CN108254792B - 评估设施线路的信息的检测系统、方法和介质 - Google Patents

Abstract

地下设施线路检测。本发明涉及一种移动检测装置(1)，该移动检测装置用于评估一个或更多个被遮蔽的设施线路(10)的位置信息(13a、13b、13c)。装置包括具有用于交变磁场(B_b、B_t)的检测线圈(4)的至少两个磁检测器单元(2t、2b)。装置处的电子信号评估单元(6)根据来自检测器单元(2t、2b)的电信号的差异得到设施线路(10)的位置信息(13a、13b、13c)。频谱分析单元(40)得到检测到的信号的频谱特征(41)，并且创建到服务器(44)的数据链路，在服务器处，通过将频谱特征(41)与已知设施线路(10)的特征的数据库(46)进行比较来得到一个或更多个设施线路(10)的类型或种类的识别。

Description

评估设施线路的信息的检测系统、方法和介质

技术领域

本发明总体上涉及移动检测装置并且涉及检测地下设施线路(undergroundutility line)的方法。

背景技术

施工现场常见的任务是在运土之前或在运土时使用用于检测地下设施线路、结构或供给设施的装置。这种设施线路经常以用于供给电力、气体、燃料、水、废水或通信数据等的供给设施的形式出现。虽然这些设施线路中的大多数的位置从测绘员的平面图已知或至少应从该平面图已知，但设施线路的位置可能具有不确定性或可能存在另外未提及的设施线路。存在大范围的用于取得这种测绘员的平面图的源(例如，多个不同的供应公司)的问题，各供应公司可能以专有数据格式来编译它们自己的数据。地下设施线路还经常被简单地忽略或错误地评估。在挖掘沟渠或区域时避免对地下设施线路的损坏是重要的任务。对设施线路的损坏可能引起严重的影响和成本。因此，采取措施或者甚至是法定措施来检测地下设施管线，优选评估这种地下布线、导管或管道的设施位置和/或设施的深度。用于该目的的装置被称为线缆检测工具或线缆避开工具(还被称为CAT)。这种检测装置大多数被具体实施为可移动的，优选地，被设计并构建为工人随身携带的手持装置。在特殊的可移动实施方式中，这种检测装置还可以安装在挖掘机的铲斗处并随着铲斗移动。

定位地下设施线路的传统方式是检测由设施线路自己发出的电磁场。为了这样做，设施线路需要具有自然发生的电信号，该电信号发射可在地面上检测的电磁场(诸如，例如，带电电源线)。电力线通常提供具有例如50Hz或60Hz的基本频率的电流，而且基本频率的谐波(特别是零序谐波)可以用于检测目的。对于像通信线路等的其他供给设施，还存在由这种装置评估的其他特定频带。例如EP 2 362 241中描述了这种装置的实施方式。为了在没有自然发生的信号的情况下检测其他类型的设施线路(例如，已关掉路灯的布线系统、不用或低压通信线缆、气体或水管道等)，这些设施线路例如可以直接连接到信号发生器(例如，US 4,438,401)，或者AC电流可以经由土壤传导到这些设施线路(例如，EP 9 166139或EP 2 645 133)。在中空管道(像气体或水管道)中，可以引入导体或发送探测器(例如，US 5,194,812)。

检测本身可以通过跨可疑区域移动检测装置(例如，通过步行和/或左右摆动装置)来进行。然后可以标记最强(或根据设置还可以为最弱)的信号出现的位置。可以根据在装置中间隔开已知距离的两个检测器处的所检测信号的差异来确定深度值。通过在装置中使用多于两个检测线圈，如果检测器被很好地校准，则可以得到另外的位置信息。因此，上类装置各包括至少两组多个检测线圈。例如，US 8,248,056示出了一种检测装置，该检测装置具有一对隔开的3D磁传感器阵列和一对中间的传感器，以便根据来自设施线路的所拾取场的张量计算检测进行检测。

US 2005/156,600示出了全向探测器和线路定位器，该全向探头和线路定位器具有传感器阵列，该传感器阵列包括共享公共中心点的三个互相正交的天线。为了能够创建这种检测，提到了线圈相对于同一阵列的另两个线圈校准，这通过将系统放置在因此专用的校准弧形中的管状螺旋管场内来进行。US 8,635,043或EP 1 843 177描述了这种工厂校准装备，其中，可以在工厂或实验室设备中确定各线缆检测装置的独立微调。

在US 7,733,077中，示出了具有铰接式天线节点构造的便携式定位器，该便携式定位器包括多组正交布置的天线。为了找到并映射所埋设的物体，便携式定位器使用多普勒(Doppler)雷达和GPS导航。便携式定位器使用由大亥姆霍兹(Helmholtz)线圈进行的校准，该亥姆霍兹线圈被设置为专用有效校准线圈，因此，建议具有在特定良好限定的构造中的多个小线圈的有限元件计算或特殊计算框架设置。EP 3 002614(同此通过引证的方式并入)还考虑CAT工具校准。

检测结果然后可以优选地由示出了所检测的设施线路及其各自的深度的2D地图式计算机生成的图形以图形形式呈献给操作员。

通常的实践是紧密接近地大致并排地对多个不同设施线路掘沟。从而，特定设施的位置和识别可能变得复杂。另外，可能存在许多不确定性或影响。因为另一个操作员根据他的技术而使用不同的方法、策略以及检测模式，所以他可能实现其他检测结果。

因此，目的是改进地下设施检测装置，特别是提高其设施定位能力的精度和/或可靠性。避免忽略某一埋设的设施也是重要的目的。在此还优选的是实现超过现有技术功率或无线电模式区别的特定设施的识别。

发明内容

特定目的是提高检测装置的地理位置精度。在此，提高相对于周围地标和/或设施交叉点、设施末端等地理地定位设施的能力是另一个目的。特定目的在此可以是提供给操作员由最新的元数据补充的地图视图。

生成或更新设施平面图和设施数据库可以是另一个目的，特别是提供用于供给具有对于检测目的是有利的特定真实世界信息的特定集中设施位置数据库的装置和方法。

目的是提供给用于所埋设设施线路的多轴检测装置，该多轴检测装置被构建为自校准，而无需外部设备或特殊设置。

根据本发明，这些目的通过提供具有提高校准能力的装置(特别是通过提供被构建为利用设施识别和地理参考能力和GIS数据交互实现场校准多维位置的装置)来解决。

因此，本发明涉及一种移动检测装置，该移动检测装置用于根据在一个或更多个被遮蔽(occlude)的设施线路处放射的交变磁场来评估从装置到设施线路的位置信息。例如，在施工现场的地下被遮蔽的一个或更多个设施线路的位置。

装置在此至少包括相对于彼此以限定间隔设置的顶部磁检测器单元和底部磁检测器单元。这些磁检测器单元包括检测线圈，所述检测线圈根据由它们拾取的交变磁场(特别是根据在设施线路处放射的所拾取的交变磁场)来提供电检测信号。还可以存在用于电检测信号的信号调节单元，该信号调节单元包括宽带电流感测放大器。例如，这可以由连接到低绕组计数检测线圈(例如，具有低于一万、一千或更少绕组)的跨阻抗放大器(TIA)来具体实施，该TIA被构建为提供具有许多kHz的频率范围(优选地为具有从大约市电频率(mains frequency)开始且一直到数十或数百kHz的范围的带宽)的电检测信号。信号调节单元还可以包括频率滤波和模数转换器。检测线圈的绕组各围绕敏感区域，并且可以为具有相比较之下远远低于所围绕区域的外部尺寸的高度的任意形状(例如，圆的、圆形的、矩形的以及优选地为大致平坦的)。

装置还包括频谱分析单元，该频谱分析单元被构建为得到来自检测器单元中的至少一个的电检测信号的频谱特征(spectral signature)。这不仅仅是简单的高通、低通或带通滤波器，而是频谱频率分布轮廓(spectral frequency distribution profile)(例如，在宽频率范围内大致连续或准连续模式)。

装置还设置有通信接口，该通信接口被构建为创建到服务器的数据链路，在该服务器处，匹配单元得到设施线路的类型或类别的识别。识别利用将频谱特征与多个已知设施线路的特征的数据库进行比较来进行，借此，得到匹配和潜在匹配。优选地，不仅进行直接的一对一匹配，还例如通过最小二乘计算、神经网络等进行对忽略轻微偏差且还可以包括与匹配的可能性有关的信息的典型特性的比较。匹配还可以考虑以下事实：频谱特征可以包括来自多于一个设施线路的信号，使得匹配可以产生多于一个根据频谱特征而存在的设施的预期(特别是利用它们所假定可能性的量化)。

识别可以凭借访问一个或更多个集中式数据库来进行，因此，识别优选地可以至少部分由远程服务器来进行。装置然后可以例如经由无线数据链路和/或互联网向远程服务器发送其位置信息和/或频谱特征。在服务器处，位置信息例如可以由RTK系统等来在分辨率上细化。远程服务器可以访问在私人或国家供应商处的一个或更多个GIS数据库处的另外设施信息，特别地，它可以将来自多个供应商的信息收获并集中在自己的数据库中，而且将该信息与来自多个检测装置的检测结果组合。从而，在远程服务器装置处的数据库可以利用来自检测装置的实际位置信息和/或实际频谱特征来更新和/或补充。

至少包括与设施的类型或类别有关的信息而且还可以包括某一地图信息的该识别的结果(设施线路识别信息)然后被提供给检测装置，该结果优选地包括所提供信息的可能性和/或精度数据。

检测装置处的电子信号评估单元被构建为根据来自磁检测器单元、或来自信号调节单元的电检测信号来检测设施线路。根据在顶部磁检测器单元和底部磁检测器单元处的电信号的差异，设施的检测不仅包括设施的推定有无的确定，还包括相对于检测装置的设施线路位置信息的评估。检测在此可以至少部分基于来自服务器的设施线路识别信息。

检测装置然后包括或链接到用于操作员的局部可视化单元，该局部可视化单元被构建为对一个或更多个设施线路进行制图(chart)。该制图包括设施线路位置信息和设施线路识别信息。优选地，以增强或虚拟现实等例如由显示器提供设施线路的图形映射。

在此以单独方式描述的装置的单元至少部分还可以组合成一个或更多个单个部件(像电子电路板(PCB)、微芯片、计算单元、数字处理器等)。

在此，设施线路识别信息可以包括所识别的已知设施线路的特征，并且电子信号评估单元可以根据所识别的已知设施线路的这些特征、利用滤波得到位置信息。优选地，可以进行根据由服务器提供或对于设施线路的所识别的类型或类别来说已知为典型的、所识别的已知设施线路的这些特征进行的频谱图的特定滤波。

服务器在此可以为远程服务器，具有数据库，所述数据库为设施线路及其地理位置的集中区域数据库。数据库在此可以利用由装置检测的电检测信号的所得到的频谱特征来更新或补充。数据库特别地可以利用设施线路识别信息、设施的类型或类别、位置信息和/或地理位置信息、检测的日期和时间、检测装置类型、操作员、环境条件等来更新，这优选地可以与检测装置的操作员交互地进行，例如包括由装置的操作员确认服务器的信息。

装置还可以包括定位单元，该定位单元被构建为提供装置的地理位置信息。例如，这可以包括来自内部或外部导航系统(像GPS、GLONSA等)的导航数据信息的接收。在此，匹配单元可以根据在装置的地理位置信息附近的已知设施线路的地图或平面图数据得到识别信息。可视化单元然后可以(优选地通过提供设施线路的图形映射)基于地理位置信息对设施线路进行制图。

定位单元另外可以包括运动传感器，该运动传感器被构建为创建用于装置的位置确定的运动跟踪，该定位单元特别地为具有惯性测量单元(IMU)和/或被构建为基于图像处理导航的相机。

由服务器进行的匹配可以包括设施线路的识别，该识别与地理位置和在附近穿过地理位置的已知设施的数据库条目关联地来进行，特别是其中，已知设施线路路径和/或预期设施线路信息与从服务器到装置的设施线路识别信息一起被提供。

在服务器处，还可以考虑在地理位置信息附近的已知设施线路的地图数据。根据必须在检测装置的实际位置附近预期的已知设施线路的该地图数据，还可以存在所得到的、设施线路的类型或类别的识别。优选地，频谱特征和地图数据可以以组合方式来评估，这补充彼此，提高或降低特定供给设施类型的可能性。通过包括与地理位置有关的信息和频率特征信息的、来自检测装置的信息，可以得到设施线路的识别。从而，该识别可以提供超过供给设施的类别或类型的元数据，而且可以包括例如与设施延伸所沿着的轨迹、设施的交叉和连接、检修孔、终端盒或阀、设施的所有者、供服务热线联系信息、该设施的之前检测数据等有关的信息、以及与设施有关的其他元数据信息。

设施线路识别信息可以包括用于向设施线路中的一个施加发送器信号的建议，该建议特别地包括与技术有关和/或与用于施加发送器信号的地理位置有关的信息。

至少一个(特别是每个)磁检测器单元可以包括为导电材料的绕组形式的、具有绕组的各轴线的至少三个检测线圈，并且位置信息然后可以是设施线路关于装置的多维位置信息，该多维位置信息至少包括各个设施线路的深度信息和横向偏移信息。

电子信号评估单元可以包括用于电检测信号的信号调节单元，该信号调节单元具有宽带电流感测放大器、模数转换器以及可配置选择性滤波器，该可配置选择性滤波器用于得到特定设施线路的位置信息，该可重配置选择滤波器特别是根据来自服务器的相应的设施线路识别信息(例如，根据设施线路中的特定一个的已知频谱特征)的配置选择性滤波器。

滤波还可以基于例如基于地图数据从(已知或预期存在的其他较弱的设施的)频谱特征得到的类型或类别来进行，该地图数据优选地还可以包括与这些预期设施的特定预期频谱特征有关的信息。

电子信号评估单元还可以包括校准单元，该校准单元提供检测器单元的自校准，具有用于在检测器单元中的一个处施加电校准信号的校准信号发生器。例如，这种自校准可以使检测装置的所有检测线圈的检测增益和偏移相等。

校准单元可以被构建为提供装置检测线圈在现场的自校准，该自校准包括检测线圈的互校准，优选地还包括信号调节单元的互校准(特别是关于像灵敏度、缩放比例、相移等的检测特性)。为了这样做，可以包括校准信号发生器，该校准信号发生器被构建为将电校准信号选择性地施加于检测器单元或其部分(优选地为可以被供给给检测线圈的限定交变电流的形式)。

本发明还涉及一种由包括两个间隔开的检测器单元的移动检测装置检测地下设施线路的方法，该两个检测器单元具有多个检测线圈，该移动检测装置用于根据在设施线路处放射的交变磁场评估从检测装置到设施线路的多维位置信息。方法包括以下步骤：例如由频谱分析单元得到来自检测线圈中的至少一个的电检测信号的频谱特征。频谱特征可以为在几十到几百kHz的频率范围(优选地在低频处开始，例如在接近零Hz或低于100Hz处开始)内的大致连续的频谱频率分布。

通过创建到服务器的数据链路，服务器接收频谱特征，并且服务器将频谱特征匹配到包括多个已知设施线路的已知特征的数据库。该匹配引起例如包括一个或更多个设施线路的类型或类别的设施线路识别信息的识别。服务器然后向检测装置提供该设施线路识别信息。检测装置根据被评估的、来自检测器单元的电信号的差异来得到设施线路相对于检测装置的位置信息。

然后向检测装置的操作员提供设施线路中的一个或更多个的制图，该制图包括设施线路位置信息和设施线路识别信息。

检测装置在此可以包括定位单元，该定位单元提供例如为GPS坐标形式的、检测装置的地理位置信息，该地理位置信息还由服务器来接收。由服务器进行的识别然后可以包括例如从可以由服务器访问的GIS数据库根据在地理位置信息附近的已知设施线路的地图数据得到设施线路识别信息。制图可以包括优选地在紧挨着检测装置的地理位置的局部地图视图中提供设施线路的图形映射。

方法还可以包括以下步骤：利用向检测线圈中的一个(该检测线圈然后充当用于校准场的磁场发送器)施加电激励信号校准检测装置；由检测线圈中的不充当发送器的剩余检测线圈接收校准场；以及评估来自剩余检测线圈的产生的所接收信号。可以按序列(permutation)进行多次以上例程(routine)的重复，其中，每次，检测线圈中的另一个都充当发送器。基于这些结果，可以由校准单元基于来自所述序列的所评估校准场信号进行来自检测线圈的所接收信号的校准参数的确定，特别是其中，校准参数至少包括偏移校准参数和增益校准参数。这些校准参数然后可以应用于定位设施线路。

本发明还涉及一种系统，该系统包括：检测装置，该检测装置用于多维设施线路定位，具有地理参考；以及中央服务器，该中央服务器作为系统的第二部分，提供已知设施线路的数据库，该数据库优选地具有频谱分布和/或地理位置信息，其中，检测装置和中央服务器被构建为创建在线数据链路，并且被构建为进行如这里所描述的方法。

本方法或至少其涉及计算和/或估计的那些部分还可以被具体实施为一个或更多个计算机程序产品，所述计算机程序产品被存储在机器可读介质上，或者可以被具体实施为电磁波(诸如，例如，有线或无线数据信号)。因此，本发明还涉及包括程序代码的这种计算机程序产品，该程序代码用于由根据本发明的检测装置进行的设施线路检测。程序代码在此特别被构建为执行以下步骤：

■与检测装置交换数据，该交换包括从检测装置接收频谱特征；

■将频谱特征与多个已知设施线路的特征的数据库进行比较，并且至少识别一个或更多个设施线路的类型或类别，作为设施线路识别信息；

■向检测装置提供设施线路识别信息。

数据的交换的步骤可以包括接收检测装置的地理位置信息和/或所检测设施线路的位置信息，并且识别的步骤可以包括根据在地理位置信息的附近的已知设施线路的已存储地图数据得到设施线路识别信息。

计算机程序可以在根据本发明的检测装置中执行，因此，该装置还涉及被构建为运行提供根据本发明的功能的计算机程序的计算装置(实际加载或不加载计算机程序)。

附图说明

以下参照在附图中示意性示出的工作示例仅通过示例的方式更详细地描述或说明根据本发明的装置、方法以及设置。具体地：

图1示出了本文献涉及的移动检测装置的实施方式的示例；

图2a、图2b以及图2c示出了检测装置的第一实施方式的示例，该第一实施方式描述了根据本发明的检测装置的校准；

图3示出了描述了本发明的多维位置的、在检测装置的实施方式中设置的顶部和底部线圈的示例；

图4示出了例示了根据本发明的定位装置中的几何布置的实施方式的示例；

图5示出了根据本发明的所埋设设施线路的多维位置的示例；

图6a、图6b以及图6c示出了根据本发明的频谱图的例示的示例；

图7示出了例示根据本发明的检测装置的自校准的原理的框图的示例；

图8a和图8b示出了根据本发明的、用于校准的多组检测线圈的实施方式的示例；

图9示出了根据本发明的电流感测放大器的实施方式的另一个示例；

图10示出了根据本发明的校准的实施方式的示例。

具体实施方式

附图的图不应被认为是等比例绘制。在适当的情况下，相同的附图标记用于相同的特征或具有类似功能的特征。对附图标记的不同索引用于区分被示出为示例性的相同或等效特征的不同实施方式。术语“大致”在这里用于描述以下事实：特定值、布置或特征不是必须需要100％准确，而是可以可能轻微飘动，但仍然在范围内。换言之，例如可以由于不精确、无意设计考虑、公差等而存在一些轻微偏差，但存在朝向已提及值或布置的清楚趋势(特别是在利用其实现的技术效果方面)。尤其地，它不意指明显相对。在任意情况下，除了“几乎确切地”的意义之外，术语“大致”可以总是被解释为包括或还表达“确切地”或特定特征本身的意义。

这里所示的公式被示出为示例性的，以说明基本原理，并且示出它基于根据本发明的原理在物理上和逻辑上可以实现校准。在本发明的其他实施方式中，可以修改来自上述内容的基本公式，例如以更佳匹配实际物理条件。例如，磁场公式可以适于实际线圈设计，校准参数可以被不同地选择，参数估计、最小二乘拟合、非线性校准模型等可以用于确定校准参数等。

图1示出了移动检测装置1的实施方式，该移动检测装置用于评估从装置1到埋设在地面12中的设施线路10确定的位置信息13(像例如13a、13b、13c的值或其他几何信息)，该设施线路承载作为交变电流11的“i”，从而放射由所示的两个场线B_t、B_b符号表示的磁场。装置1包括至少两个检测器单元，该至少两个检测器单元具有多组检测线圈(如所示的一组顶部检测线圈2t和一组底部检测线圈2b)，设置有作为关于彼此的间隔3“s”。从设施线路10中的电流11放射的磁场由磁场线B_t和B_b例示为在检测器单元2t和2b处检测的磁场的指示。

本身承载电流11或人工引入电流11的地下供给设施或设施线路10(例如可以为地下线缆、探测器、管道等)的检测通过由顶部检测器单元2t和底部检测器单元2b检测磁场B_t、B_b来进行。所埋设设施线路10在此可以被认为是发射磁场的长电流承载导体。从装置1的限定点到所埋设设施线路10的距离13然后可以以下基本公式来确定：

其中，“Dist”是位置信息13c的值“d”，“T”是在顶部检测器单元2t处的磁场强度，并且“B”是底部检测器单元2b处的磁场强度，并且“s”是顶部检测器单元2a与底部检测器单元2b的间距或间隔3。

通过检测器单元2t和2b的多轴线圈布置，还可以使用先进检测技术，在这些先进检测技术中，对于从所埋设设施线路放射的所检测磁场的特定几何特性评估特定检测线圈或检测线圈的子组。从而，位置信息13c另选地可以提供有另外的角度信息(例如由表示深度13a的值和表示偏移13b的值)、设施线路的方位角方向或与设施线路10相对于装置1的位置有关的其他几何信息。

例如，可以认为被对齐为与大致圆柱形磁场正切(或其轴线朝向场源定向)的检测线圈将读取零场值，借此，最小检测可以用于确定发射设施线路的位置信息。在另一个示例中，被对齐为与大致圆柱形磁场的切线垂直的检测线圈将在线圈区域平面与发射设施线路交叉时读取最大值，因此，可以建立确定发射设施线路的位置信息的最大检测。通过组合来自多于一个检测线圈的信息，可以选择另外的策略来检测这种奇点(特别是考虑磁场对称等)。而且在这种奇点存在的、没有将装置对齐为实现特定检测线圈方位的情况下，可以数字地确定发射源相对于装置的一般多维位置信息。基于来自相对于彼此不同地对齐的多个线圈的所检测磁场值，可以确定多维位置，因此，以下将进一步讨论示例。

特别是，对于以长度单位确定设施线路的位置的这种多维检测，必须公知检测线圈的拾取特性(特别是检测线圈相对于彼此的场强灵敏度，但可选地还有相位和频率响应等)。

图2a、图2b以及图2c例示了根据本发明的一个方面的方法原理的实施方式，根据该原理，实现了多维检测装置1(例如还在现场中)不需要外部校准装备的自校准。下文中说明例如可以由提供装置1的特殊校准模式或功能的校准单元具体实施的、根据本发明的方面的这种自校准。从而，检测装置1的、这里未明确示出的校准单元还可以至少部分共享与评估单元相同的硬件资源。

在检测器单元或组中的一个内的检测线圈及其相应轴线的命名独立于它们相对于彼此的实际方位被保持为x、y以及z。因此，术语x检测线圈、y检测线圈以及z检测线圈不需要它们的检测线圈轴线相对于彼此的笛卡尔(Cartesian)对齐，因此命名x、y以及z线圈不意指必须需要线圈相对于彼此正交，或者轴线必须与全局装置坐标系的轴线一致。

在图2a所示的布置中，顶部检测器单元2t被配置为普通接收模式，顶部检测器单元等于用于所埋设设施线路10的以上所描述的检测的检测器单元(例如，连接到放大器、滤波器和/或模数转换器的顶部检测器单元2t的检测线圈)。

底部检测器单元2b处的至少一个线圈的角色相反(因为它不用于接收，而是用于发送校准信号)，这产生磁场A_tzb。这例如可以通过向底部组2b的z方向检测线圈(或可选地向它的一部分或靠近设置的专用发送器)施加电激励信号，该信号优选地具有已知特性(诸如，频率、电流强度和/或相位)。为了实现这一点，底部检测器单元2b的发送线圈可以通过校准单元连接或切换到电信号源(特别是电流源)。激励信号是优选地在也用于设施线路10的检测的检测装置1的频率范围内的交流信号。激励信号例如可以为所选的、已知频率的纯正弦波。例如，具有市电电源(像例如50或60Hz)或其谐波中的一个周围和/或如由检测信号注入源提供的、可以应用于设施线路10的标准检测频率(像大约8至33kHz)周围和/或例如大约15kHz到60kHz的无线电范围周围的频率。优选地，频率以与自然发生信号的轻微偏移来选择，以实现信号区分，以避免校准信号和自然信号的干扰。

顶部检测器单元2t的线圈现在接收由现在发送的底部检测器单元2b发射的磁场A_tzb，并且所检测信号可以由校准单元来分析和/或存储(例如，可以确定信号强度和/或最终发生的相移)。由于以下将讨论的线圈对齐的实施方式，2t处的顶部线圈中的多个可以被配置为接收校准场A_tzb的一部分，而且还可能地，底部检测器单元2b的剩余非发送线圈中的一个或更多个也将接收校准场A_tzb的一部分。

通过接收电路和电子器件，可以选择感兴趣的特定所接收信号，并且系统将几乎不被任何外部干扰或噪声影响，因此，可以选择用于发送和接收的特定频率，和/或可以特殊地编码或调制激励信号以及因此接收信号被解调为区分校准信号与其他外部信号。根据本发明，不仅可以确定并校准接收线圈的特性，还可以确定并校准整个接收电路和/或信号调节单元的特性直到数字化值。

如图2b所示，在下一步骤中，底部检测器单元2b的另一个线圈被配置为通过将激励信号切换到底部检测器单元2b的x检测线圈来发送校准场，将x检测线圈构造为用于场A_txb的发送器。再次，顶部检测器单元2t中的多个和/或剩余底部检测器单元2b检测线圈中的一些是用于场B_txb的接收器。评估和/或存储在顶部处的场B_tx或底部处的场A_txb的所确定的值。

如图2c所示，在根据本发明的实施方式的下一步骤中，底部检测器单元2b的在该示例中为y线圈的下一线圈可以被配置为场A_tyb的发送器，并且再次，顶部检测器单元2t的线圈是现在用于场B_ty的接收器。还可以评估和/或存储由顶部检测器单元2t的各个线圈确定的场B_ty的部分。并且，如果底部组的线圈未全部被设置为垂直于彼此，则底部检测器单元2b线圈中的不发送的一个或更多个也可以接收并存储从校准场A_tyb接收的值。

基于用于顶部检测器单元2t和底部检测器单元2b的各个线圈的、相对于各步骤中的所接收校准场的所存储数据，校准单元可以通过确定在顶部检测器单元2t和底部检测器单元2b中的线圈的校准参数来自校准检测装置1，通过上述方式，可以将偏移和/或增益的偏差调节为零。这些校准参数然后可以在检测期间应用于要检测的设施线路的场信号，以便补偿不精确度并取得良好的检测结果和正确的距离值13a、13b、13c。在本发明的先进实施方式中，还可以基于所存储的值确定顶部检测器单元2t相对于底部检测器单元2b的对齐和/或间隔的几何信息。

在图3中的本发明的实施方式的例示示例中，被称为顶部检测器单元2t和底部检测器单元2b的两组线圈2t和2b间隔距离3“s”。在实施方式中，可以假定一组内的所有线圈同心，这意味着共享大致公共的中心点，其中，线圈的轴线相交，并且任意偏移具有大致可忽略的尺寸。从而，可以限定穿过这些顶部和底部中心点的轴线，所述轴线将还被参考为装置垂直的并用于限定检测器的间隔3。检测线圈由具有独立填充的圆来符号化。虽然不强制，但在所示实施方式中，它们中的每一个相对于同一检测器单元的其他线圈大致垂直。一组或两组2t、2b可以被安装为倾斜，各检测线圈处于例如如被示出为到沿着极的垂直方向的大约45度的角度。

根据本发明的一个方面，通过供给组2t、2b中的一个的检测线圈中的一个能量来创建装置1的自校准，这意味着使它为发送器，因此，其他检测线圈从其接收所发送的磁信号。通过依次供给检测线圈(优选地为检测线圈中的每一个)能量并由剩余线圈测量产生的信号，特别可以通过取消偏移并使所有检测线圈的增益相等来创建定位器装置1的检测单元的自校准。

在现有技术中，检测装置通过应用已知外部场(优选地通过使用亥姆霍兹线圈(Helmholtz-Coil)来生成仿真长直电缆的电磁场的电磁场)来校准。根据本发明的一个方面，电磁接收线圈的性质在一组的检测线圈可以为了校准目的而被认为并用作电磁发送器这一点上可逆。该方面特别基于以下内容的发现：它对于检测线圈接收的固有能力大致等于其发送能力的特性的这种校准结果是有利的。对于发送，可以选择特定频率、调制、幅值和/或编码来区分校准信号与其他影响。

例如，在第一步骤中，检测线圈X_t的角色相反，并且例如通过向检测线圈X_t的端口应用电流源来强制发送已知校准信号。天线X_b现在接收该信号，该信号在两个X检测线圈被定向在同一平面中时与最大幅值耦合。常规检测期间用于信号评估的电子器件存储因由所施加校准信号放射的场而产生的所接收信号的值。

接着，可以颠倒处理，并且检测线圈X_b用作校准信号发送器，并且检测线圈X_t用作接收器。还存储所产生的值。如果由X_b和X_t这两者获得相同的结果，那么可以推断在两个检测线圈的响应中没有差异，因此两个检测线圈的灵敏度中没有差异。如果结果不相同，那么可以确定用于X轴检测线圈的空校正，作为校准参数，如：

类似地，可以对于Y和Z重复所述过程，这给出：

和

在以上所描述的校准过程中获得的N值然后用于通过校正由对应的线圈及其评估硬件和/或软件确定的场值校正为下值来校正来自检测线圈的信号，以使它们处于平衡状态：

以及

如果检测线圈被设置为理想地正交，则比如说与X轴对齐的电磁场将不由Y和Z检测线圈来检测(因为它在这些线圈中将至少理论地根本不引入信号)。然而，在根据本发明的另一个实施方式中，检测线圈的布置使得检测线圈中的一个或更多个不正交。如果检测线圈中的一个将变成用于校准场的发送器，那么在各个其他天线中可以观察到检测线圈的所辐射校准场的分量。因此，非发送检测线圈中的至少两个将总是检测所发送校准信号的某一部分。

现在将X_b检测线圈用作校准信号发送器，则全部不被对齐为与X_b大致正交的顶部X_t、Y_t、Z_t检测线圈将全部检测产生的校准信号的一部分，而且Y_b和Z_b检测线圈也将一样(因为它们也不被对齐为与X_b大致正交)。从而，不仅可以确定X_b与X_t之间的比，还可以确定例如在Y_t与Y_b检测线圈和/或其他序列之间的所接收场的比。

产生的场强S与立方距离d3的倒数成比例，这可以被写为：

在已知检测线圈的间隔d时，可以预计磁场比的值。例如，在d的值将为0.5m时，这将给出已知的磁场比8。因此，将X_b检测线圈用作发送器，则可以预计磁场比或信号比Y_b/Y_t＝8，并且可以将比测量中的异常的校正确定为校准参数。这可以对于多个检测线圈或优选地为全部检测线圈重复，这给出为：

以及

为了校正深度计算期间的比异常，可以将一致校正因子确定为校准因子，这给出为：

以及

在不是所有线圈都被设置为大致垂直的一组线圈的特定实施方式中，可以认为即使在多维检测中，必须检测设施线路的立体角(solid angle)仍然受限于大致在检测装置以下的范围(例如，在铅锤(plumb)等周围近似大约30、45或60度的范围内)。因此，组内的线圈布置可以优化到该范围，并且例如在大致垂直于顶部与底部检测器单元之间的轴线的范围内的检测可以被认为实际上不使用，因此，这种方向上的灵敏度实际上不相关并且例如可以减小。据此，可以创建相对于彼此为不大致垂直布置的、组内的检测线圈的布置。在此，在设计布置时还可以考虑不同的检测方法(像最大检测、最小检测等)以及避免鬼场(ghostfield)和发送器通常可以被认为无线长的事实。

在根据本发明的第一工作实施方式中，各个组中的检测线圈相对于彼此垂直，但不同的组相对于彼此不垂直地倾斜，优选地其中，第一组的检测线圈都不垂直于第二组的任何线圈。

在根据本发明的第二工作实施方式中，各个组中的检测线圈相对于彼此不垂直，但不同的组相对于彼此垂直地倾斜。

在根据本发明的第三工作实施方式中，各个组中的检测线圈相对于彼此不垂直，并且组也相对于彼此不垂直地倾斜。在实施方式的示例中，检测线圈例如可以各被设置为例如到垂直线60度。

在根据本发明的第四工作实施方式中，两个组内的检测线圈相对于彼此垂直，但所述组以第一组的检测线圈都不垂直于第二组的任何线圈的方式以在多个轴线上例如45°或60°的偏移来设置。

在第五工作实施方式中，一组包括垂直于彼此的检测线圈，而在另一组中，线圈不垂直于彼此，而且不垂直于已提及第一组的线圈。

存在对于自校准可能的多个另外实施方式，其中，最主要的是：

■对于顶部组2t和/或底部组2b，同一检测器单元内的检测线圈4的所有轴线可以大致正交于彼此。

■对于顶部单元2t和/或底部单元2b，同一组内的检测线圈4的轴线中的至少一个可以非正交于同一组的检测线圈4的其他轴线，或者同一组内的检测线圈4的所有轴线可以非正交于彼此。

·顶部组2t处的检测线圈4的所有轴线可以大致正交于底部组2b的检测线圈的至少一个其他轴线。

·顶部组2t的检测线圈4的轴线中的至少一个可以非正交于底部组2b的检测线圈4的任何轴线，或者顶部组2t的检测线圈4的轴线中的至少两个可以相对于底部组2b的检测线圈4的任何轴线非正交。

·顶部组2t的检测线圈4的所有轴线可以相对于底部组2b的检测线圈4的任何轴线非正交。

·在各个组内检测线圈4的轴线可以大致正交，并且顶部组2t的检测线圈5的轴线中的至少一个相对于底部组的检测线圈4的轴线大致不正交。

顶部组2t的检测线圈4的轴线4可以相对于底部组2b的检测线圈4的轴线以大致非正交的角度设置。

■在同一组(顶部或底部二者之一)内，线圈可以正交于彼此，而对于另一组，至少一个检测线圈不正交。

■组中的至少一个包括检测线圈，该检测线圈被设置为在装置对于常规检测保持的方位上大致水平地被保持，借此，可以创建零检测。由两个线圈进行零检测的另一个选项是各个侧上倾斜的线圈的垂直对称布置，在该布置中，零检测两个线圈之间的差异。

以上所描述的工作实施方式中的术语“垂直”必须在“大致垂直”方面来理解，这意味着对齐的小不精确度(例如，大约+/-5度或更少的偏差)不应被认为落在范围之外，特别是在因制造或设计不精确而产生时。非正交布置原则上可以具有除了90°之外的任何角度，例如，实际实施方式可以实现大致60°或45°的角度作为优选值。

正如所述，检测线圈4的相互自校准可以通过将检测器单元2t、2b处的至少一个绕组顺序构造为用于校准场B_t、T_t的发送器并由检测线圈4中剩余的检测线圈(这些检测线圈目前不是所构造的发送器，并且确定用于检测线圈4的校准参数)检测产生的校准场B_t、T_t来提供。在实施方式中，校准单元7可以被构建为在利用顶部组2t和底部组2b的所有剩余检测线圈检测校准场T_t、B_t的同时将顶部组2t和底部组2b中的一个的检测线圈4中的每一个接连地顺序构造为用于校准场T_t、B_t的发送器。

由于根据本发明的校准，通常不需要同样地设计所有线圈(例如，在线圈的灵敏度、线圈面积、匝数等方面)。不同的检测线圈参数将通过这里所描述的校准来确定，因此根据本发明是可补偿的。根据几何布置，各线圈可以被单独设计为在常规检测使用情况期间在其预期使用范围内给出最佳信号质量(例如，鉴于动力学、SNR等)。考虑到这一点，再次，可以涉及不同的检测策略(像单峰、双峰、零点、总场等)以及该特定线圈在该策略中的角色。

在根据本发明的检测或定位器装置的特殊实施方式中，可以在检测线圈和/或对应的评估电子器件的设计中考虑如因间隔d而产生的、顶部和底部处的场强的预期比。例如，在常规操作期间，底部信号与顶部信号之间总是被预期的比可以由底部和顶部检测线圈和/或评估电子器件中的每一个的不同设计(特别是不同放大器增益、匝数和/或检测线圈面积)来补偿。从而，顶部检测器的灵敏度近似可以为高于底部检测器的灵敏度的预期比。例如，对于5m深度范围和0.5m的线圈间隔，比为至少R＝1.1，借此，顶部线圈的灵敏度可以被设计为比底部线圈的灵敏度大该因子1.1倍。从而，必须由以下电路(像滤波器、AD转换器，在软件中等)来评估的所接收信号电平在用于该深度的常规检测中实质上相像，并且两个检测通道可以使用它们的全动态范围。

在以上所给出的情况下，讨论正交设置线圈的数学简单版本。相同原理还应用非正交线圈布置，但对于将测量场测量值从线圈轴坐标变换为笛卡尔装置坐标系必须考虑包括非正交的变换矩阵。由至少三个检测线圈确定的所确定磁场值可以被认为包括磁场的向量信息。还可以认为线圈的几何中心点不是必须反映磁场具有值测量值的点。由于场值相对于距离的非线性梯度，由大面积线圈在该梯度上进行的场积分不反映如在简单理论中假定的、线圈几何中心处的场强，而是偏移处场强。顶部坐标系相对于底部坐标系的倾斜可以通过包括旋转矩阵来考虑。

在完全非正交检测线圈设置的示例中，可以在各其他组处拾取以下校准场，其中，索引给出发送组(t/b)和组内的发送检测线圈(x/y/z)，之后给出接收组(t/b)和组(x/y/z)内的接收检测线圈：

B_txbx＝来自底部x的、顶部x处的所接收信号；

B_txby＝来自底部x的、顶部y处的所接收信号；

B_txbz＝来自底部x的、顶部z处的所接收信号；

B_tybx＝来自底部y的、顶部x处的所接收信号；

B_tyby＝来自底部y的、顶部y处的所接收信号；

B_tybz＝来自底部y的、顶部z处的所接收信号；

B_tzbx＝来自底部z的、顶部x处的所接收信号；

B_tzby＝来自底部z的、顶部y处的所接收信号；

B_tzbz＝来自底部z的、顶部z处的所接收信号。

另外，在同一组中，还可以对于底部组拾取以下信号：

B_bxby＝来自底部x的、顶部y处的所接收信号；

B_bxbz＝来自底部x的、顶部z处的所接收信号；

B_bybx＝来自底部y的、顶部x处的所接收信号；

B_bybz＝来自底部y的、顶部z处的所接收信号；

B_bzbx＝来自底部z的、顶部x处的所接收信号；

B_bzby＝来自底部z的、顶部y处的所接收信号；

并且对于顶部组：

B_txty＝来自底部x的、顶部y处的所接收信号；

B_txtz＝来自底部x的、顶部z处的所接收信号；

B_tytx＝来自底部y的、顶部x处的所接收信号；

B_tytz＝来自底部y的、顶部z处的所接收信号；

B_tztx＝来自底部z的、顶部x处的所接收信号；

B_tzty＝来自底部z的、顶部y处的所接收信号。

为了便于理解，在下文中假定对于各发送检测线圈施加相等的激励信号，这不是必须要求的。

如图所述，在离具有线圈半径R的发送器线圈2a距离3处的磁场B_t由从教科书已知的毕奥-萨伐尔(Biot Savart)定律给出：

为了简化分析，假定面积＝线圈的横截面积，使得

根据深度公式，所接收信号在组设置有间隔s时与(1/s)^3成比例(该比在检测期间对于来自设施线路的场相同)，这给出：

和

如果一切都完美，则Ba和Ab将相等。因为这不是实际情况，所以引入补偿“增益”的任何变化的校准值Ks。因此通过确定校准参数实现检测装置1的校准，这使得传感器2b给出与传感器2a相同的读数，使得：

Ab＝Ba·Ks。

如果可以假定线圈4a、4b相对于彼此的位置可以被认为大致固定和/或已知，则在校准参数的计算中还可以包括它们的间隔3(和所讨论的产生的理论磁场比)。这可以对于多个或所有检测线圈重复。电磁检测线圈4a、4b对于该应用的性质可以被认为可逆；在这一点上，在线圈被配置为电磁发送器时，可以认为该线圈具有以与它接收的大致相等特性来发送的固有能力。如果获得相同的结果，那么可以推断在两个检测器单元2t和2b的线圈的响应和/或灵敏度中没有差异。

激励信号在此可以接连地顺序地施加于线圈4中的每一个，而剩余的线圈被配置为检测从而感生的校准信号。虽然可能，但不需要以协同的激励信号来激励多个线圈。在特殊实施方式中，也可以针对多个激励信号频率重复校准，以覆盖可能的非线性频率响应。在本发明的特定实施方式中，检测线圈4还可以与用于激励信号的另外专用发送线圈配对，这些另外的专用发送线圈在同一平面中对齐，并且与检测线圈磁性地同轴，特别是其中，专用校准绕组与检测线圈直接相邻，其中，它们可以电分离或共享它们端口中的一个。

图4示出了根据本发明的检测的另一个示例。它示意性地示出了线缆定位器1，该线缆定位器具有两个(或更多个)检测器单元或检测线圈4x、4y、4z的三轴阵列的组2t、2b，检测线圈优选地相对于同一组中的其他线圈大致互相正交。与仅具有两个简易天线的简单线缆定位器形成对照，在这种先进定位器1中的天线的特殊布置可以提供所埋设线缆10相对于定位器装置1的位置的多维表示。换言之，线缆定位器的目的是例如以z和x坐标或在具有距离半径和角坐标的角坐标系中给出所埋设设施的3D位置。

这种检测线圈绕组例如可以被具体实施为具有大约90mm绕组直径，各具有大约1000或更少匝，这引起大约6.36×10^-3m²的内线圈横截面积。为了保持自电容低至足以在高达例如大约200k Hz或更多的频率下使用设计，绕组例如可以通过将绕组分成6个单独的子线圈(例如，每部分具有大约196个绕组)来分离，这例如可以由14行*14层的0.112mm铜漆包线(像SWG 41或AWG 37)来实现，其中，绕组段的大体“正方形”横截面可以被认为是优选的设计选项。除了大致圆形的绕组之外，检测线圈可以具有正方形，以在相同的外部尺寸时给出较大的芯截面积。

在用于检测离所埋设设施线路5m距离的实施方式的示例中，具有大约A＝π.45mm²的、如来自前文的示例中的横截面积被认为是必要的。将此转换成正方形，正方形各边的长度将为大约80mm。对于3D布置，以80*80的正方形作为Z轴线圈开始，两个其他矩形可以被布置为嵌合在该Z正方形内部。优选地，两个矩形仍然可以被设计为具有相同的面积6400mm²。在另一个示例中，各线圈可以如图8例示的具有20匝具有面积X＝面积Y＝面积Z＝8100mm²的0.315mm SWG30线，其中，单个检测线圈的尺寸为Z＝80mm×80mm，并且X＝Y＝74mm×86.5mm。关于以上所提及的示例性值，这些值不被认为是它们的确切值的限制，而是指示本现有技术中的典型数量级，而实际期望的值可以根据实现检测所需的灵敏度来估计。

基于以下讨论的电流感测模型的检测线圈评估电路的实施方式的转移比和灵敏度在该示例中将被评估为：

I_out/B＝-(R_f/R_in)×j·2·π²f·n·a²/R，单位为[A/T]，并且

V_out/B＝-(R_f/R)×j·2·π²f·n·a²＝-j·π·a·s·f·R_f/ρ，单位为[V/T]。

在此，灵敏度独立于匝数n，并且与由线圈围绕的面积a直接成比例。

这些组或天线组件2t、2b然后设置在检测装置1的顶部和底部天线中的每一个上，各天线包括到彼此90度且到装置的垂直线45度的、在轴线x、y、z上的三个空心检测线圈。图3例示了一个示例，该示例将检测线圈示出(这里未明确示出)为用不同线绘制且具有由不同图案填充的圆2x、2y、2z，圆与坐标系20的轴线对齐。

对于作为要检测的设施线路的、发射电磁信号的长直导体10，下文中将得到用于以上布置的表达。图4示出了具有轴线x、y、z的3D坐标系，其中，z垂直于地表，并且x和y水平于地表。埋设在地表以下的线缆10发射电磁场B，该电磁场与x、y、z交叉。对于3D检测，必须确定该场的方位。为了简化观察，可以假定线缆大致水平于地表，为无限长，并且具有如图所示的、到y轴的偏移角

和到z轴的角度θ。

从坐标系到线缆的直接距离的表达式为：

场在空心检测线圈可以拾取B场的坐标系原点中的B分量的表达式为

在x轴上：

在y轴上：

并且在z轴上：

其中，在给定的简化示例中，Bz公式不同(因为在水平检测线圈的z平面中，角度

没有影响)。

在图4中，示出了用于以相对于彼此已知间隔S设置的两组检测线圈2b、2t的设置。在此，可以确定还描述了相对于第二顶部检测线圈组2t到同一所埋设线缆10的距离和偏移角的第二组方程。另外，已知在各组处测量的所接收场的信号强度与B/dist成比例。组合所有这些因子允许在三个维数中计算到所埋设线缆10的实际距离和偏移。

在所示的配置中，存在从所埋设导体10接收电磁信号B的两组检测线圈。导体的位置例如可以被描述为具有相对于底部天线阵列(例如，仪器底座)的深度b和相对于y轴的偏移角

到线缆的距离的表达式为：

和

以及

Depth_t＝Depth_b+S，这导致

考虑信号强度与距离成反比，底部场和顶部场的比R可以被定义为：

其中，

B_t＝Bx_t+By_t+Bz_t和B_b＝Bx_b+By_b+Bz_b。

可以由下式测量代替距离比的比R：

并且因此

对于Offset＝0的简单情况(即，在仪器在导体上方时)，这给出

从

遵循

Dist_b ²-Depth_b ²＝Dist_t ²-(Depth_b+S)²，这给出

因为在仪器在线缆上方时，还给出

Dist_t＝Dist_b+S。

使用场的Bz_b分量的表达式：

和

给出

并且

和

给出

和

这导致

对于具有偏移>0的深度在下式中替代这一点

给出

其中，必须考虑二次解的导体的可能镜像。对于具有等于或接近零的偏移的深度，这导致

对于底部组，场值可以被表达为：

场的Bx_b分量的表达式为：

和

场的By_b分量的表达式为：

和

场的Bz_b分量的表达式为：

和

其中，

对于保持垂直的检测线圈阵列，

对于在用于水平天线的z平面中的空心天线没有影响。

类似地，顶部天线阵列的表达式为：

场的Bx_t分量的表达式为：

场的By_t分量的表达式为：

场的Bz_t分量的表达式为：

其中，

对于保持垂直的检测线圈阵列，

对于在用于水平天线的z平面中的空心天线没有影响。对于以上公式，重要的是，各个检测线圈可靠地检测正确的磁场值。所检测磁场值的增益或偏移的偏差将导致不精确或错误的检测结果和深度确定。因此，本发明的自校准方面是特别有利的。

图5示出了利用特别根据这里所描述的实施方式中的一个的检测装置1进行的根据本发明的检测，该检测装置包括至少两个检测器单元2，作为用于检测所埋设设施10的多维位置的多个检测线圈的组。装置1可以包括作为定位单元70的GPS接收器，该GPS接收器可以利用装置1处的运动传感器来补充。装置1处的无线通信单元42例如经由蓝牙、WiFi、无线电调制解调器等、蜂窝无线电等(可选地还经由中间网关装置80)提供与远程服务器44的数据交换。检测装置1可以经由本地图形显示器或远程图形显示器81来提供检测结果的可视化。

设施线路10可以在不感生人为信号(artificial signal)的情况下基于设施线路10处的自然发生的电信号来评估。除了由于设施10的性质或目的而存在于设施10处的电流之外，根据本发明，可以创建由于(还在其他方面为电无源的)设施处的再辐射频率而进行的检测。这种再辐射频率可以为因在设施所及范围内的各种发送器而产生的频率。例如，来自全球的各种无线电发送器(特别是在低频范围内的这些发送器)像在世界各地安装的各种ELF、SLF、ULF或VLF发送器。它们所发送的场至少部分由设施线路10拾取或在变化导电率或介电常数的界面边界表面处拾取，并且导致再辐射，这导致可以用于根据本发明的设施检测的特性频谱的“无源”发射。根据本发明的数据库除了其他信息之外还可以容纳关于(优选地链接到特定位置和/或设施线路10的)这种无源频谱或频谱特征的信息。从而，本发明还(但不仅)可以提高这种无源设施线路10的可检测性。在长度上经常数百米至千米的、大致稍长的性质的设施线路10对于再辐射这种频率是特别有利的，所述设施线路10根据本发明然后可以有利地被检测。

在此，已知频谱分布可以关联到特定信号和/或设施线路识别。优选地，已知频谱分布关联到进行检测的地理区域。比较可以在检测装置1将优选地无线通信链路创建到的中央服务器装置44处进行，由此，除了别的之外，创建地理位置和频谱分布信息从装置1到服务器装置44的发送或地图和设施线路识别信息从服务器44到装置1的发送。

中央服务器44在此可以收集、收获并组合来自多个设施线路供应商的地图和GIS信息，并且可以存储已知频谱分布的中央数据库46或将已知频谱分布的中央数据库46与其关联的设施线路识别(例如，设施线路或线缆的类型或种类等)的关联信息链接。优选地，由此产生的设施线路识别信息47的提供可以利用以2D或3D显示给装置1的操作员的图形地图来进行。根据本发明的装置1可以包括用户界面，该用户界面可以由局部控制面板81a来提供，和/或有线或无线链接到附接、拆开或可拆卸控制单元81b，该控制单元例如还可以被具体实施为智能电话、平板电脑、膝上型电脑或包括可以由人类用户操作的输入装置和输出装置的类似设备。通过通信链路，所感测值和控制命令可以在检测装置与所附接的智能装置之间交换，所附接智能装置可以运行用于检测测量的应用(app)，特别地，应用可以结合由检测装置确定的数据使用来自智能装置81的固有传感器(诸如，加速计、陀螺仪、GSP、相机、到服务器或到互联网的上行链路等)的信息的组合。例如，用作控制单元的智能装置81的相机也可以用于拍摄用于文件编制目的的照片或视频、光学地面跟踪、slam导航、QR码或条形码的读取等。因为另外的传感器、储存器、界面、通信链路内部计算电源、通信接口、用户界面、屏幕、触摸屏等从而可以至少部分被具体化，所以检测装置可以被具体实施为重量轻的。

中央服务器44在此还可以基于装置1的地理位置71和由检测装置1确定的位置13更新数据库46中用于设施线路10的映射信息。优选地，检测装置1的操作员可以基于局部条件提供由服务器44提供的设施线路地图和/或设施线路识别的确认。在此，服务器44可以基于用于提高检测可靠性的确认和数据库46中的已知频谱信息来执行自学习算法。特别是，检测装置可以捕获关于设施线路及其来自装置操作员的检测的另外元数据，所述另外的元数据然后可以在数据库46中被补充。

在装置1下侧的接近传感器可以测量与地平面的间隔，该间隔可以用作用于提供实际子表面深度的偏移。倾斜传感器可以用于确定检测装置1相对于水平面的方位，例如以参考测量数据的坐标系。罗盘可以用于确定装置1和/或所检测设施线路10的方位取向。

本发明的实施方式可以被描述为涉及一种用于由检测装置1定位地下设施线路的方法，该方法利用由至少两个间隔开的检测器单元进行的、来自设施线路10的磁场的检测值和这些值在(例如，从接近零的低频开始到例如大约33kHz、250kHz或更多的)宽带范围内的采样来进行。基于磁场的值，进行设施线路10相对于装置1的位置的确定，并且创建设施线路的位置到检测装置1的地理位置71的映射。地理位置71在此例如可以基于来自测量仪器或导航卫星系统(像GPS)的数据。

根据本发明，创建来自设施线路10的磁场的值的频谱频率分布轮廓或频谱特征41(优选地为在宽带范围内的大致准连续频谱频率分布轮廓)的获得。然后，存在由服务器44进行的、谱频率分布轮廓41与来自数据库多个已知频谱分布的比较，借此，创建一个或更多个设施线路10的识别信息。优选地，识别信息还基于来自数据库46的、检测装置1的地理位置71和在地理位置71附近的已知设施线路10来创建。服务器44可以远离检测装置1，并且两者可以经由无线通信链路交换数据。数据库46对于特定地理区域可以为集中式的，或者可以从多个特定数据库自动集中收集。这种已知频谱分布可以基于设施线路10的之前检测和/或基于已知设施线路10的已知类型或用途。例如，这种比较或匹配可以包括确定在所提供地点和位置处的预期设施线路10，这些预期的设施线路10可以在匹配之前通过GIS数据库查找表和在地理上接近的设施线路类型的频谱的滤波来确定。这种比较或匹配还可以包括提供与从数据库46得到的、附近的未检测设施线路10(例如，诸如光缆等的非电流承载设施)有关的信息。估计设施线路的种类/类型可以通过将频谱频率分布轮廓41与来自在地理位置71附近内的已知设施线路的已知频谱轮廓的数据库46的信息进行比较来进行。

对数据库46的这种访问还可以涉及同步设施线路的数据库中与地理位置71及其邻近有关的信息以及它们各自的元数据(特别是包括它们实际得到的频谱轮廓信息)。在此，例如不仅可以对于该特定位置71进行现有条目的数据库46的更新和/或利用新条目补充数据库，还可以对于同一设施线路10延伸所沿着的所有位置进行现有条目的数据库46的更新和/或利用新条目补充数据库。数据库查找表可以涉及从地理信息系统(GIS)服务器在线获得对于地理位置71及其邻近相关的地图信息(优选地利用建立位置信息的实时动态(RTK)校正来进行)。

匹配或比较导致确定(在识别信息47中提供的，优选地包括与来自数据库46等的已知频谱分布和/或地理位置关联的元数据的)所估计设施线路10的一个或更多个最佳配合。这例如可以为与应存在且应在装置位置71处检测的设施线路10有关的信息。例如，这些信息还可以用作相对局部空间参考。它还可以包括与设施线路10有关的信息，该设施线路10可能需要被供给有发送器信号(优选地被供给有用于向设施线路应用发送器的位置和/或技术的建议)。

换言之，本发明的实施方式可以设计根据从被遮蔽的设施线路10发射的磁场检测它们，同时通过参考到测量数据的位置信息确定场的频谱频率分布轮廓、相对于检测装置的位置信息以及地理位置71。该实施方式还可以涉及由无线数据链路向远程服务器44提供检测的所确定的频谱频率分布轮廓或特征41以及相应的所确定的地理位置71。这里，进行地理地图信息和关于在地理位置71邻近的推定设施线路的信息的收集，该收集特别是涉及在线数据库查找表。同样，进行所确定频率分布轮廓与来自数据库46的特定类型的设施线路10的已知频谱的比较，和/或频率分布轮廓41与在地理位置71邻近的推定设施线路10的特定预存储频谱信息的比较，以便特别是通过匹配推定设施线路10与所识别的设施线路类型来从频率分布轮廓14识别推定设施线路类型中的一个或更多个。通过无线数据链路，远程服务器44可以给位置装置1提供地理地图信息，该地理地图信息包括所识别的设施线路类型和推定的设施线路10，然后可以由检测装置1来显示。

图6a示出了根据本发明的频谱特征或图案41a的例示的示例。这可以为如由频谱分析单元40得到的频谱特征41的例示。图6a还例示了数据库(46)中的已知设施线路10的特征。明显地，频谱特征的数据格式可以并可能将与所示的人可读图形例示(例如，数字数据序列)不同。频谱特征还可以更抽象(例如，仅限定主要特性、主频率、相对比例等)。该示例示出了在中央UK中的特定地理位置处检测的所埋设气体管道的示例。上图示出了信号时间图，而下图示出了频谱，该频谱示出了例如可以用作用于比较和匹配的特性的某些特定特质。

图6b示出了与图6a的示例类似的、但用于在大约相同地理位置处的所埋设水管道的频谱特征41b的例示的另一个示例。可以看到，频率特征不同，并且该差异可以用于将设施区分并识别为气体或水管道二者之一。即使特征的确切形状变化，明显的主要特性也可以用于识别。

图6c示出了与在前面的附图中、这次用于地下远程通信线路的频谱特征41c的例示的另一个示例。

根据本发明的检测的实施方式在此可以包括如在图7的基本框图的示例中所示的步骤。

在块50中，检测器装置处理从所埋设设施(再)辐射的电磁信号，以便精确确定所埋设设施的相对位置x、y、z。

在块51中，还处理信号，以获得频谱，作为频谱特征，该频谱特征例如可以包括给出在频谱中包含的主频带的频率和相对幅值的一组数据点。

在块52中，例如从GPS数据确定检测装置的地理位置。

在块53中，根据已知主机名或IP地址等例如经由互联网创建无线(或可选地还为硬接线的)数据连接，这允许到远程服务器的连接和数据传送。通过该数据链路，所埋设供给设施的位置信息和频谱特征被发送到远程服务器。

在块54中，例如可以通过使用商业实时动态、运动跟踪、图形处理等可选地校正检测装置的位置信息和/或提高其精度(例如，从米到厘米等)。

在块55中，服务器处的匹配单元(例如，因此运行所设计的软件)通过远程联系各网站或数据库以收集设施信息来使用位置信息获得可从设施公司、政府资源、线缆检测公司、地理空间信息系统(GIS)等获得的所有相关地图。服务器还可以包括设施信息的自己的数据库，该数据库可以收获和/或缓存相关设施信息。然后由运行在服务器上的软件处理产生的信息和地图。例如，可以创建信息到检测装置的位置周围的局部区域和被已知为在附近的设施的压缩和最小化。

在块56中，匹配单元(优选地包括运行在服务器上的软件)从频谱图取得频谱信息，并且将其与数据库中的许多频谱进行比较，以例如通过图识别技术和/或概率微积分获得一个或更多个最佳配合。该技术允许以特定概率识别设施。随着数据库增长，可以增大识别设施的概率，并且特别是，可以创建自学习处理。所埋设供给设施的其他属性也可以被存储在数据库中，作为设施的另外元数据或属性，并且还可以分析这些属性。数据库还可以通过来自检测装置的实际导出数据来更新，并且该数据在将来可以按需使用。

在块57中，然后可以将分析、供给设施识别、简化局部地图等的结果从服务器发送回检测装置。

在块60中，在检测装置处的显示器上显示局部简化地图，该地图例如示出了所埋设设施的位置和方位、它们的标识(例如，电缆、电信、气体、水等)、它们的深度等。所显示的地图还可以在显示器上相对于例如如由GPS、运动传感器、SLAM、光学测量图像处理等得到的检测装置的位置动态地移动。

在块61中，可选地，可以由操作员进行所识别设施符合地图的验证，然后，确认被发送回初始供给设施信息的服务器和/或设施。

在块62中，可选地，服务器可以提供用于发送器应被应用于另外未检测的设施线路的情况的建议。使用信号发送器装置将人为信号耦合到处于远离检测装置的位置的某一远程点处的供给设施。在特定实施方式中，检测装置可以经由无线连接(例如，由蓝牙、zigbee等)远程地控制这种检测信号发送器。耦合到供给设施的所发送信号从而可以扫过从几十Hz到几十万Hz(假设100Hz到200kHz)的频率范围，并且可以确定检测装置处产生的频谱。从而，可以如由设施的构造的性质确定所埋设供给设施的导电属性和特性，一些频率比其他频率更容易发送，这导致特定的有源频谱。

图8a示出了两个多维检测器单元2的设置的实施方式的示例，各检测器单元具有三个大致圆形的线绕式检测线圈4，所述检测线圈被设置为相对于彼此大致垂直。特别地，鉴于以上所讨论的校准，所示实施方式具有被设置为相对于彼此倾斜的一个检测器单元，使得从检测器单元中的第一检测器单元处的一个线圈发射的校准场在检测器单元2中的第二检测器单元的所有三个线圈处感生信号。

图8b示出了如图8a中的实施方式的类似示例，但具有嵌套在彼此内的大致矩形形状的检测线圈，但所述检测线圈优选地具有大致相同的敏感区域尺寸。

图9示出了连接到检测线圈的电流感测放大器级的实施方式的示例。宽带电子信号评估单元优选地可以包括这种放大器电路，这种放大器电路被具体实施为作为第一放大级的电流感测放大器76，该电流感测放大器连接到检测线圈4，特别地，这种放大器电路被具体实施为优选地具有低输入阻抗(例如，低于100Ohm)的跨阻抗放大器。这种放大器电路可以被构建为调整为结合线圈4在频率上具有大致线性的输出。例如，电流感测放大器76可以包括运算放大器OpAmp，该运算放大器在电流到电压配置中具有反馈网络，特别是其中，

■负OpAmp输入连接到线圈4的一端，并且

■线圈4的另一端连接到正OpAmp输入，并且

■OpAmp输出通过第一(例如，电阻和电容)阻抗反馈回负OpAmp输入。

检测线圈4例如可以被具体实施为各具有1至500匝导体的绕组计数，导体具有至少0.1mm²的横截面，特别是其中，检测线圈4的绕组围绕大于100cm²且小于0.5m²的面积，优选地具有近似矩形或圆形的横截面。顶部组2t和/或底部组2b的检测线圈4的轴线还可以被设置为共享组内大致公共的中心点。线圈的绕组可以相互被对齐为在检测器单元2t、2b内非一致。

图10示出了结合以上所描述的自校准方面的、电流感测放大器77的实施方式的示例，其中，校准信号发生器79可以被切换到检测线圈4，以便校准检测装置1。还存在所示的模数转换器77以及(优选地为可配置的)滤波77。滤波被示出为模拟滤波器77a和/或数字滤波器77b。

技术人员意识到以下事实：这里关于不同实施方式示出并说明的细节还可以与来自其他实施方式和在本发明意义上的其他序列中的细节组合。

Claims (24)

1.一种检测系统，该检测系统用于评估放射交变磁场(B_b、B_t)的被遮蔽的一个或更多个设施线路(10)的设施线路识别信息(47)和位置信息(13、13a、13b、13c)，所述检测系统包括移动检测装置(1)和服务器(44)，其中，该移动检测装置(1)包括：

■至少两个磁检测器单元(2t、2b)，所述至少两个磁检测器单元相对于彼此以限定间隔(3)来设置，所述至少两个磁检测器单元包括用于根据所述交变磁场(B_b、B_t)提供电检测信号的检测线圈(4)；

■频谱分析单元(40)，该频谱分析单元被构建为得到来自所述至少两个磁检测器单元(2t、2b)中的至少一个的所述电检测信号的频谱频率分布轮廓(41)；

■通信接口(42)，该通信接口被配置为通过到所述服务器(44)的数据链路发送所述频谱频率分布轮廓(41)，

所述服务器包括：

数据库(46)，该数据库用于多个已知设施线路的频率分布轮廓；以及

匹配单元(45)，该匹配单元被配置为通过将所述频谱频率分布轮廓(41)与所述数据库(46)的频率分布轮廓进行比较来得到所述一个或更多个设施线路(10)的类型或类别的所述设施线路识别信息(47)，并且

所述移动检测装置被配置为从所述服务器(44)接收所述设施线路识别信息(47)；

所述移动检测装置包括电子信号评估单元(6)，该电子信号评估单元被构建为根据来自所述至少两个磁检测器单元(2t、2b)的所述电检测信号的差异得到所述位置信息(13a、13b、13c)，并且

所述移动检测装置包括可视化单元(81)，该可视化单元被构建为利用所述一个或更多个设施线路的所述位置信息(13a、13b、13c)对所述一个或更多个设施线路(10)进行制图，并且提供所述设施线路识别信息(47)。

2.根据权利要求1所述的检测系统，

其特征在于，

所述设施线路识别信息(47)包括所识别的已知设施线路的频谱频率分布轮廓，并且

所述电子信号评估单元(6)基于所述设施线路识别信息(47)得到所述位置信息(13a、13b、13c)。

3.根据权利要求2所述的检测系统，

其特征在于，

所述电子信号评估单元(6)根据所识别的已知设施线路的频谱频率分布轮廓(41)利用所述电检测信号的滤波基于所述设施线路识别信息(47)来得到所述位置信息(13a、13b、13c)。

4.根据权利要求1或2所述的检测系统，

其特征在于，

所述服务器(44)是远程服务器(44)，其中，所述数据库(46)是已知设施线路的集中区域数据库。

5.根据权利要求4所述的检测系统，

其特征在于，

所述数据库(46)是具有已知设施线路的各地理位置的已知设施线路的集中区域数据库。

6.根据权利要求1或2所述的检测系统，

其特征在于，

所述移动检测装置(1)包括定位单元(70)，该定位单元被构建为提供所述移动检测装置(1)的地理位置信息(71)，并且

所述匹配单元(45)根据在所述地理位置信息(71)附近的已知设施线路(10)的地图数据得到所述设施线路识别信息(47)，并且

所述可视化单元(49)基于所述地理位置信息(71)利用提供所述一个或更多个设施线路(10)的图形映射对所述一个或更多个设施线路(10)进行制图。

7.根据权利要求6所述的检测系统，

其特征在于，

所述定位单元(70)包括运动传感器，该运动传感器被构建为创建用于所述移动检测装置(1)的位置确定的运动跟踪。

8.根据权利要求7所述的检测系统，

其特征在于，

所述定位单元(70)包括惯性测量单元IMU和/或具有被构建为基于图像处理进行导航的相机。

9.根据权利要求4所述的检测系统，

其特征在于，

由所述服务器(44)进行的所述匹配包括所述一个或更多个设施线路(10)的识别，该识别与地理位置和在附近穿过所述地理位置的已知设施的数据库条目关联地来进行。

10.根据权利要求9所述的检测系统，

其特征在于，

已知设施线路路径和/或期望设施线路信息与所述设施线路识别信息(47)一起被提供。

11.根据权利要求1或2所述的检测系统，

其特征在于，

所述数据库(46)利用所得到的所述电检测信号的频谱频率分布轮廓(41)、利用所述设施线路识别信息(47)、设施的类型或类别、所述位置信息(13a、13b、13c)和/或地理位置信息(71)来更新。

12.根据权利要求11所述的检测系统，

其特征在于，

所述数据库(46)与所述移动检测装置(1)的操作员交互地更新。

13.根据权利要求1所述的检测系统，

其特征在于，

所述设施线路识别信息(47)包括用于向所述一个或更多个设施线路(10)中的一个施加发送器信号的建议。

14.根据权利要求13所述的检测系统，

其特征在于，

用于向所述一个或更多个设施线路(10)中的一个施加发送器信号的所述建议包括与技术有关的信息和/或与用于施加所述发送器信号的地理位置指示有关的信息。

15.根据权利要求1或2所述的检测系统，

其特征在于，

所述至少两个磁检测器单元(2t、2b)中的至少一个磁检测器单元包括为导电材料的绕组形式的至少三个检测线圈(4)，并且所述位置信息(13a、13b、13c)是所述一个或更多个设施线路(10)相对于所述移动检测装置(1)的多维位置信息，该多维位置信息至少包括深度信息(a)和横向偏移信息(o)。

16.根据权利要求15所述的检测系统，

其特征在于，

所述至少三个检测线圈(4)以它们的所述绕组的各自轴线正交来设置。

17.根据权利要求1或2所述的检测系统，

其特征在于，

所述电子信号评估单元(6)包括用于所述电检测信号的信号调节单元(75)，该信号调节单元具有宽带电流感测放大器(76)、模数转换器(77)、以及可配置选择性滤波器，以便根据各设施线路识别信息(47)和特定设施线路的已知频谱频率分布轮廓来得到所述特定设施线路的所述位置信息。

18.根据权利要求1或2所述的检测系统，

其特征在于，

所述电子信号评估单元(6)包括校准单元(78)，该校准单元提供所述至少两个磁检测器单元(2t、2b)的自校准，所述电子信号评估单元(6)具有用于在所述至少两个磁检测器单元(2t、2b)中的一个处施加电校准信号的校准信号发生器(79)。

19.根据权利要求18所述的检测系统，

其特征在于，

所述自校准使所有检测线圈(4)的检测增益和偏移相等。

20.一种通过使用移动检测装置(1)评估放射交变磁场(B_b、B_t)的被遮蔽的一个或更多个设施线路(10)的设施线路识别信息(47)和位置信息(13、13a、13b、13c)的方法，该移动检测装置(1)包括具有多个检测线圈(4)的间隔开的两个检测器单元(2t、2b)，该方法包括以下步骤：

■得到来自所述多个检测线圈(4)中的至少一个的电检测信号的频谱频率分布轮廓(41)；

■建立到服务器(44)的数据链路，其中，所述服务器(44)接收所述频谱频率分布轮廓(41)，将所述频谱频率分布轮廓(41)与多个已知设施线路的频率分布轮廓的数据库(46)进行匹配，识别一个或更多个设施线路(10)的类型或类别，并向所述移动检测装置(1)提供设施线路识别信息(47)；

■根据来自所述两个检测器单元(2t、2b)的电检测信号的差异得到所述一个或更多个设施线路的位置信息(13)；

■利用所述位置信息(13)对所述一个或更多个设施线路(10)进行制图，并且提供所述设施线路识别信息(47)。

21.根据权利要求20所述的方法，

其特征在于，

定位单元(70)提供所述服务器(44)接收的、所述移动检测装置(1)的地理位置信息(71)，并且

由所述服务器(44)进行的识别的步骤包括根据在所述地理位置信息(71)附近的已知设施线路的地图数据得到所述设施线路识别信息(47)，并且所述制图的步骤包括提供所述一个或更多个设施线路(10)的图形映射。

22.根据权利要求20或21所述的方法，

其特征在于，

所述移动检测装置的校准按照以下方式来进行：

■向所述多个检测线圈(4)中的随后充当用于校准场的磁场发送器的一个检测线圈施加电激励信号；

■由所述多个检测线圈(4)中的未充当发送器的剩余的检测线圈接收所述校准场；并且

■评估从所述剩余的检测线圈(4)接收的信号；

按序列将以上步骤重复多次，其中，每一次，所述多个检测线圈中的另一个都充当发送器，以及

■由校准单元基于来自所述序列的已评估校准场信号确定用于从所述多个检测线圈(4)接收的信号的校准参数。

23.根据权利要求22所述的方法，

其特征在于，

所述校准参数至少包括偏移校准参数和增益校准参数。

24.一种机器可读介质，在所述机器可读介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序在至少一个处理器上执行时，所述计算机程序执行根据权利要求20至23中的任一项所述的方法。

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