管道测绘设备以及管道测绘方法与流程

本发明涉及管道测量的技术领域，特别是涉及一种管道测绘设备以及管道测绘方法。

背景技术：

随着城市的发展，地下管道网络越来越复杂，管理和维护的难度也越来越大。管道可能因路径、埋深不明而被外力破坏打穿，因此需要对管道进行测绘工作。

传统的管道测绘方法一般时采用电磁感应探测仪、探地雷达声学探测或管线陀螺仪等设备，但电磁感应探测仪或探地雷达的测量深度和精度较差，且容易受环境干扰。而管道陀螺仪对管道内径尺寸和弯曲幅度有所要求，且成本较高，可以测量的管道范围比较有限。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种管道测绘设备以及管道测绘方法，可以保证管道测绘的深度和精度，并且适用于各种规格的管道。

一种管道测绘设备，包括：

储液装置，用于储存测试液体以产生液压；

穿管装置，用于进入管道，所述穿管装置与所述储液装置连接；

探测装置，通过所述穿管装置与所述储液装置连接，所述探测装置包括压力传感器与倾角传感器，所述压力传感器用于采集所述测试液体的液压数据，所述倾角传感器用于采集所述探测装置的倾角数据；

里程装置，用于获取所述探测装置进入管道的长度数据；

处理装置，分别与所述探测装置和所述里程装置通信连接，用于根据所述液压数据、所述倾角数据以及所述长度数据计算管道信息。

上述管道测绘设备通过压力传感器采集储液装置中液体的液压，从而计算出探测装置的深度坐标，又通过倾角传感器采集到的倾角结合探测装置进入管道的长度计算出探测装置在水平方向上的坐标，从而得到管道的平面图和断面图等信息，测量的深度和精度较高，且能适应各种规格管道的测绘工作。

在其中一个实施例中，所述穿管装置包括导液管，所述探测装置包括内壳体与外壳体，所述内壳体与所述外壳体之间为腔室；

其中，所述腔室与所述导液管连接，所述压力传感器设置在所述腔室中。

在其中一个实施例中，所述穿管装置还包括信号传输线和/或电源传输线，所述压力传感器与所述倾角传感器通过所述信号传输线和/或所述电源传输线与所述处理装置通信连接。

一种管道测绘方法，应用于上述的管道测绘设备对管道进行测绘中，包括：

通过穿管装置使探测装置进入管道；

根据预设的采样频率对所述探测装置所在位置进行采样，以获取每个采样点的液压数据、倾角数据以及长度数据；

根据所述液压数据、所述倾角数据以及所述长度数据计算所述探测装置的坐标数据；

根据所述坐标数据获取所述管道信息。

上述管道测绘方法通过压力传感器采集储液装置中液体的液压，从而计算出探测装置的深度坐标，又通过倾角传感器采集到的倾角结合探测装置进入管道的长度计算出探测装置在水平方向上的坐标，从而得到管道的平面图和断面图等信息，测量的深度和精度较高，且能适应各种规格管道的测绘工作。

在其中一个实施例中，在所述通过所述穿管装置使所述探测装置进入管道之前，所述方法还包括：

向储液装置中注满测试液体，并将所述测试液体与外界空气相连通；

静置所述储液装置直至所述测试液体中无气泡冒出。

在其中一个实施例中，在所述通过所述穿管装置使所述探测装置进入管道之前，所述方法还包括：

将探测装置设置在管道的管口位置，并将所述里程装置设置为初始读数。

在其中一个实施例中，所述根据所述液压数据、所述倾角数据以及所述长度数据计算所述探测装置的坐标数据包括：

根据所述液压数据计算所述探测装置在管道深度方向的坐标数据；

根据所述倾角数据以及所述长度数据计算所述探测装置在管道偏移方向和管道前进方向的坐标数据。

在其中一个实施例中，所述根据所述倾角数据以及所述进入管道的长度计算所述探测装置在管道偏移方向和管道前进方向的坐标数据包括：

在相邻采样点之间，基于所述探测装置进入管道的长度之差与所述探测装置在管道偏移方向的倾角之差的余弦值的乘积确定所述探测装置在管道偏移方向的坐标之差；

在相邻采样点之间，基于所述探测装置进入管道的长度之差与所述探测装置在管道前进方向的倾角之差的余弦值的乘积确定所述探测装置在管道前进方向的坐标之差。

在其中一个实施例中，所述根据所述坐标数据获取所述管道信息包括：

将每个采样点在三维坐标系中进行连线，以得到管道的平面走向图和/或埋深断面图。

在其中一个实施例中，所述管道测绘方法还包括：

显示所述平面走向图和/或所述埋深断面图。

附图说明

图1为一个实施例中管道测绘设备的模块示意图；

图2为一个实施例中管道测绘设备的结构示意图；

图3为一个实施例中探测装置与穿管装置的的结构示意图；

图4为一个实施例中管道测绘设备的应用示意图；

图5为一个实施例中管道测绘方法的流程示意图；

图6为另一个实施例中管道测绘方法的流程示意图；

图7为一个实施例中管道测绘方法中步骤s660的流程示意图；

图8为一个实施例中管道测绘方法中步骤s680的流程示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

图1为一个实施例中管道测绘设备的模块示意图，如图1所示，在一个实施例中，一种管道测绘设备100，包括：储液装置110，用于储存测试液体以产生液压；穿管装置130，用于进入管道，穿管装置130与储液装置110连接；探测装置150，通过穿管装置130与储液装置110连接，探测装置150包括压力传感器152与倾角传感器154，压力传感器152用于采集测试液体的液压数据，倾角传感器154用于采集探测装置150的倾角数据；里程装置170，用于获取探测装置150进入管道的长度数据；处理装置190，分别与探测装置150和里程装置170通信连接，用于根据液压数据、倾角数据以及长度数据计算管道信息。

在管道测绘设备100中，储液装置110用于储存测试液体，测试液体一般可以为纯净水，测试液体用于产生液压，便于探测装置110中的压力传感器进行采集从而计算管道深度。穿管装置130分别与储液装置110和探测装置150连接，穿管装置130可以为长杆等结构，一端连接有探测装置150进入地下管道，穿管装置130一般可以由橡胶等防水且具备韧性的材质制成，穿管装置130可为中空结构，内部设置有线缆或导管等供储液装置110和探测装置150进行连接。

穿管装置130将储液装置110与探测装置150相连通，探测装置150中可以设置有中空的腔室，压力传感器152可以设置于该腔室中，当储液装置110中的测试液体进入探测装置150的腔室中，压力传感器152便可以采集测试液体的压强。压力传感器152将采集到的压强数据发送给处理装置190，处理装置190根据采集到的压强数据即可计算出探测装置150距离储液装置110中测试液体液面的高度差，当储液装置110放置于地面时，该高度差减去测试液体液面距离地面的高度的结果即为探测装置150所处地下管道的深度。

里程装置170用于记录探测装置150进入管道的长度，里程装置170的种类具体可以根据穿管装置130和探测装置150的结构确定，例如里程装置170可以为位移传感器，可以检测探测装置150移动的距离；里程装置170也可以为一识别装置，通过识别穿管装置130上设置的长度标识，从而确定探测装置150进入管道的长度。里程装置170与处理装置190通信连接，里程装置170将获取的探测装置150进入管道的长度数据发送给处理装置190。

探测装置150中还设置有倾角传感器154，倾角传感器154可以设置于探测装置150独立的内部空间中，一般不与测试液体接触，倾角传感器154可以采集探测装置150在管道中移动时水平方向上的倾角数据。该倾角数据具体包括管道偏移方向和管道前进方向上的倾斜角度，倾角传感器154将采集到的倾角数据发送给处理装置190。处理装置190根据里程装置170获取的长度数据以及倾角传感器264采集的倾角数据，便可以计算探测装置150在管道偏移方向和管道前进方向上的位移距离，从而得到探测装置150在管道中的运动轨迹。并根据该运动轨迹得到地下管道的测绘信息，该测绘信息一般可以包括管道的平面走向图以及埋深断面图，其中平面走向图为管道在偏移方向和前进方向平面上的轨迹，埋深断面图为管道在前进方向和深度方向平面上的轨迹。

进一步地，在一个实施例中，上述压力传感器152为扩散硅芯体。管带测绘设备100的测量深度由探测装置150中的压力传感器性能决定，扩散硅芯体压力变送器为一种工业常用的压力传感器，具有较高的灵敏度、精度以及可靠性，适合于地下管道内恶劣环境的探测。在一个可选的实施例中，该扩散硅芯体压力变送器正常工作状态下可测量30mpa以上的压力，按1米水柱的压力为0.01mpa测算，可测量3000米深度范围内的地下管道，可以较好满足现有大深度地下管道的测绘要求。

上述管道测绘设备100通过压力传感器152采集储液装置110中液体的液压，从而计算出探测装置150的深度坐标，又通过倾角传感器154采集到的倾角结合探测装置150进入管道的长度计算出探测装置150在水平方向上的坐标，从而得到管道的平面图和断面图等信息，测量的深度和精度较高，且能适应各种规格管道的测绘工作。

图2为一个实施例中管道测绘设备的结构示意图，如图2所示，在一个实施例中，管道测绘设备200包括储液装置210、穿管装置230、探测装置250、里程装置270以及处理装置290，其分别可以与上述实施例中的相应结构相同。管道测绘设备200还可以包括支架220以及绕线架240，支架220用于支撑管道测绘设备200，绕线架240设置于支架220上，储液装置210可以为一水箱，储液装置210设置在绕线架240顶部，处理装置290设置在绕线架240中部位置。绕线架240上缠绕有穿管装置230，穿管装置230一端与探测装置250连接，一端为终端接头238。穿管装置2430为中空结构，内部可以设置有导液管232以及通信线路，在终端接头238处导液管232与通信线路相分离，导液管232连接至储液装置210，通信线路连接至处理装置290。

处理装置290可以兼具电源、数据处理器、终端控制器以及显示屏功能。通信线路中可以包括电源线以及数据线，处理装置290即可以从探测装置250以及里程装置270处接收数据进行处理，又可以为二者进行电源供应。处理装置290上还可以设置有按钮等控制部件以及显示器292，显示器292的种类可根据实际需求选择，具体可以为lcd、led以及oled等显示设备。处理装置290计算出探测装置250经过的管道路径后，可以在显示器292中实时显示该管道的路径信息，即被地下管道的平面走向图以及埋深断面图等，用户或操作人员还可以根据显示的管道信息通过处理装置290上的控制按钮等控制管道测绘设备200工作。

图3为一个实施例中探测装置与穿管装置的结构示意图，如图3所示，在一个实施例中，上述穿管装置包括导液管，探测装置包括内壳体257与外壳体255，内壳体257与外壳体255之间为腔室256；其中，腔室256与导液管232连接，压力传感器252设置在腔室256中。

具体地，探测装置250可以为一双层结构的探头，探测装置250包括内壳体257以及外壳体255，内壳体257与外壳体255之间形成腔室256，腔室256通过导液管232与储液装置210相连接，腔室256内填充有测试液体，压力传感器252设置在腔室256中，例如压力传感器252可以固定安装在内壳体257底部。倾角传感器254设置在内壳体257所形成的内部空间中，该空间与第一腔室256相互独立，一般不含有测试液体。在探测装置250中还可以包括线路板253，线路板253与压力传感器252以及倾角传感器254分别通信连接。探测装置250的探头体积可以控制得较为小巧，在一个可选的实施例中，探测装置250的外径不超过35mm，长度不超过150mm，可以较好的适应各种规格的地下管道。

进一步地，上述穿管装置230与探测装置250可以通过螺纹连接件240固定连接。穿管装置230与探测装置250之间采用螺纹口进行连接固定，以增强穿管装置230与探测装置250之间连接的牢固程度。在一个可选的实施例中，上述外壳体255和/或内壳体257为不锈钢材质，通过使用不锈钢材质的外壳体255与内壳体257，可以进一步提高探测装置250的耐压和耐腐蚀性，使得探测装置250可以在地下管道的环境中保持稳定的工作状态。

在穿管装置230中还可以设置有导气管234，导气管234用于使内壳体257中的空间与外界空气连通。导气管234一端与内壳体257连通，一段连接至外界，可以使内壳体257之中的空间保持正常气压，防止损坏其中的线路板263以及倾角传感器264等器件。导气管234还可以作为通信线缆的导管，将通信线缆设置在导气管234内，以实现探测装置260与处理装置280的通信连接。

在一个实施例中，上述穿管装置230还包括信号传输线和/或电源传输线，压力传感器252与倾角传感器254通过信号传输线和/或电源传输线与处理装置290通信连接。

具体地，穿管装置230中还可以设置有信号传输线和/或电源传输线作为通信线缆，通信线缆的数量和设置方式可以根据实际需求确定，可以分别设置信号传输线和电源传输线，也可以同根电缆实现信号电源复用。通信线缆可以设置在导气管234内，也可以独立于导液管232和导气管234设置。在一个可选的实施例中，通过两根电缆236实现信号和电源的复用传输，处理装置290通过电缆236接收压力传感器252以及倾角传感器254所采集的数据，并通过电缆236向压力传感器252和倾角传感器254进行供电。在另一个可选的实施例中，也可以将上述信号传输线设置为光纤。在穿管装置230中通过电缆进行供电，并再单独设置一根光纤来实现信号的传输，这可以保障信号不会因穿管装置230过长而发生衰减，影响测量精度。

图4为一个实施例中管道测绘设备的应用示意图，如图4所示，在一个实施例中，管道测绘设备300用于探测地下管道，地下管道包括管道入口420、管道主体440以及管道出口460。以下结合图4的实施例对管道测绘设备的工作过程进行介绍。图5为一个实施例中管道测绘方法的流程示意图，如图5所示，在一个实施例中，一种管道测绘方法，应用于上述的管道测绘设备对管道进行测绘中，包括：

步骤s520：通过穿管装置使探测装置进入管道。

步骤s540：根据预设的采样频率对探测装置所在位置进行采样，以获取每个采样点的液压数据、倾角数据以及长度数据。

步骤s560：根据液压数据、倾角数据以及长度数据计算探测装置的坐标数据。

步骤s580：根据坐标数据获取所述管道信息。

具体地，在利用管道测绘设备300对地下管道进行测绘时间，首先将探测装置350放置在管道入口420，开启处理装置390。此位置即为探测装置350的初始位置，可以对管道测绘设备300的读数进行归零等处理。然后设置探测装置350的数据采样频率，例如可以设置为探测装置350进入管道每1厘米，即采集一次探测装置350中的液压数据和倾角数据，以及里程装置370获取的长度数据。通过穿管装置330将探测装置350送入管道主体440中，根据预设的采样频率，在每个采样点获取上述液压数据、倾角数据以及长度数据。

在每个采样点位置，可以根据压力传感器的液压数据计算得到该采样点距离储液装置310中液面高度的距离，从而获取该采样点的管道深度数据，即该采样点在管道深度方向上的坐标。而根据里程装置370的长度数据以及倾角传感器的倾角数据，可以计算得到该采样点探测装置350在水平方向上的路径数据，即该采样点在管道前进方向和管道偏移方向的坐标。从而得到了探测装置每个采样点的三维空间坐标，将每个采样点在三维坐标系中进行连线，即可得到检测装置350的实时路径，从而得到该地下管道的平面走向图和埋深断面图等管道信息。

上述管道测绘方法，通过压力传感器采集储液装置中液体的液压，从而计算出探测装置的深度坐标，又通过倾角传感器采集到的倾角结合探测装置进入管道的长度计算出探测装置在水平方向上的坐标，从而得到管道的平面图和断面图等信息，测量的深度和精度较高，且能适应各种规格管道的测绘工作。

图6为另一个实施例中管道测绘方法的流程示意图，如图4所示，其中步骤s620、s640、s660以及s680可以与以上实施例中的相应步骤分别相同，在步骤s620之前，该实施例的管道测绘方法还可以包括：

步骤s612：向储液装置中注满测试液体，并将测试液体与外界空气相连通。

步骤s614：静置储液装置直至测试液体中无气泡冒出。

具体的，在对地下管道进行测绘时，首先将管道测绘设备300设置在地下管道的管道入口420附近的预设位置处，并将储液装置310内装满纯净水等测试液体，同时将储液装置310内的测试液体与外界空气相连通，将储液装置320静置直到不再有气泡冒出为止，这样可以确保穿管装置330的导液管以及探测装置350的腔室中全部充满测试液体，从而避免起泡对压力传感器采集数据造成干扰，使得采集得到的液压数据更加准确，处理装置计算得到的采样点深度坐标也就更加准确，提高了测绘精度。

在一个实施例中，在步骤s620之前，上述方法还可以包括：

步骤s616：将探测装置设置在管道的管口位置，并将里程装置设置为初始读数。

具体地，在令探测装置360进入管道入口420前，可以先对管道测绘设备300的各项读数进行初始化。例如具体可以将管道入口420处设置为零点坐标，将探测装置360位于该坐标时里程装置370的读数设为0，将探测装置350测得的深度数据设置为已减去储液装置310内当前液面到地面高度后的读数。从而可以简化测绘过程开始后的读数工作，使得测量结果更加直观。

图7为一个实施例中管道测绘方法中步骤s660的流程示意图，如图7所示，在一个实施例中，步骤s660包括：

步骤s662：根据液压数据计算探测装置在管道深度方向的坐标数据；

步骤s664：根据倾角数据以及长度数据计算探测装置在管道偏移方向和管道前进方向的坐标数据。

具体的，对于采样点管道深度方向的坐标，可以根据压力传感器采集的压力数据，除以每米测试液体的压例数据，以得到探测装置350距离测试液体液面的高度。例如当测试液体为水时，通常按照每米水柱的压力为0.01mpa进行计算。而对于采样点水平方向上的坐标，可以计算每个采样点距离上个采样点在管道偏移方向和管道前进方向的倾角变化，结合该采样点距离上个采样点进入管道长度的变化，即可计算出每个采样点相对上个采样点在管道偏移方向和管道前进方向上的位移量。从而在管道入口处的零点坐标的基础上，即可获得每个采样点在在管道偏移方向和管道前进方向上的具体坐标。将同一采样点在管道深度方向、管道偏移方向以及管道前进方向上的坐标进行结合，即可在三维空间坐标系统确定每个采样点。

进一步地，在一个实施例中，上述步骤s664具体可以包括：

在相邻采样点之间，基于探测装置进入管道的长度之差与探测装置在管道偏移方向的倾角之差的余弦值的乘积确定探测装置在管道偏移方向的坐标之差；

在相邻采样点之间，基于探测装置进入管道的长度之差与探测装置在管道前进方向的倾角之差的余弦值的乘积确定探测装置在管道前进方向的坐标之差。

具体的，可以以管道入口420为原点建立三维空间坐标系，将管道偏移方向设为x轴，将管道前进方向设为y轴，以及将管道深度方向设置为z轴。在相邻的采样点之间，记录探测装置350进入管道的长度变化为δl，δl一般为预设的采样长度；记录探测装置350在管道偏移方向上的角度变化为δα，记录探测装置350在管道前进方向上的角度变化为δβ。从而可以计算得到在相邻采样点之间探测装置350在管道偏移方向的坐标之差δlx＝δlcosδα；在相邻采样点之间探测装置350在管道前进方向的坐标之差δly＝δlcosδβ。从而可知，当采样长度δl时，该采样点的三维坐标数据为(lxi＝lx(i-1)+δlx、lyi＝ly(i-1)+δly、lzi)。基于管道入口420处的零点坐标以及预设的采样长度，可以确定每个采样点将每个采样点在管道偏移方向和管道前进方向上的具体坐标。

图8为一个实施例中管道测绘方法中步骤s680的流程示意图，如图8所示，在一个实施例中，步骤s680包括：

步骤s682：将每个采样点在三维坐标系中进行连线，以得到管道的平面走向图和/或埋深断面图。

具体的，测绘所需得到的管道信息一般可以包括管道的平面走向图以及埋深断面图，其中平面走向图为管道在偏移方向和前进方向平面上的轨迹，埋深断面图为管道在前进方向和深度方向平面上的轨迹。在获得检测装置350在每个采样点的三维空间坐标后，即可将这些坐标点依次连接以得到检测装置350的运动轨迹，从而得到地下管道在管道偏移方向和前进方向平面上的平面走向图，以及在管道前进方向和深度方向平面上埋深断面图迹。

进一步地，在一个实施例中，上述方法还包括：

步骤s684；显示平面走向图和/或埋深断面图。

具体的，在经过处理装置390的处理得到地下管道的平面走向图以及埋深断面图之后，处理装置390还可以控制显示这些图像信息。处理装置390可以在自身集成的显示器上进行显示，也可以将图像数据发送至其他显示设备上进行显示，显示设备的种类可以根据实际需求确定。对用户或操作人员实时显示所测绘地下管道的路径信息，可以方便用户或操作人员进行记录或对检测装置350进行实时控制。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。