手12的扶手端。
所述采集器7设置在靠近所述车底板17的前进端的位置处，且所述采集器7与所述推车的车头的间距为所述车底板17的长的五分之一；所述采集器7用于采集信息；所述信息包括所述地下非金属管线信息和所述地下金属管线信息。
所述测距器4设置在任一所述车轮6上；所述测距器4用于根据所述车轮6的旋转次数确定测量距离，即车轮行驶的距离；该测量距离包括测量过程中的总距离或局部距离；优选的，该测距器4设置设置在前车轮的内侧，且位于所述车身的上部位置。
所述固定夹14用于固定所述终端显示处理器13；所述固定夹14固定在靠近所述推车扶手12的扶手端上，且与所述推车扶手12垂直，便于操作且视觉效果好。
所述输电设备9和所述无线设备均设置在所述车身，具体为所述输电设备9和所述无线设备均设置在车底板17上，且靠近推车端上上；所述无线设备用于将所述采集器7采集的信息发送至所述终端显示处理器13。
雷达结构如图7-9所示，该雷达机构的核心装置由发射天线10、接收天线5和采集器7三部分组成。雷达结构组装过程中，为降低外界因素干扰，所述发射天线10、所述接收天线5均设置在所述车身的底面，且所述接收天5线设置在所述车身的推车端，所述发射天线10设置在所述车身的前进端。具体为：所述发射天线10设置在所述第一车轴的底部，且与所述第一车轴平行；所述接收天线5设置在所述第二车轴的底部，且与所述第二车轴平行；所述发射天线10离所述车身(车底板17)的中部的距离与所述接收天线5离所述车身(车底板17)的中部的距离相等。位于前部的发射天线10激发的超高频电磁波传送至地下不同介质间界面发生反射，经过接收天线5接收信号，输送至采集器7，通过wifi或者蓝牙等无线设备输送至终端显示处理器13，能人为简单的实地操作。
管线仪机构如图10-12所示，该机构的核心装置由上管线天线3、两个下管线天线8、采集器7等组成，其中，所述上管线天线8设置在所述天线扶杆2的中端，两个所述下管线天线8均设置在所述车身的同一侧，且所述上管线天线3和所述下管线天线8围成一个垂直与所述车身的直角三角形。所述天线扶杆2用于固定上管线天线3和下管线天线8。所述上管线天线3和下管线天线3均为三条互相垂直的线圈组成的球形天线(如图13所示)，且三个所述球形天线的球心连接形成直角三角形；其中，所述直接三角形垂直固定在所述车身上，即与地面垂直，此外，最好确保两下管线天线8的走向朝正前方。所述采集器7位于所述直角三角形内。
图14为本发明实施例地下管线集成反演探测一体机的工作示意图，如图14所示，地下管线集成反演探测一体机的技术研发的基本思路是综合运用雷达扫描、电磁感应等原理，对于同一管线探测，将双方数据与图像建立起相应的关系，现场达成两者物探方法的综合解释，而且相互佐证。在复杂情况下，通过输电设备9启动地下管线集成反演探测一体机，rkt天线1锁定探测坐标，雷达机构地底扫描，管线仪机构金属管线探测，在同一采集器7(信息处理器)的作用下收集、整理数据，后续通过wifi等无线设备途径传输送至终端显示处理器13，探测结果明确管线类型、埋深、走向与平面坐标，生成二维或三维图像显示，具有直观、明确、高效等特点。
若输电设备9对金属管道或电缆等输送交变电流，球形天线能探测到各个方位的磁场，且将磁场三方位还原，确定磁场在分量上的强度dex、dey、dez，经空间向量转化
在磁场三分量还原的基础上，通过地下管线集成反演探测一体机在管线上方三种(左、中、右)不同情况下进行探测，计算结果对比、推测发现，管线的埋深及水平距离与磁场的方向有关，此处α的取值为带矢量的值或选取为磁场所在的坐标相系来表示α的取值。(注明：磁场方向指向地面为+，磁场方向指向地下为-)；根据勾股定理推导出，任意点对管线探测，可知：
水平距离：x＝δh/(cotα3-cotα1)(1)；其计算推导过程如图15所示，x＝h/tan(90-α1)，x＝h1/tan(90-α3)，δh＝h1-h。
则根据以上计算式推测出水平距离为：x＝δh/(cotα3-cotα1)。
垂直距离：h＝δx/(tanα1-tanα2)(2)；其计算推导过程如图16所示，x1＝h*tanα1，x2＝h*tanα2，δx＝x1-x2。
则根据以上计算式推测出垂直距离为：h＝δx/(tanα1-tanα2)。
真实距离：
其中，α1、α2、α3均为测量矢量值，△x，△h均为确定值，△x为水平管线天线间距离，△h为垂直管线天线间距离。
现有技术中管线探测仪与地质雷达普遍存在以下局限性：1)管线探测仪只能探测连续长导体，且前提条件是与大地构成回路；2)管线探测仪抗干扰性能差，多金属管道并存时，影响探测效果；3)地质雷达在介质差异明显条件下，才能辨别目标物，条件较苛刻；4)地质雷达分辨率有限，即使探测“大管径”，对于埋深因受介质介电常数的影响，其结果不够精确。
而本发明提供的地下管线集成反演探测一体机克服上述局限性，具有如下优点：
第一，在复杂情况下，在任意点上，能同时实现对金属与非金属的探测。
第二、自动记录剖面数据。
第三、通过各种相关专用软件、仪器和特定技术，解决复杂条件下的地下管线探测，现实坐标测量和深度定量，最终达到勘探→测量→成图内、外业一体化。
第四，同一时间内，两种技术相互佐证，降低目标管线探测的不可确定性，提高其真实性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。