CN219456524U - 一种高精度定位定姿设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高精度定位定姿设备，用于智能管网定位巡查，包括壳体；所述壳体的外侧布置有至少两组GNSS天线，该GNSS天线用于获取目标设备绝对位置和姿态信息；所述壳体内部安装的PCB板上分别连接有主控模块、以及用于接收GNSS天线信息的定位定向模块，其主控模块的输出端通过数据线连接有处理终端设备，壳体的正面分别布置有双目相机和深度传感器；本实用新型能够定位并呈现地下管线情况并生成且快速记录管线模型数据信息，提高城市管网可视化能力，方便运维人员定位异常设备以及时排查出城市管网问题，加快了城市管网的施工效率，实现地下管网全生命周期管理维护。

Description

一种高精度定位定姿设备

技术领域

本实用新型涉及智慧管网技术领域，尤其涉及实时高精度定位定姿、AR虚实增强应用于一体的智能设备，具体为一种高精度定位定姿设备。

背景技术

在城市地下管网建设、改造和运维过程中，往往是需要划制管线指导开槽进行现场施工，在回填所开槽之前再次校核现场的安装情况，从而能够及时发现施工问题，并指导整改和记录，方便实时掌握工程的施工情况；现如今多是使用定位定姿设备来校核管线施工的状况，利用定位定姿设备便于运维人员定位异常设备以及时排查出施工过程中的问题，随着科技的不断发展，市场上出现了不同种类的定位定姿设备。

目前的定位定姿设备，难以迅速准确的得知出工程中所隐藏的管线分布情况，且往往需要耗费大量的时间来绘制出所隐藏的管线，致使管线施工效率低、运维成本高，且管线施工及运维数据难以记录，影响了管线的周期维护，不利于城市管线的长久使用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高精度定位定姿设备，以解决上述背景技术中提出的现有定位定姿设备难以迅速准确得知工程中隐藏管线、施工效率低、运维成本高和数据难以记录的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种高精度定位定姿设备，用于智能管网定位巡查，包括壳体、以及布置在壳体上的功能接口；所述壳体的外侧布置有至少两组GNSS天线，该GNSS天线用于获取目标设备绝对位置和姿态信息；所述壳体内部安装的PCB板上分别连接有主控模块、以及用于接收GNSS天线信息的定位定向模块，且主控模块通过USB转TTL模块与定位定向模块连接在一起，其主控模块的输出端通过数据线连接有处理终端设备；所述壳体的正面分别布置有双目相机和深度传感器，该双目相机用于获取目标设备影像数据进行双目SLAM定位，双目相机由左目相机与右目相机组成，且左目相机与右目相机皆具有同主控模块连接的相机驱动板，深度传感器与主控模块连接在一起。

进一步的，所述壳体的外侧布置有供GNSS天线连接的天线接口，所述定位定向模块为UM982定位定向芯片，UM982定位定向芯片的二号引脚端通过电容与天线接口连接，其天线接口通过电感连接有负载开关，负载开关采用FPF2004型芯片。

进一步的，所述主控模块的输出端双向连接有存储模块，该主控模块为GL3520-OS322主控芯片，且主控芯片的DVDD引脚端与DVDD12引脚端皆连接有滤波电路组。

进一步的，所述深度传感器用于获取目标设备深度信息，该深度传感器采用红外主动立体深度传感器。

进一步的，还包括布置在PCB板上的DC-DC降压芯片、一号LDO芯片和二号LDO芯片，该DC-DC降压芯片的VIN引脚端连接在主控模块的VBUS引脚端上，一号LDO芯片与主控模块连接，二号LDO芯片与定位定向模块连接。

进一步的，所述处理终端设备采用平板电脑或手机，所述功能接口包括至少两组USB接口。

本实用新型的有益效果是：本实用新型依靠定位定向模块、深度传感器、双目相机和GNSS天线并配合处理终端设备，融合多源感知数据以及GNSS RTK、SLAM高精度定位技术，实时获取设备厘米级绝对位置、方位角和6DOF姿态信息，从而还原设备物理坐标位置定位呈现地下管线情况并生成且快速记录管线模型数据信息，提高了城市管网可视化能力，方便运维人员定位异常设备以及时排查出城市管网问题，加快城市管网的施工效率，降低城市管网的运维成本，实现地下管网全生命周期管理维护，有利于城市管网的长久使用。

附图说明

图1为本实用新型高精度定位定姿设备的结构主视图；

图2为本实用新型高精度定位定姿设备的壳体结构后视图；

图3为本实用新型高精度定位定姿设备的结构俯视图；

图4为本实用新型高精度定位定姿设备的结构原理框图；

图5为本实用新型高精度定位定姿设备的主控模块引脚示意图；

图6为本实用新型高精度定位定姿设备的定位定向模块电路示意图；

图7为本实用新型的主控模块连接电路示意图；

图8为本实用新型的USB转TTL模块、存储模块与功能接口电路示意图。

图中：1壳体、101一号天线接口、102二号天线接口、2一号GNSS天线、3二号GNSS天线、4深度传感器、5左目相机、51相机驱动板、6右目相机、7数据线、8处理终端设备、9功能接口、901一号USB接口、902二号USB接口、10主控模块、11定位定向模块、111一号负载开关、112二号负载开关、12存储模块、121DC-DC降压芯片、122一号LDO芯片、123二号LDO芯片、13USB转TTL模块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-8，其为本实用新型提供一种技术方案，一种高精度定位定姿设备，用于智能管网定位巡查，包括壳体1、以及布置在壳体1上的功能接口9，功能接口9包括至少两组USB接口，在本实施例中USB接口布置有两组，即一组USB接口为一号USB接口901，另一组USB接口为二号USB接口902；壳体1的外侧布置有至少两组GNSS天线，该GNSS天线用于获取目标设备绝对位置和姿态信息，在本实施例中GNSS天线布置有两组，即一组GNSS天线为一号GNSS天线2，另一组GNSS天线为二号GNSS天线3；壳体1内部安装的PCB板上分别连接有主控模块10、以及用于接收GNSS天线信息的定位定向模块11，且主控模块10通过USB转TTL模块13与定位定向模块11连接在一起，其主控模块10的输出端通过数据线7连接有处理终端设备8，所提及的数据线7采用具有Type-C接口的导线，其中，处理终端设备8采用但不限于平板电脑或手机。

需要说明的是，所提及的USB转TTL模块13采用CH340N芯片即为U5芯片，USB转TTL模块13的RXD引脚端通过电阻R35与定位定向模块11的TXD1引脚端连接在一起，USB转TTL模块13的TXD引脚端通过电阻R36与定位定向模块11的RXD1引脚端连接在一起；其中，USB转TTL模块13的GND引脚端与VCC引脚端之间连接有电容C23，电容C23为100nF10％16V贴片电容。

在本实施例中，壳体1的正面分别布置有双目相机和深度传感器4，该双目相机用于获取目标设备影像数据进行双目SLAM定位，双目相机由左目相机5与右目相机6组成，且左目相机5与右目相机6皆具有同主控模块10连接的相机驱动板51，深度传感器4与主控模块10连接在一起，在本实施例中，深度传感器4用于获取目标设备深度信息，深度传感器4采用红外主动立体深度传感器；本实施例中，深度传感器4选用ZED系列红外深度传感器。

在本实施例中，壳体1的外侧布置有供GNSS天线连接的天线接口，所提及的天线接口布置有两组，即一组天线接口为一号天线接口101，另一组天线接口为二号天线接口102，一号天线接口101与二号天线接口102的天线接口皆采用但不限于IPEEX1-YXZ142型天线接口；其中，所提及的一号天线接口101方便将一号GNSS天线2与定位定向模块11连接在一起，所提及的二号天线接口102方便将二号GNSS天线3与定位定向模块11连接在一起；定位定向模块11为UM982定位定向芯片，UM982定位定向芯片的二号引脚端通过电容与天线接口连接，其天线接口通过电感连接有负载开关，负载开关采用FPF2004型芯片；其中，定位定向模块11的BIF25号引脚端连接有10KΩ电阻R33，定位定向模块11的BIF26号引脚端连接有10KΩ电阻R34。

其中，所提及的负载开关布置有两组，即一组负载开关为一号负载开关111，另一组负载开关为二号负载开关112；在本实施例中，一号负载开关111的VOUT引脚端串联有电感L4与电感L3，电感L3与一号天线接口101的一号引脚端连接在一起，电感L3一端通过电容C1与定位定向模块11的ANT1_IN引脚端连接在一起，其中，一号负载开关111的ON引脚端连接有电阻R8，一号负载开关111的FLAGB引脚端并联有电阻R10、二极管D1和电阻R3，一号负载开关111与电感L4之间并联有电容C24和电容C25，所提及的电容C24采用100nF10％16V贴片电容，电容C25采用100nF5％50V贴片电容，电容C24的一端直接接地GND，电容C25的一端直接接地GND。

需要说明的是，二号负载开关112的VOUT引脚端串联有电感L5和电感L2，电感L2一端通过电容C2与定位定向模块11的ANT2_IN引脚端连接在一起，电感L2与二号天线接口102的一号引脚端连接在一起，所提及的二号负载开关112与电感L5之间并联有电容C26和电容C27，所提及的电容C26采用100nF10％16V贴片电容，电容C27采用100nF5％50V贴片电容，电容C26的一端直接接地GND，电容C27的一端直接接地GND；二号负载开关112的ON引脚端与FLAGB引脚端之间依次连接有电阻R9、电阻R12和二极管D2。

在本实施例中，主控模块10的输出端双向连接有存储模块12，所提及的存储模块12采用PM25LD512型芯片即为U9芯片，存储模块12的CS引脚端与主控模块10的P_SPI_CZ引脚端连接在一起，存储模块12的SO引脚端与主控模块10的P_SPI_DI引脚端连接在一起；存储模块12的VP引脚端连接有10KΩ的电阻R24，存储模块12的VSS引脚端直接接地GND，存储模块12的HOLD引脚端通过10KΩ电阻R25连接有电容C36，电容C36的一端直接接地GND，电容C36为100nF10％16V贴片电容；存储模块12用于快速记录管线模型数据信息，从而方便运维过程中利用平板电脑即时查看。

需要说明的是，所提及的主控模块10为GL3520-OS322主控芯片，且主控芯片的DVDD引脚端与DVDD12引脚端皆连接有滤波电路组，滤波电路组布置有两组，分别为第一滤波电路和第二滤波电路；其中，主控模块10的DVDD引脚端连接有第一滤波电路，其第一滤波电路由电容C13、电容C14、电容C15、电容C16、电容C17和电容C18组成，主控模块10的DVDD12引脚端连接有第二滤波电路，其第二滤波电路由电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8和电容C10组成，电容C4为10uF50Vc0805贴片电容。

在本实施例中，结合图7所示，高精度定位定姿设备还包括布置在PCB板上的DC-DC降压芯片121、一号LDO芯片122和二号LDO芯片123，该DC-DC降压芯片121的VIN引脚端连接在主控模块10的VBUS引脚端上，所提及的一号LDO芯片122与主控模块10连接，所提及的二号LDO芯片123与定位定向模块11连接；其中，所提及的一号LDO芯片122与二号LDO芯片123皆采用但不限于AME8805AEFTZ芯片；一号LDO芯片122的Vout引脚端、电阻R8以及一号负载开关111的ON引脚端连接在一起，一号LDO芯片122的Vin引脚端与电容C4连接，一号LDO芯片122的Vout引脚端分别连接有电容C20和电容C21，所提及的电容C20为10uF50Vc0805贴片电容，电容C20的一端直接连接GND，所提及的电容C21为100nF10％16V贴片电容，电容C21的一端直接连接GND；其中，DC-DC降压芯片121作用是将输入的5V电压转换为1.2V电压，DC-DC降压芯片121的VIN引脚端通过电容C3接地GND，DC-DC降压芯片121的LX引脚端通过串联的CD32-100K的电感L1及电容C9直接接地GND，电感L1的一端并联有电阻R16和电容C35，电阻R16的自由端通过电阻R17直接接地GND，所提及的DC-DC降压芯片121的EN引脚端与VIN引脚端连接在一起，DC-DC降压芯片121的GND引脚端直接接地。

需要说明的是，二号LDO芯片123的Vout引脚端、电阻R9以及二号负载开关112的ON引脚端连接在一起，二号LDO芯片123的Vin引脚端连接有电容C32，二号LDO芯片123的Vout引脚端分别连接有电容C34和电容C33，其中，所提及的电容C32和电容C34皆为10uF50Vc0805贴片电容，所提及的电容C33为100nF10％16V贴片电容。

结合图5和图6所示，在本实施例中，主控模块10的RTERM引脚端通过680Ω的电阻R2直接接地GND，主控模块10的X1引脚端通过电容C11直接接地GND，主控模块10的X2引脚端通过电容C12直接接地GND，电容C11的输入端与电容C12的输入端之间并联有晶振Y1和1MΩ的电阻R4，所提及的晶振为25MHZ-12PF10PPM无源晶振元件；其中，主控模块10的PWREN1J引脚端依次串联有电阻R23和二极管D6。

本实用新型的高精度定位定姿设备，应用在智能管网定位巡查，双目相机获取目标设备影像数据进行双目SLAM定位，深度传感器4能够实时获取目标设备深度信息，实时快速三维建模，用于AR虚实遮挡以增强AR视觉效果；其中，高精度定位定姿设备在使用时，一号GNSS天线2和二号GNSS天线3能同时接收GNSS信号，并将GNSS信号传输给定位定向模块11，利用定位定向模块11对接收到的GNSS信号数据进行处理以得到GNSS RTK和双天线定向结果，获取目标设备高精度的绝对位置和姿态信息，姿态信息包括目标设备真北方位、横滚角和俯仰角数据；在本实施例中，能够利用GNSS RTK、双天线定向、深度传感器4和双目相机来确定平板电脑的实时绝对位置和姿态。

该高精度定位定姿设备在应用在智能管网定位巡查使用时，处理终端设备8选用平板电脑的情况下，在平板电脑上安装有管线AR-APP程序，主控模块10与平板电脑通过Type-C接口的数据线7连接在一起，平板电脑负责给高精度定位定姿设备供电，主控模块10将采集的GNSS数据、深度传感器4的感应数据及相机数据利用数据线7传输给平板电脑，平板电脑通过管线AR-APP程序进行解算以得到实时绝对位置和姿态信息，同时平板电脑上的管线AR-APP程序根据自己的实时位置和姿态信息，利用网络向城市管网后台服务器请求管线数据和模型，自动生成三维管线模型，与真实地理位置进行叠加，将地下管线及其属性信息展现到真实地理位置上并在处理终端设备8上三维显示以供巡查人员查看、管理。

结合图4、图5、图6、图7和图8所示，平板电脑负责给高精度定位定姿设备供电原理为：平板电脑的电能通过Type-C接口的数据线7与高精度定位定姿设备供电连接在一起；在本实施例中，平板电脑输入的电能可为5V，其中，一号USB接口901与二号USB接口902分别作为Type-C母头接口，一号USB接口901作为该高精度定位定姿设备的供电及数据通信接口，二号USB接口902作为主控模块10的下行接口连接左目相机5与右目相机6的相机驱动板51，以给双目相机供电以及数据交互；一号LDO芯片122将一号USB接口901输入的5V电压转换输出3.3V电压以供主控模块10使用，二号LDO芯片123将二号USB接口902输入的5V电压转换输出3.3V电压以定位定向模块11使用；其中，所提及的USB转TTL模块13的作用是将二号USB接口902端连接在主控模块10下行端口RX_DS4引脚端/TX_DS4引脚端上，TTL串口信号端连接在定位定向模块11的串口SCL引脚端/SDA引脚端上。

本实用新型能够依靠定位定向模块11、深度传感器4、双目相机和GNSS天线并配合处理终端设备8，融合多源感知数据以及GNSS RTK、SLAM高精度定位技术，实时获取设备厘米级绝对位置、方位角和6DOF姿态信息，从而实现对真实世界的数字化一比一还原设备物理坐标位置，真实的可视化效果融合多源感知数据，定位呈现地下管线情况并生成且快速记录管线模型数据信息，提高了城市管网可视化能力，实现现场工作人员对管网状态的实时感知，辅助管理人员现场实景或远程实现城市数字化管理，提供现场事件处置和决策效率，方便运维人员定位异常设备以及时排查出城市管网问题，该高精度定位定姿设备，可应用于智慧管网、智慧园区、智慧建筑及智慧文旅领域，支持实现虚实遮挡关系。

以上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。

以上实施例仅表达了本实用新型的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制；应当指的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围；在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系；其中，可拆卸安装的方式有多种，例如，可以通过插接与卡扣相配合的方式，又例如，通过螺栓连接的方式等。

尽管已示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种高精度定位定姿设备，用于智能管网定位巡查，包括壳体、以及布置在壳体上的功能接口；其特征在于：所述壳体的外侧布置有至少两组GNSS天线，该GNSS天线用于获取目标设备绝对位置和姿态信息；所述壳体内部安装的PCB板上分别连接有主控模块、以及用于接收GNSS天线信息的定位定向模块，且主控模块通过USB转TTL模块与定位定向模块连接在一起，其主控模块的输出端通过数据线连接有处理终端设备；所述壳体的正面分别布置有双目相机和深度传感器，该双目相机用于获取目标设备影像数据进行双目SLAM定位，双目相机由左目相机与右目相机组成，且左目相机与右目相机皆具有同主控模块连接的相机驱动板，深度传感器与主控模块连接在一起。

2.根据权利要求1所述的高精度定位定姿设备，其特征在于：所述壳体的外侧布置有供GNSS天线连接的天线接口，所述定位定向模块为UM982定位定向芯片，UM982定位定向芯片的二号引脚端通过电容与天线接口连接，其天线接口通过电感连接有负载开关，负载开关采用FPF2004型芯片。

3.根据权利要求1所述的高精度定位定姿设备，其特征在于：所述主控模块的输出端双向连接有存储模块，该主控模块为GL3520-OS322主控芯片，且主控芯片的DVDD引脚端与DVDD12引脚端皆连接有滤波电路组。

4.根据权利要求1所述的高精度定位定姿设备，其特征在于：所述深度传感器用于获取目标设备深度信息，该深度传感器采用红外主动立体深度传感器。

5.根据权利要求1所述的高精度定位定姿设备，其特征在于：还包括布置在PCB板上的DC-DC降压芯片、一号LDO芯片和二号LDO芯片，该DC-DC降压芯片的VIN引脚端连接在主控模块的VBUS引脚端上，一号LDO芯片与主控模块连接，二号LDO芯片与定位定向模块连接。

6.根据权利要求1所述的高精度定位定姿设备，其特征在于：所述处理终端设备采用平板电脑或手机，所述功能接口包括至少两组USB接口。