CN109782222B - 一种集成rtls的地下管线定位方法与系统 - Google Patents

Abstract

一种集成RTLS的地下管线定位方法与系统，首先规划本次要探测的管线探测区域，根据管线探测区域设置至少3个RTLS基站，其次在中控上规划飞行器在管线探测区域的探测轨迹，然后打开发射机对待测管线区域进行激励，控制飞行器沿着探测轨迹进行飞行，从而利用飞行器上的磁感应强度探测器进行磁感应强度的测量，同时利用飞行器上的定位标签以及RTLS基站进行超声波或者超宽带定位，飞行器上的主控单元将磁感应强度的测量结果和/或定位结果通过通讯单元发送出去，中控实时接收磁感应强度信息以及定位信息，最后根据接收到的磁感应强度信息以及定位信息对地下管线进行定位。本发明可以显著提高地下管线探测的效率，完成传统方法难以完成的探测任务。

Description

一种集成RTLS的地下管线定位方法与系统

技术领域

本发明涉及管线定位领域，更具体地说，涉及一种集成RTLS(RealtimeLocationing System，实时定位系统)的地下管线定位方法与系统。

背景技术

在管线探测、定位的操作过程中，分为简单管线的定位和复杂管线的定位。在简单的管线定位中，通过管线仪操作员的个人直觉以及仪器内置的简易定位功能进行磁场强度顶点或者谷点的判断，可以获得初步的管线位置和埋深信息。在复杂管线的定位过程中，通常要同时采集和记录预设的测线上的磁感应强度以及相应的位置，然后根据磁感应强度-位置曲线的特征进行地球物理反演定性判断和定位。基本操作流程如下：

1、根据前期了解的资料或者初步测量结果布置测线(平铺在地上的皮卷尺或者带标的线绳)；

2、管线仪操作员手持管线仪在提前布置好的测线上行走，保持管线仪的方向和高度不变，每隔一定距离(根据测绳或皮尺上的标记)实时读出位置和磁感应强度(管线仪所示强度)，报与记录员记录并绘制曲线；

3、测量人员根据剖面的磁感应强度-位置曲线的特征判断、定位，或者布置进一步的测量。

复杂管线也分为2种情况，一种是地下管线本身错综复杂，另一种是探测位置复杂(如沟渠、湖泊或公路)不便于定位。在地下管线本身很复杂的情况下，需要对位置和强度有准确的测量并采集更多的数据，而由人手持仪器很难保持探测仪的角度和水平高度的稳定，当测线位于沟渠或者湖泊时更是难以实现数据的采集；记录员在探测现场记录数据和绘制场强曲线也很困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述在地下管线本身很复杂的情况下，需要对位置和强度有准确的测量，而由人手持仪器很难保持探测仪的角度和高度的稳定，当测线位于沟渠或者湖泊时更是难以实现数据的采集的缺陷，提供一种集成RTLS的地下管线定位方法与系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种集成RTLS的地下管线定位方法，包含如下步骤：

(1)规划本次要探测的管线探测区域；

(2)根据所述管线探测区域设置至少3个RTLS基站；

(3)在中控上规划飞行器在所述管线探测区域的探测轨迹；

(4)打开发射机对待测管线区域进行激励；

(5)控制飞行器沿着所述探测轨迹进行飞行，从而利用飞行器上的磁感应强度探测器进行磁感应强度的测量，同时利用飞行器上的定位标签以及 RTLS基站进行超声波/UWB定位，通过飞行器上的主控单元将得到的定位信息和/或磁感应强度信息通过通讯单元发送出去；用超声波定位时，飞行器的位置由基站直接解算，飞行器上的通讯单元仅仅发送磁感应强度信息，用UWB定位时，飞行器上的通讯单元发送磁感应强度信息和定位信息；

(5)中控实时接收所述磁感应强度信息和/或定位信息；

(6)根据步骤(5)接收到的磁感应强度信息和/或定位信息对地下管线进行定位。

进一步的，在本发明的地下管线定位方法中，步骤(4)中的所述激励为搭线激励或者大回环激励。

进一步的，在本发明的地下管线定位方法中，所述磁感应强度探测器所测量的是交变磁场的磁感应强度。

进一步的，在本发明的地下管线定位方法中，利用飞行器上的定位标签以及RTLS系统进行超声波/UWB定位是通过下述方法进行的：

任意3个RTLS基站之间先通过相互发射声波或者射频，根据TOF测得相互的位置，然后飞行器上的定位标签再发出声波或者射频电磁波测得相对各个基站的位置，由定位系统解算出飞行器上的标签在基站坐标的位置。

进一步的，在本发明的地下管线定位方法中，所述磁感应强度探测器为一个或者多个单分量或者3分量磁感应强度传感器。

进一步的，在本发明的地下管线定位方法中，所述中控为工控机、笔记本电脑、手机、平板或者PDA。

根据本发明的另一方面，本发明为解决其技术问题，还提供了一种集成 RTL的地下管线定位方法中，采用上述任意一项的管线定位方法进行地下管线定位。

实施本发明的集成RTL的地下管线定位方法与系统，具有以下有益效果：本发明将高精度的实时定位系统配合飞行器，实现管线测线磁感应强度的自动化测量和采集，得到的数据在中控上实时进行地球物理反演成图并计算特征参数从而计算出地下管线的位置，对探测效果欠佳的位置可以现场再次部署新的探测方案，可以显著提高探测的效率，完成传统方法难以完成的探测任务，且计算出的精度高(分米级、厘米级)。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的集成RTLS的地下管线定位系统的原理图；

图2是三角定位法的定位原理图；

图3管线分布曲线示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

参考图1，其为本发明的集成RTLS的地下管线定位系统的原理图，下述将结合该原理图对本发明的集成RTLS的管线定位方法进行说明。本发明的集成RTLS的管线定位方法，包含如下步骤：

(1)根据前期了解的资料或者初步的探测规划本次要探测的管线探测区域，一般方圆50到100米左右。

(2)根据所述管线探测区域设置至少3个RTLS(Real-time locating systems，实时定位系统)基站。

(3)在中控上规划飞行器在所述管线探测区域的探测轨迹。飞行器为旋翼飞行器，内置陀螺仪、加速度计、磁感应强度探测器以及无线传输模块(或功能)，这些数据可传输至中控，中控为工控机、笔记本电脑、手机、平板或者PDA，但是本发明不限于此。

(4)打开发射机对待测管线区域进行直接激励(搭线激励)或者耦合激励(大回环激励)。激励后，管线周围产生交变磁场。

(5)控制飞行器沿着所述探测轨迹进行飞行，从而利用飞行器上的磁感应强度探测器进行磁感应强度的测量，同时利用飞行器上的定位标签以及 RTLS基站进行超声波/UWB定位，通过飞行器上的主控单元将得到的定位信息和/或磁感应强度信息通过通讯单元发送出去；用超声波定位时，飞行器的位置由基站直接解算，飞行器上的通讯单元仅仅发送磁感应强度信息，用UWB定位时，飞行器上的通讯单元发送磁感应强度信息和定位信息。所述磁感应强度探测器所测量的磁感应强度为交变磁场的强度。所述磁感应强度探测器为一个或者多个单分量或者3分量磁感应强度传感器。

(5)中控实时接收所述磁感应强度信息和/或定位信息。

(6)根据步骤(5)接收到的磁磁感应强度信息和/或定位信息对地下管线进行定位。

利用飞行器上的定位标签以及RTLS基站进行超声波/UWB(Ultra- wideband，超宽带)定位是通过三角定位解算得到的，参考下述方法进行的：任意3个RTLS基站之间先通过相互发射声波或者射频，根据TOF测得相互的位置，然后飞行器上的定位标签再发出声波或者射频电磁波测得相对各个基站的位置，由定位系统解算出飞行器上的标签在基站坐标的位置。

如图2，设A、B、C的位置已知，未知点P与A、B、C的距离分别为r1， r2，r3。那么P点最终只能在A、B、C3个圆的共同的交点上。

根据探测的曲线，如何计算出地下管线的位置：

如图3，地下埋覆的电缆，在周围有电磁场变化(天然场变化或者人工激励的磁场变化)时，在电缆周围就会感应出二次交变电磁场。该电缆在地面上的垂直直线方向的剖面上所测得的电磁场的水平分量分布即如图，在电缆正上方最大，越偏离正上方，水平分量越小。如图3对地表的P点，有

通过在地表测量磁场分布，然后通过反演算法计算出电缆的地表投影位置和电缆的埋设深度。其中，Hx表示磁感应强度，h表示电缆的埋藏深度，x表示探测点到电缆在地表投影位置的水平距离，i表示地下电缆中感应出或者激励出的电流。

在本设计中采用3分量交变磁场测量传感器，通过部署旋翼飞行器在地表进行密集的3分量交变磁场测量，可以快速确定地下管线的分布(走向、深度)。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种集成RTLS的地下管线定位方法，其特征在于，包含如下步骤：

(1)规划本次要探测的管线探测区域；

(2)根据所述管线探测区域设置至少3个RTLS基站；

(3)在中控上规划飞行器在所述管线探测区域的探测轨迹；

(4)打开发射机对待测管线区域进行激励；

(5)控制飞行器沿着所述探测轨迹进行飞行，从而利用飞行器上的磁感应强度探测器进行磁感应强度的测量，同时利用飞行器上的定位标签以及RTLS基站进行超声波/UWB定位，通过飞行器上的主控单元将得到的定位信息和/或磁感应强度信息通过通讯单元发送出去；用超声波定位时，飞行器的位置由基站直接解算，飞行器上的通讯单元仅仅发送磁感应强度信息，用UWB定位时，飞行器上的通讯单元发送磁感应强度信息和定位信息；(5)中控实时接收所述磁感应强度信息和/或定位信息；

(6)根据步骤(5)接收到的磁感应强度信息和/或定位信息对地下管线进行定位，具体为：所述地下管线在周围有电磁场变化时会感应出二次交变电磁场，所述二次交变电磁场在所述地下管线正上方最大，越偏离正上方，水平分量越小，通过在地表测量磁场分布，然后通过反演算法计算出所述地下管线的地表投影位置和电缆的埋设深度，计算公式为：

其中，Hx表示磁感应强度，h表示地下管线的埋藏深度，x表示探测点到地下管线在地表投影位置的水平位置，i表示地下管线中感应出的电流。

2.根据权利要求1所述的地下管线定位方法，其特征在于，步骤(4)中的所述激励为搭线激励或者大回环激励。

3.根据权利要求1所述的管线定位方法，其特征在于，所述磁感应强度探测器所测量的是交变磁场的磁感应强度。

4.根据权利要求1所述的地下管线定位方法，其特征在于，利用飞行器上的定位标签以及RTLS系统进行超声波/UWB定位是通过下述方法进行的：

任意3个RTLS基站之间先通过相互发射声波或者射频，根据TOF测得相互的位置，然后飞行器上的定位标签再发出声波或者射频电磁波测得相对各个基站的位置，由定位系统解算出飞行器上的标签在基站坐标的位置。

5.根据权利要求1所述的地下管线定位方法，其特征在于，所述磁感应强度探测器为一个或者多个单分量或者3分量磁感应强度传感器。

6.根据权利要求1所述的地下管线定位方法，其特征在于，所述中控为工控机、笔记本电脑、手机、平板或者PDA。

7.一种集成RTLS的地下管线定位系统，其特征在于，采用如权利要求1-6任意一项所述的管线定位方法进行地下管线定位。

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