CN113874736A - 具有实时动态全球卫星定位的地下线路定位器系统 - Google Patents

Abstract

呈现了一种精确线路定位器，其提供精确的线路定位。定位器包括：壳体；附接到壳体的棒，该棒包括沿着该棒布置的低频天线阵列，该低频天线阵列限定了线路定位器系统的电磁定位轴线；附接到壳体的实时动态(RTK)全球导航卫星(GNSS)天线；定位在壳体中的用户界面；以及耦合到低频天线阵列、RTK GNSS天线和用户界面的处理电路，其中地下线路定位器基于来自低频天线阵列的信号确定地下线路的定位数据并且根据RTK GNSS天线确定地下线路定位器的精确位置。

Description

具有实时动态全球卫星定位的地下线路定位器系统

相关应用

本申请要求2019年5月22日提交的美国临时申请序列号62/851,498和2020年5月21日提交的美国非临时专利申请号16/880,595的优先权，它们整体通过引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明的各实施例涉及地下线路定位，并且尤其涉及一种具有实时动态全球卫星定位的地下定位器系统。

背景技术

使用低频信号定位埋地公用设施(管道和电缆)的过程是众所周知的，并且作为工作实践被广泛采用。线路定位仪器通常包括间隔天线阵列，用于接收由地下设施本身生成的时变磁场信号。这类信号可能是由单独的发射器耦合到地下公用设施中的电流的结果，或者是地下公用设施中固有的，例如来自电力线。间隔天线阵列接收磁场，这些磁场通常处于特定频率。线路定位仪器中的处理电子器件根据线路定位系统确定相对公用设施位置，包括深度、信号电流和其他信息。例如，地下公用设施的水平位置和深度然后可以显示给用户，并且在一些系统中，相对于线路定位器的位置进行记录。

线路定位系统的应用越来越多地用于地图绘制公用设施。希望这些地下公用设施的图在地理上尽可能准确。因此，需要开发具有高度精确定位确定的线路定位系统。

发明内容

根据一些实施例，呈现了用于精确定位地下线路的精确线路定位器。根据一些实施例的精确线路定位器包括：壳体；附接到壳体的棒，该棒包括沿着该棒布置的低频天线阵列，该低频天线阵列限定了线路定位器系统的电磁定位轴线；附接到壳体的实时动态(RTK)全球导航卫星(GNSS)天线；定位在壳体中的用户界面(user interface)；以及耦合到低频天线阵列、RTK GNSS天线和用户界面的处理电路，其中地下线路定位器基于来自低频天线阵列的信号来确定地下线路的定位数据并且根据RTK GNSS天线来确定地下线路定位器的精确位置。

一种精确确定地下线路的位置的方法包括：使用精确线路定位器将地下线路定位在一位置，该精确线路定位器具有沿着棒布置的低频天线阵列，该低频天线阵列限定电磁定位轴线；在第一取向上放置精确线路定位器；确定并记录线路位置数据；在第二取向上放置精确线路定位器，实时动态(RTK)全球导航卫星(GNSS)天线被定位在第二取向上以提供精确位置；以及利用线路位置数据确定并且记录精确位置。

下面关于以下附图讨论这些和其他实施例。

附图说明

图1示出了根据一些实施例的精确地下线路定位器。

图2示出了使用如图1中所示的精确线路定位器的精密地下线路定位器系统的操作。

图3示出了框图，该框图示出了如图1中所示的线路定位器的一些实施例的电路。

图4示出了几何结构，该几何结构示出了用于如图1中所示的精确线路定位器的操作的精确定位位置的校正。

图5示出了世界磁场模型磁场偏角线。

图6示出了根据本发明的一些实施例的精确线路定位器系统的操作的流程图。

图7A和图7B示出了如图1中所示的精确线路定位器的操作取向。

图8示出了惯性测量单元的操作，该惯性测量单元可以包括在如图1所示的线路定位器的一些实施例中。

图9示出了用户界面，该用户界面示出了在如图1所示的包括惯性测量单元的精确线路定位器的一些实施例中测量的滚动、倾斜和偏航的测量值。

在下面进一步讨论这些附图连同其他实施例。

具体实施方式

在以下描述中，阐述了描述本发明的一些实施例的具体细节。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些特定细节中的一些或全部的情况下实践一些实施例。本文公开的具体实施例旨在说明性而非限制性的。本领域技术人员可以意识到虽然本文没有具体描述但在本公开的范围和精神内的其他元件。

该描述说明了创造性方面，并且实施例不应被视为限制性——权利要求限定了受保护的发明。在不脱离本说明书和权利要求书的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。在一些情况下，为了不混淆本发明，没有详细示出或描述众所周知的结构和技术。

卫星定位系统或全球导航卫星系统(GNSS)的最新发展利于以仅几厘米的位置精度精确定位到真实网格参考。此外，实时动态(RTK)可以与地理空间信息结合使用，并且实时提高定位精度-真实‘即时’定位，其中水平精度为10cm RMS(实际精度在地球表面改变，10cm是典型的精度)或更小。

已广泛采用将电缆定位系统与GNSS相结合以产生测量图。然而，这些系统容易建立不准确性。根据本公开的实施例解决了由在电缆定位仪器上部署GNSS天线引起的特定问题。特别地，通过添加RTK，可以减轻使用支持GNSS的定位器准确地确定地下线路的位置所涉及的不准确性。

图1示出了根据一些实施例的精确线路定位器100或电缆定位仪器。图1中所示的实施例可以包括容纳线路定位天线的棒结构102。线路定位天线沿着棒结构102的长度布置。棒结构102可以容纳任何数量的线路定位天线，这些天线被定向以在多个正交维度上测量从地下发出的磁场并且可以沿着棒结构102定向以用于测量地下线路的深度。在一些实施例中，棒结构102可以容纳六(6)个天线。第一组三个天线布置成测量三个正交方向上的磁场，其沿着棒结构102设置在第一位置。第二组三个天线布置成测量三个正交方向上的磁场，并且沿着棒结构102设置在第二位置。因此，棒结构102限定了定位轴线114，该定位轴线沿着容纳在棒结构102中的第一组天线和第二组天线的中心轴线延伸。利用配置的天线组，可以在三个维度上表征时变磁场，并且沿着棒结构102的定位轴线114的两个单独位置处的磁场差异提供了用于确定检测到的地下线路的深度和方向的信息。通常，容纳在棒结构102中的天线被设计用于低频电缆检测，这是众所周知的技术。

精确线路定位器100还包括用于卫星解码的RTK GNSS高频天线108。RTK GNSS天线108是高保真天线，因为需要执行相位敏感测量以与RTK系统结合使用，以确定天线108的精确的地理精确测量值。

图1还示出了精确线路定位器100包括手柄110，当用户使精确线路定位器100通过要定位的地下线路时，该手柄可以被用户用来握持系统100。此外，精确线路定位器包括用户界面104，其在使用期间从用户接收输入并且向用户提供数据。用户界面104方便地放置在精确线路定位器100中以供用户使用。精确线路定位器100中还可以包括电路106以执行线路定位器100的操作。

如图1所示的特定示例中所示，为了方便和功能性，提供并且定形壳体112。电路106和用户界面104可以安装在壳体112内。手柄110可以形成在壳体112的形状中。RTK GNSS天线108和棒结构102安装到壳体112。壳体112被方便地定形以允许用户在使定位器100通过地下线路的同时操作精确定位器100。壳体112在定位器轴线114与RTK GNSS天线108之间沿着壳体112限定了定位器前向轴线116。

图2示出了根据一些实施例的包括精确线路定位器100的精确线路定位系统200的功能操作。如图2中所示，精确线路定位器100被定位在埋线线路206上方，该埋线埋在表面208下方一定距离。埋线线路206通常耦合到发射器204，该发射器204将AC信号耦合到线路206上。在一些应用中，例如在电力线中，线路206可以携带来自另一源的信号。在许多情况下，由发射器204耦合到线路206上的AC信号可以具有由精确线路定位器100检测到的特定频率。容纳在棒结构102中的接收器天线202检测由地下线路206上的AC信号生成的磁场。精确线路定位器100可以使用由线路206生成的磁场产生的来自天线202的信号，确定线路206相对于定位器100的位置。

根据一些实施例，由RTK GNSS天线108确定连接到精确线路定位器100的RTK GNSS天线108的精确位置。因此，一旦由精确线路定位器100定位地下线路206的位置，就由RTKGNSS天线108确定精确线路定位器100的准确位置。因此，可以确定并且记录线路206的精确地理位置。可以通过确定线路206在线路206上的多个位置上的精确地理位置来执行线路206的映射。

实时动态(RTK)定位是指一种用于增强RTK GNSS天线108处的精确定位的数据卫星导航技术。RTK定位采用与RTK GNSS天线108结合的固定接收器212。固定接收器212和RTKGNSS接收器108中的每一个与多个全球定位卫星210通信，其中示出了卫星210-1到210-N。

众所周知，如固定接收器212或接收器108之类的接收器之间的距离可以通过计算信号从卫星到达接收器所花费的时间来确定。可以基于卫星信号中传输的信息计算此延迟。接收器与多个卫星之间的距离以及卫星的已知位置的计算允许接收器的准确定位确定。然而，可以达到的精度仅限于一米或更多，这取决于包括例如基于大气条件或其他信号干扰的传播时间之类的条件。

RTK定位遵循相同的一般概念，但使用来自卫星210-1到210-N中的每一个的载波信号连同固定接收器212，以提供1cm或更小的位置精度。具体地，RTK使用来自卫星210-1到210-N中的每一个的卫星信号的载波来细化基站212的定位。基站212确定对通过常规方法以及通过基于载波相移的确定定位的位置的校正，并且将位置校正发送到RTK GNSS接收器108。具体地，RTK GNSS 108和基站212中的每一个测量相位差并且RTK GNSS 108接收由基站212测量的相位差以与通过其测量确定的相位差来确定校正。

因此，RTK GNSS天线108与使用实时动态技术而不是标准全球定位的基于代码的定位的系统一起使用。RTK是一种使用基于载波的测距并且提供的范围比通过基于代码的定位提供的范围(以及因此提供的位置)精确几个数量级的技术。

在实践中，RTK系统使用位于已知位置的单个基站接收器212以及移动站，其在本申请中是精确定位系统100的RTK天线108。基站212重新广播它观察到的载波相位，并且RTK天线108将其自身的相位测量值与从基站接收到的相位测量值进行比较。这允许精确定位系统100的RTK天线108以高精度计算其相对于基站212的相对位置，在一些情况下达到毫米以内。然后实际位置精确到基站212的位置的精度内，通常水平地在1厘米±1ppm以内并且竖直地在2厘米±1ppm以内。这意味着一公里内的精度为±1cm。在一些实施例中，基站212可以是公共RTK NTRIP(经由互联网协议的海事无线电技术委员会(RTCM)网络传输)基站中的一个。当并入用于绘制地下公用设施位置的精确线路定位系统100时，这种精度非常有价值。

RTK GNSS天线108在定位器系统100上的位置对于精确线路定位器系统100的操作可能是非常重要的。虽然RTK GNSS天线108可以安装在精确线路定位器系统100的壳体112上的任何位置，但为了良好操作，RTK GNSS天线108可以定位为具有清晰不间断的天空视野。如果RTK GNSS天线108受阻，则可能无法进行精确定位。因此，在许多实施例中，RTKGNSS天线108安装在距定位轴线114的距离为R处。

GNSS接收器的一些现有应用涉及将接收器安装在高延伸桅杆上，该桅杆将接收器放置在操作者的头部上方。然而，这种布置在线路定位系统中不能很好地发挥作用，因为处理起来非常笨拙。虽然以前没有并入线路定位系统，但RTK GNSS接收器已经用于诸如测量设备之类的系统。这些系统使用高延伸桅杆来确保RTK GNSS天线高于任何用户的头部高度。这类系统工作良好，但是在电缆定位器系统中使用是笨拙且不切实际的。

尽管将RTK GNSS天线108放置在壳体112上与棒102的定位轴线114直接对齐的位置(图1中指示的位置B)，该位置与天线202对齐，但该位置可能不是理想的。将RTK GNSS天线108放置在图1中标记为‘B’的位置可能会由于用户的相对位置而导致天空明显模糊，这种效果通常称为“人体阴影”。虽然不切实际，但位置B确保RTK GNSS天线108与定位器固有的电磁轴线在同一竖直轴线上对齐，该轴线指示为定位轴线114(由低频天线阵列202限定)，该位置导致RTK GNSS天线108模糊可能对定位器100的精确定位功能产生负面影响，或者甚至可能使线路定位器100不能作为精确线路定位器进行操作。

因此，在根据本公开的实施例中，RTK GNSS天线108被放置在壳体112上的一个位置，在此处其具有清晰的天空视野并且在通过手柄110抓握线路定位器100进行操作时不太可能被线路定位器100的操作者遮蔽。如图1中所示，定位RTK GNSS天线108可以例如连接在精确线路定位器100上的壳体112的位置A处。考虑以上几点可以得出以下结论：位置‘A’是可行的选项并且对操作精确线路定位器100的整体人体工程学只有很小的影响。然而，将RTK GNSS天线108放置在位置‘A’处会产生另一个将在下面进一步讨论的固有误差。即，RTKGNSS天线108偏离精确线路定位器100的电磁定位器轴线114，如安装在棒102中的天线202所限定。

图3示出了示例框图300，该框图示出了如图1中所示的精密线路定位系统100的电路106。如图2中所示，电路106包括处理电路302。处理电路302可以是电子器件、存储器、处理器、微型计算机、微控制器或如下所述接收和处理数据的其他设备的任何组合。特别地，处理电路302可以包括执行存储在存储器中的指令的至少一个处理器。存储器包括存储指令和数据的易失性和非易失性存储器的组合，这些指令和数据被执行以精确定位和映射一条或多条地下线路206，如下文进一步描述。在映射期间，当提示时，处理电路302记录来自定位器的定位信息(深度、电流、磁场强度、侧向偏移等)并且记录来自沿着地下线路206的一个或多个位置上的RTK GNSS天线108的精确位置信息，以便存储地下线路206的位置的精确映射。该映射可以在多于一条地下线路上执行以在地理区域上完整地映射公用设施。

如图3中所示，处理电路302从用户界面104接收数据。用户界面104可以是安装到壳体112中的任何用户界面。用户界面104可以例如包括显示屏，其可以是触摸屏、定位的物理按钮、扬声器、麦克风和/或允许处理电路302向精确线路定位器100的操作者提供信息并且允许操作者输入参数的其他设备。例如，此类参数可以用于配置精确线路定位器100的操作参数或控制显示配置操作。此外，用户界面104可以允许用户指示地下线路的标记和由RTK GNSS天线108测量的精确位置的记录。此外，用户界面104可以包括到另一设备的接口，用于传输存储的数据、更新存储在处理电路302的存储器中的指令，或执行其他功能。在一些实施例中，用户界面104可以包括诸如蓝牙的无线通信接口或其他通信标准以执行精确线路定位器100的上传和下载功能。在一些实施例中，例如，诸如USB接口的物理接口可以被用于从精确线路定位器100下载数据或将数据上传到该精确线路定位器。在一些实施例中，用户界面104可以包括用于无线连接到局域网的接口和/或可以包括用于与基于云的服务通信的蜂窝服务，例如用于映射公用设施。

处理电路302还耦合到低频天线电路308，其包括接收器天线202。低频天线电路308可以包括线圈天线作为接收器天线202，其能够测量在地下线路206中由于通过发射器204将信号传输到地下线路206上，或者通过地下线路206中固有地携带的信号(例如，电力线信号)而生成的时变磁场。在一些情况下，处理电路302可以提供数字信号以控制天线308的配置。低频天线电路308包括用于从接收器天线202接收信号并将数字化接收器信号提供给处理电路302的电路。例如，天线电路308包括被配置成提供数字信号的模拟滤波和模数转换器。然后天线电路308向处理电路302提供指示来自接收器天线202中每一个的磁场强度的数字化信号。

支持电路304可以包括进一步与定位器100一起使用的任何电路，例如功率控制电路或任何模数或数模电路、模拟信号的滤波或其他动作。

在一些实施例中，处理电路302耦合到惯性测量单元(IMU)306。IMU 306可以包含加速度计、陀螺仪和/或磁力计的组合，这些组合允许测量精确线路定位器100的加速度和方向取向。通常，IMU 306可以包括任何数量的加速度计、陀螺仪和/或磁力计，以测量相对于精确线路定位器100的一组轴线的加速度。例如，IMU 306可以包括被定位成沿着三个正交轴线测量加速度的三个加速度计、以及被定位成围绕三个正交轴线中的每一个测量角加速度的三个陀螺仪。在一些实施例中，IMU 306可以包括沿着三个正交轴线测量磁场的磁力计。来自IMU 306的加速度数据以数字方式提供给处理电路302，其可以确定精密位置传感器100的当前取向。在一些实施例中，可以相对于定位轴线114和定位器轴线116确定取向。

处理电路302还耦合到RTK GNSS天线108。RTK GNSS天线108包括用于从卫星210接收卫星信号的天线和接收电路、以及用于从基站212接收相位数据的天线和接收电路。在一些实施例中，基站212和RTK GNSS天线108可以使用UHF信令进行通信。然而，可以使用任何通信技术从基站212向RTK GNSS天线108提供数据。

RTK技术可以涉及基于从卫星210接收到的信号和来自基站212的相位数据的复杂计算。在一些实施例中，RTK GNSS天线108包括检测和处理电路，其如上所述根据卫星信号确定RTK GNSS天线108的精确位置。在那种情况下，RTK GNSS天线108向处理电路302提供精确的位置数据。在一些实施例中，RTK GNSS天线可以将来自卫星210的接收信号和来自基站212的相位数据提供给处理电路302，其中计算对RTK GNSS天线108的精确位置的计算。

图4利用图1中呈现的精确线路定位器系统100的具体示例示出了精确定位测量的几何形状。图4示出了精确线路定位器100相对于真北N的取向并且定位成使得竖直定位限定了磁性轴线的棒102。在图4所示的示例中，保持精确线路定位器100使得通常在已经定位的地下线路上方竖直保持定位器轴线114，从而可以使用RTK GNSS天线108获得该线路的精确位置。

如图1和图4中所示，值R表示定位器轴线114——也称为磁性轴线——与RTK GNSS天线108的位置的间隔。角度θ是定位器前向轴线116与真北之间的角度。在此示例中，θ是360°-方位角(例如，沿着定位器前向轴线116的前向方向)。如上所述，由低频天线几何形状限定定位轴线114。

如图4中所示，RTK GNSS天线轴线与定位轴线114之间的距离R产生了相对于真实网格参考的误差，其可以相对于精确线路定位器100的方向成任何角度。如图4中所示，相对于真北N的方向和RTK GNSS 108的位置定义纬度误差和经度误差。在定位轴线114竖直定位在要确定精确定位的点上、RTK GNSS 108之间的距离作为沿着定位器前向轴线116到定位轴线114的距离R、以及角度θ在真北N与定位器轴θ之间的情况下，可以如下计算真纬度误差和经度误差：

纬度误差＝R cosine(360-θ)；

经度误差＝R sine(360-θ)。

校正上述误差的一种解决方案是测量角度θ并且使用在处理电路302中执行的软件来应用校正。这种解决方案假定建立真实网格角度参考的准确且可靠的方法。在一些实施例中，IMU 306可以包括磁通门磁力计，该磁通门磁力计可以用于测量通常在真北(角度参考)的几度内的地球磁场。这种方法可以很好地工作，但不能被认为是可靠的。

一个问题是磁偏角的变化。磁偏角是指真北N与磁北之间的角度，即地球磁场的局部方向。如图5中所示，地球表面的磁偏角变化很大。图5示出了墨卡托地图，该地图示出了由国家海洋和大气管理局(NOAA)与国家地球物理数据中心(NGDC)和环境科学研究合作研究所(CIRES)开发的磁偏角等角线。等高线间隔为2度，其中标有“红色”的线表示正偏角(向东)，“蓝色”表示负偏角(向西)，而“绿色”是零偏角线。

此外，由停放的车辆和其他铁结构引起的局部变化会导致高达180°的角度测量误差。本发明的实施例提供了一种解决上述问题的简单方法，允许线路定位器系统100使用带有RTK GNSS天线108的RTK将精确的公用设施位置与厘米级精确的地理空间数据相结合。

图6示出了用于操作精确线路定位器100的实施例以记录和存储关于地理区域上的地下线路206的位置的数据以形成地图的方法600。本文描述的一些实施例呈现了一种简单但准确的方法来校正上述固有误差。如上所述，相对于电磁定位轴线114来限定定位位置，该轴线由精确线路定位器100的棒102中的天线202限定。图7A和图7B示出了精确线路定位器100如何可以在方法600的各种步骤期间操作以便首先定位并且记录与地下线路206相对于精确线路定位器100有关的位置数据，然后重新定向精确线路定位器100以获得并且记录具有RTK GNSS天线108的线路定位器100的精确位置。

如图6中所示，在步骤602中，精确线路定位器100作为用于使用天线202定位地下线路206的位置的线路定位器。线路定位器100可以相对于精确线路定位器100精确地定位地下线路206的位置。一旦用精确线路定位器100定位地下线路206，就在步骤604中在地下线路206上方的第一取向704上放置线路定位器100。

图7A示出了步骤604的取向704，其中底部702被放置在地面208上并且定位轴线114被定位成竖直的。取向704用于通过使用棒102中的天线202由精确线路定位器100提供地下线路206的准确位置。在操作中，用户将棒102的底部702放置在地平面208处并且竖直地对齐定位器轴线114以在确定地下线路206相对于精确线路定位器100的位置时消除任何偏移误差。

一旦在取向704上限定定位位置，则在步骤606中记录定位信息。通常，该阶段的记录使一组电磁测量值被记录在处理电路302的存储器中。这些测量值可以包括例如线路206的深度、由定位器100测量的通过线路206的电流、指示定位轴线114不直接位于地下线路206上方的侧向偏移、以及公用设施相对于线路定位系统100的故障测量。当精确线路定位器100确定它在取向704上或者当由用户在用户界面104上提示时可以在步骤606中进行记录。

一旦在步骤606中记录定位信息，则在步骤608中，精确线路定位器100提示用户定位定位器100以记录精确位置数据。图7B示出了允许使用RTK GNSS天线108精确测量地下线路206的位置的取向706。在取向706上，提示用户如图7B中所示向后的倾斜精确线路定位器100，直到RTK GNSS天线108与竖直轴线708对齐，该竖直轴线竖直地延伸穿过底部702。在RTK GNSS天线108直接位于定位位置上方的点处，可以在步骤610中测量RTK地理空间位置并且将其附加到具有上述定位测量数据的测量日志。

在取向706上，RTK GNSS天线108和限定的定位位置现在在同一竖直线上，消除了由偏移位移R引起的误差。因此，上述校正方程中的值R可以在上述校正方程中设置为0。换言之，RTK GNSS 108已经与定位操作期间定位器轴线114所在的位置齐平(into line)，因此在校正计算中R的值减小到0。

在步骤612中，方法600确定是否要为更多位置记录数据。如果不是，则在步骤614中停止精确线路定位器600。如果是，则在步骤616中将精确线路定位器600移动到下一位置，并且方法600返回到步骤602。以这种方式，定位数据和多个(1个或多个)位置的精确位置数据的映射被存储在处理电路302的存储器中。每个记录的数据可以用于确定地下线路206在这些位置中的每一个处的精确位置，因为精确线路定位器100的几何形状本身是明确限定的。地下线路206在每个位置的精确位置的计算可以稍后根据日志数据执行，或者在一些实施例中可以由处理电路302执行。

在一些实施例中，可以包括惯性测量单元(IMU)306。IMU 306可以是在将精确线路定位器100定位在图7A的位置704或图7B的位置706中时提供引导的有用部件。在一些示例中，IMU 306可以包括组合的MEMS陀螺仪和加速度计。IMU 306在处理电路302的控制下产生如图8中所示的滚动、俯仰和偏航的实时测量值。在一些实施例中，更新速率通常为26Hz(最大100Hz)并且测量精度通常在±1°以内。

如图8中所示，IMU 306惯性地测量沿着定位轴线114(Z方向)、前向定位轴线116(X方向)和垂直于Z方向和X方向的Y方向的加速度。IMU 306进一步测量围绕X轴、Y轴和Z轴中的每一个轴的角旋转加速度。IMU 306进一步包括测量围绕X轴(滚动Φ)的旋转加速度、围绕Y轴的旋转加速度(俯仰θ)和围绕Z轴的旋转加速度(偏航ψ)的陀螺仪。处理电路302从IMU306接收加速度数据并且可以计算精确线路定位器100的取向。

在一些实施例中，测量的角度可以参考定位器用户界面104显示器，其特征在于如图1所示的定位器顶部的手柄。因此可以感测定位位置和RTK-GNSS天线垂直共线所在的确切点。实际偏移(主要是俯仰角)由精确定位器100的物理尺寸限定并且是固定的和已知的。

在一些实施例中，可以在如图9中所示的用户界面104上提供对齐过程中的指导。如图9中所示，用户界面104包括可以根据用户设置(关闭、动态、固定)显示角度补偿的显示器902。显示器902当前正在示出动态用户设置。当角度补偿为“动态”时，根据IMU 306的实时测量值更新滚动和俯仰。图9示出了根据指示器904中的3D加速度计(XL)、指示器906中指示的3D陀螺仪(G)计算的俯仰和滚转，以及如指示器908中所指示的组合的XL&G俯仰值和滚动值，如上所述。此外，水平仪910展示了定位器轴线114相对于重力的对齐。此外，用户界面104可以包括用户输入按钮912以控制精确定位器100的操作。在一些实施例中，水平仪910可以是计算机生成的或机械水平仪。水平仪910可以被布置为指示在图7A的取向704上的定位以及在图7B中所示的取向706上的随后定位。

尽管用户界面104可以如图9所示以不同方式布置或分布，但一些实施例可以包括‘水平仪’小部件910以提醒用户已经达到对齐的准确RTK位置。该提醒还会导致测量准确位置，从而允许将该数据附加到上述标准勘测地图数据中。在一些实施例中，水平仪小部件910可以显示如图7A中所示的用于在取向704上对齐的第一水平，并且显示如图7B中所示用于在取向706上对齐的第二水平。

在一些实施例中，可以发现没有必要将定位器移动到共线的确切点。鉴于滚动、俯仰和偏航的3个惯性测量值不断更新，并且定位器的电磁轴线与RTK天线之间存在已知的三角关系，因此可以推断较小的位移就足够了。可以基于来自IMU 306的数据通过处理电路302中的计算来校正与理想定位的位移。

以上详细描述是为了说明本发明的具体实施例，并非旨在进行限制。在本发明范围内的多种变化和修改是可能的。在以下权利要求中阐述本发明。

Claims (19)

1.一种精确线路定位器，包括：

壳体；

附接到所述壳体的棒，所述棒包括沿着所述棒布置的低频天线阵列，所述低频天线阵列限定所述线路定位器系统的电磁定位轴线；

附接到所述壳体的实时动态RTK全球导航卫星GNSS天线；

定位在所述壳体中的用户界面；以及

与所述低频天线阵列、所述RTK GNSS天线和所述用户界面耦合的处理电路，

其中所述地下线路定位器基于来自所述低频天线阵列的信号来确定所述地下线路的定位数据，并且根据所述RTK GNSS天线来确定所述地下线路定位器的精确位置。

2.根据权利要求1所述的精确线路定位器，其中所述处理电路记录所述定位数据、和所述地下线路的一个或多个位置点的精确位置。

3.根据权利要求1所述的精确线路定位器，其中所述壳体限定了垂直于所述电磁定位轴线的前向定位轴线，并且沿着所述前向定位轴线形成用户手柄，并且所述用户界面和所述RTK GNSS天线沿着所述前向定位轴线附接，所述RTK GNSS天线与所述电磁定位轴线分开。

4.根据权利要求3所述的精确线路定位器，其中利用所述精确线路定位器在第一取向上确定所述定位数据，并且其中利用所述精确线路定位器在第二取向上确定所述精确位置。

5.根据权利要求4所述的精确线路定位器，其中在所述电磁定位轴线与垂直线对齐并且所述棒的底部搁置在所述地下线路上方的地面上的情况下，实现所述第一取向。

6.根据权利要求5所述的精确线路定位器，其中在所述棒的底部保持在所述地下线路上方的所述地面上并且所述RTK GNSS天线沿着所述垂直线定位的情况下，实现所述第二取向。

7.根据权利要求4所述的精确线路定位器，其中所述处理电路执行存储在存储器中的指令以进行以下操作：

利用所述低频天线阵列定位所述地下线路；

当所述线路定位器处于所述第一取向时，确定并记录定位数据；以及

利用所述定位数据确定并记录所述精确位置。

8.根据权利要求4所述的精确线路定位器，还包括惯性测量单元。

9.根据权利要求8所述的精确线路定位器，其中来自所述惯性测量单元的数据显示在所述用户界面上以帮助在所述第一取向和所述第二取向上放置所述线路定位器。

10.根据权利要求9所述的精确线路定位器，还包括：一个或多个水平仪显示器，以帮助在所述第一取向和/或所述第二取向上放置所述线路定位器。

11.一种精确确定地下线路的位置的方法，包括：

利用精确线路定位器将地下线路定位在一位置，所述精确线路定位器具有沿着棒布置的低频天线阵列，所述低频天线阵列限定电磁定位轴线；

在第一取向上放置所述精确线路定位器；

确定并记录线路位置数据；

在第二取向上放置所述精确线路定位器，实时动态RTK全球导航卫星GNSS天线被定位在所述第二取向上以提供精确位置；以及

利用所述线路位置数据确定并记录所述精确位置。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：通过在多个位置记录所述线路定位精确位置来产生所述地下线路的图。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述棒附接到壳体，所述壳体限定垂直于所述电磁定位轴线的前向定位轴线，沿着所述前向定位轴线形成用户手柄，并且用户界面和所述RTK GNSS天线沿着所述前向定位轴线附接，所述RTK GNSS天线与所述电磁定位轴线分开。

14.根据权利要求13所述的方法，其中在所述电磁定位轴线与垂直线对齐并且所述棒的底部搁置在所述地下线路之上的地面上的情况下，实现所述第一取向。

15.根据权利要求14所述的方法，其中在所述棒的底部保持在所述地下线路上方的所述地面上并且所述RTK GNSS天线沿着所述垂直线定位的情况下，实现所述第二取向。

16.根据权利要求13所述的方法，其中在所述第一取向上放置所述精确线路定位器包括：基于从惯性测量单元接收的数据，在所述用户界面上指示所述第一取向。

17.根据权利要求13所述的方法，其中在所述第二取向上放置所述精确线路定位器包括：基于从惯性测量单元接收的数据，在所述用户界面上指示所述第二取向。

18.根据权利要求13所述的方法，其中在所述第一取向上放置所述精确线路定位器包括：基于从水平仪接收的数据，在所述用户界面上指示所述第一取向。

19.根据权利要求13所述的方法，其中在所述第二取向上放置所述精确线路定位器包括：基于从水平仪接收的数据，在所述用户界面上指示所述第二取向。

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