WO2016045588A2 - 基于射频识别技术的管线标识与实时测深系统 - Google Patents

基于射频识别技术的管线标识与实时测深系统 Download PDF

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解思亮
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Definitions

  • the invention belongs to the field of underground pipeline identification and depth measurement, and in particular relates to a pipeline identification and real-time sounding system based on radio frequency identification technology.
  • the electronic marker can store the basic information of the pipeline, and the pipeline detection under the non-excavation condition can be performed by using the detection device.
  • this method of identification is not perfect, because the current depth of the marker on the underground pipeline cannot be known in real time through the marker, especially the position of the marker set in the underground pipeline has changed, such as due to construction and rain erosion.
  • the change of the thickness of the ground soil caused by the change causes the burial depth of the marker to change, the lateral displacement of the marker caused by the collapse and loss of the underground soil layer, or the ground condition changes, resulting in the increase or decrease of the buried depth of the pipeline.
  • the existing identification detection method can only read the preset information on the identifier, but cannot determine the real-time position of the identifier, and thus cannot know the actual position and depth of the underground pipeline, so that the original construction process is The pipeline causes damage and causes unnecessary losses.
  • the present invention provides a detection system capable of reading basic information of a pipeline in real time, measuring and displaying the current buried depth of the pipeline in real time.
  • the pipeline identification and real-time sounding system based on the radio frequency identification technology of the invention comprises a pipeline, an on-track identification tape laid on the pipeline, an electronic marker fixed on the track identification belt, and a detector, and the electronic identifier has built-in RFID
  • the tag has a radio frequency module, an input module, a data storage module, a data processing module, an information display module, and a data transmission and communication module;
  • a radio frequency module configured to transmit a radio frequency signal of a specific frequency and receive a response signal returned by the electronic identifier, and transmit the information returned by the read electronic identifier to the data processing module;
  • Input module input system setting information, reference data, or import data
  • Data storage module including read-only ROM and general data storage space, electromagnetic wave speed in read-only ROM, Electronic identifier depth, pipeline depth algorithm program, log information of general data storage space storage system operation, operation result of data processing module, input information input by input module;
  • the data processing module decodes the response information returned by the electronic identifier; reads the time t1 of the radio frequency signal recorded in the system running log information and the time t2 when the electronic identifier response signal is received, and invokes the algorithm in the data storage module read-only ROM
  • the program separately calculates the electromagnetic wave velocity Vt and the electronic marker depth hB, the depth h of the pipeline, where d is the distance from the electronic marker to the pipeline, in the response signal returned by the electronic marker;
  • An information display module configured to display an operation interface of the system, preset pipeline information in the electronic identifier, a measured real-time depth hB of the electronic identifier, and a real-time depth h of the pipeline;
  • the data transmission and communication module the data exchange channel between the detector and the computer, the computer can read the detection data recorded by the detector storage unit, and can also import the data information into it.
  • the RFID tag in the electronic marker is a passive electronic tag.
  • the distance d between the electronic marker and the pipeline is 30 to 70 cm.
  • the electronic marker is a sealed casing
  • the electronic marker sealed casing is a high density resin material.
  • the detector When in use, the detector needs to be used in close proximity to the ground.
  • the RF module in the detector continuously transmits signals of a specific frequency, and the RFID tag in the electronic marker within the sensing range responds, and the tag antenna generates an induced current to drive the RFID chip.
  • the stored information is modulated into a radio frequency signal for transmission, and the radio frequency module receives the signal transmitted by the RFID tag in the electronic identifier, and transmits the signal to the data processing module, and the data processing module calls the electromagnetic wave velocity and the electronic identifier in the ROM according to the received information.
  • Depth, pipeline depth algorithm program after the end of the arithmetic processing, the result is transmitted to the display module and the storage unit, and the measurement personnel can read the measurement information from the display module.
  • the RFID tag in the electronic identifier is a passive electronic tag, and the basic information of the pipeline is preset therein, and the service life of the passive electronic tag is longer than that of the active electronic tag, and the device maintenance is not required, and the application is convenient.
  • the underground pipeline On the underground pipeline.
  • the track mark strip is laid 30-30 cm above the pipeline, and the electronic marker is fixed on the track mark strip, that is, the distance d between the electronic marker and the pipeline is 30-70 cm.
  • the electronic marker is a sealed casing made of a high-density resin material, which can protect the RFID tag of the electronic marker and prolong its service life.
  • the invention has the beneficial effects that the basic information of the underground pipeline and the current can be obtained in real time.
  • Buried depth, hand-held detectors can be used for real-time measurement; due to the use of passive electronic tags, the entire system has a longer service life and no need to maintain the equipment; handheld detectors can be used for detection without the need for other large equipment, making measurement more convenient Can save a lot of manpower, material and financial resources.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a test principle of the present invention
  • 1-detector 2-electronic marker
  • 3-track marker tape 4-pipeline.
  • a pipeline identification and real-time sounding system based on radio frequency identification technology comprising a pipeline 4, an on-going marker strip 3 disposed 30-70 cm above the pipeline 4, and an electronic marker 2 fixed on the track marker strip 3, and a detector 1.
  • the electronic marker 2 is a sealed casing made of high-density resin material.
  • the electronic marker 2 is provided with a passive RFID tag, and the tag 4 is pre-configured with the information of the pipeline 4; the detector has an RF module and an input module. , a data storage module, a data processing module, an information display module, and a data transmission and communication module;
  • the radio frequency module includes a radio frequency signal receiving and transmitting unit for respectively transmitting an electromagnetic wave of a specific frequency and receiving a response signal returned by the electronic identifier, and then transmitting the information returned by the read electronic identifier to the data processing module;
  • Input module for inputting system setting information, reference data, etc., and also importing corresponding data through a computer to facilitate calling when calculating;
  • the data processing module is the core part of the detector, and is responsible for performing arithmetic processing on the data transmitted by the radio frequency module, the input module and the storage unit, including decoding the response information returned by the identifier, calling the electromagnetic wave speed calculation program and the electrons solidified in the storage unit.
  • the marker depth, the pipeline depth algorithm program, and the operation commands transmitted in response to the input module, the final result of the processing is separately transmitted to the display module for display and the storage unit for storage;
  • the data storage unit is divided into a read-only ROM and a general-purpose data storage space.
  • the read-only ROM will solidify and burn some algorithm programs before leaving the factory, including electromagnetic wave speed and identifier, pipeline depth calculation algorithm program, etc., to facilitate the call of the data processing module.
  • the general data storage space is used to store various types of data, such as log information during system operation (time t1 when the RF module transmits electromagnetic waves and time t2 when the response signal returned by the identifier is received), and operation of the data processing module.
  • the result decoded preset information of the identifier, electronic marker depth, pipeline depth, etc.), system setting information input by the input module, reference data, etc., can also be imported by the computer to facilitate the calculation when calling;
  • the information display module, the interaction window of the detection device, and the result of the detector processing can be displayed through the display module, including the operation interface of the system, the pipeline information preset in the read electronic identifier, the measured identifier, and the pipeline real-time. Depth data, etc.
  • the data transmission and communication module detects a channel for exchanging data between the device and the computer. Through this module, the computer can read the detection data recorded by the storage unit of the detector, and can also import the data information into the device.
  • the line of identification tape is laid 30 to 70 cm above the underground pipeline.
  • the electronic marker can be used as the electronic marker disclosed in the appearance patent of 2012302611158, or other types of electronic markers can be used. If the electronic identifier in the above appearance is used, the electronic marker is attached to the track identification tape through the ears on both sides of the electronic marker, and the RFID chip is disposed in the electronic marker, and the laying time and pipeline of the pipeline are stored on the chip. Information such as the distance of the belt, the distance from the pipeline to the ground, and the construction unit where the pipeline is laid. When in use, the hand-held detector, the detector is close to the ground, and it can display the buried information and buried depth information while walking, realize the automation of detection and reduce the artificial input of detection.

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Abstract

本发明公开了一种，基于射频识别技术的管线标识与实时测深系统，属于地下管线标识与深度测量领域，提供一种能够实时读取管线基本信息、测量并实时显示管线当前埋深的探测系统，包括管线、铺设在管线上方的行踪标识带、固定在行踪标识带上的电子标识器，以及探测仪，电子标识器内置RFID标签，探测仪内设有射频模块、输入模块、数据存储模块、数据处理模块、信息显示模块以及数据传输和通信模块；能够实时的获得地下管线基本信息和当前埋深，手持探测仪即可进行实时测量；使用无源电子标签，整个系统的使用寿命更加长，也无需对设备进行维护；手持探测仪即可进行探测，无需其他大型设备，测量更加方便。

Description

基于射频识别技术的管线标识与实时测深系统 技术领域
本发明属于地下管线标识与深度测量领域，具体地说，涉及一种基于射频识别技术的管线标识与实时测深系统。
背景技术
随着社会的飞速发展，城市空间慢慢向地下转移，不管地铁，还是新的地下管线的铺设等，都是在原有地下空间的基础上，进行挖掘，为防止在新施工时对现有的管线造成损害，常在地面显著位置设置警示物、或者在地下埋设行踪标识带等方法对地下现有的管线予以标识，但是其标识信息相对简单不够明晰。目前正在发展推广的使用电子标识器对地下管线进行标识的方法较前两种形式要优胜许多，电子标识器可以存储管线的基本信息，使用探测设备便可以进行非开挖情况下的管线探测，然而这这种标识方法也并非完美，因为通过标识器无法实时获知地下管线上的标识器的当前埋深，尤其是在地下管线所设置的标识器的位置发生了变化，如由于施工、雨水冲刷等引起的地面土层厚度的变化导致标识器埋深变化，地下土层陷落、流失引起的标识器横向的偏移等，或者地面情况发生了变化，导致管线的埋深增长或降低时。现有的标识探测方式仅能读取标识器上预置的信息，却无法确定标识器的实时位置，也就无法知悉地下管线的实际位置和埋深情况，从而后续施工过程中对原有的管线造成损伤，带来不必要的损失。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种能够实时读取管线基本信息、测量并实时显示管线当前埋深的探测系统。
本发明所述的基于射频识别技术的管线标识与实时测深系统，包括管线、铺设在管线上方的行踪标识带、固定在行踪标识带上的电子标识器，以及探测仪，电子标识器内置RFID标签，探测仪内设有射频模块、输入模块、数据存储模块、数据处理模块、信息显示模块以及数据传输和通信模块；
射频模块，用于发射特定频率的射频信号和接收电子标识器返回的应答信号，并将读取到的电子标识器返回的信息传输到数据处理模块；
输入模块，输入系统的设置信息、参考数据，或导入数据；
数据存储模块，包括只读ROM和通用数据存储空间，只读ROM内设有电磁波速度、 电子标识器深度、管线深度算法程序，通用数据存储空间存储系统运行的日志信息、数据处理模块的运算结果、输入模块输入的信息；
数据处理模块，解码电子标识器返回的应答信息；读取系统运行日志信息中记录的射频信号发出的时间t1以及接收到电子标识器应答信号的时间t2，并调用数据存储模块只读ROM中算法程序分别计算出电磁波速度Vt和电子标识器深度hB、管线的深度h，其中d为电子标识器到管线的距离，在电子标识器返回的应答信号中；
信息显示模块，用于显示系统的操作界面、电子标识器内预置的管线信息、测量到的电子标识器实时深度hB、管线的实时深度h；
数据传输和通信模块，探测仪与计算机的数据交换通道，计算机能够读取到探测仪存储单元记录的探测数据，同时也可以向其中导入数据信息。
优选的，所述电磁波速度算法程序采用介电常数法、反射系数法、迭代偏移处理法或点目标上反射双曲线法，所述电子标识器深度算法程序中，hB＝(t2-t1)Vt/2，所述管线深度算法程序中，h＝hB+d。
进一步的，所述RFID标签内预设有管线的基本信息，所述电子标识器内的RFID标签为无源电子标签。
优选的，所述电子标识器距离管线的距离d为30～70cm。
优选的，所述电子标识器为密闭壳体，电子标识器密闭壳体为高密度树脂材料。
使用时，探测仪需紧邻地面使用，探测仪内的射频模块连续发射特定频率的信号，处在感应范围内的电子标识器内的RFID标签会做出响应，标签天线产生感应电流以驱动RFID芯片，将储存的信息调制到射频信号中发送出去，射频模块接收电子标识器中RFID标签发射出的信号，传输给数据处理模块，数据处理模块根据接收到的信息调用ROM中电磁波速、电子标识器深度、管线深度算法程序，运算处理结束后将结果传输到显示模块和存储单元，测量人员即可从显示模块读取到测量信息。
优选的，所述电子标识器内的RFID标签为无源电子标签，内预置有管线基本信息，无源电子标签的使用寿命较有源电子标签使用寿命长，且无需进行设备维护，方便应用于地下管线上。
优选的，所述行踪标识带铺设于管线上方30～70cm处，电子标识器固定在行踪标识带上，即电子标识器到管线的距离d为30～70cm。
优选的，所述电子标识器为高密度树脂材料制作而成的密闭壳体，能够保护电子标识器的RFID标签，延长其使用寿命。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：能够实时的获得地下管线基本信息和当前 埋深，手持探测仪即可进行实时测量；由于使用无源电子标签，整个系统的使用寿命更加长，也无需对设备进行维护；手持探测仪即可进行探测，无需其他大型设备，测量更加方便，能够节省大量的人力、物力和财力。
附图说明
图1为本发明的测试原理示意图；
其中，1-探测仪；2-电子标识器；3-行踪标识带；4-管线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步解释本发明。
一种基于射频识别技术的管线标识与实时测深系统，包括管线4、设置在管线4上方30～70cm的行踪标识带3，以及固定在行踪标识带3上的电子标识器2，以及探测仪1，电子标识器2为高密度树脂材料制作而成的密封壳体，电子标识器2内设无源RFID标签，该标签内预设有管线4信息；探测仪内设有射频模块、输入模块、数据存储模块、数据处理模块、信息显示模块以及数据传输和通信模块；
所述射频模块包括射频信号的收、发单元，分别用于发射特定频率的电磁波和接收电子标识器返回的应答信号，随后将读取到的电子标识器返回的信息传输给数据处理模块；
输入模块，用于输入系统设置信息、参考数据等，还可以通过计算机导入相应数据便于计算时进行调用；
数据处理模块，是探测仪的核心部分，负责对射频模块、输入模块以及存储单元传输来的数据进行运算处理，包括解码标识器返回的应答信息，调用存储单元内固化的电磁波速度计算程序和电子标识器深度、管线深度算法程序，以及响应输入模块传输来的操作命令，处理的最终结果会分别传送到显示模块进行显示以及存储单元进行存储；
数据存储单元，分为只读ROM和通用数据存储空间，只读ROM中出厂前会固化烧录一些算法程序，其中包括电磁波速度和标识器、管线深度计算算法程序等，方便数据处理模块的调用；通用数据存储空间则是用来存放各类数据，比如，系统运行时的日志信息(射频模块发射电磁波的时间t1以及接收到标识器返回的应答信号的时间t2等)、数据处理模块的运算结果(解码后的标识器预置信息、电子标识器深度、管线深度等)、输入模块输入的系统设置信息、参考数据等，还可以通过计算机导入相应数据便于计算时进行调用；
数据处理模块，读取日志记录中的射频信号发出的时间t1以及接收到标识器应答信 号的时间t2，并调用只读ROM中算法程序分别计算出射频信号在当时测量环境中平均传播速度Vt，Vt可以通过介电常数法，反射系数法来求取，也可以利用迭代偏移处理法或点目标上反射双曲线等常用的方法或程序来计算，这些计算方法在现有技术中已经详细的介绍；标识器深度hB＝(t2-t1)Vt/2、管线的深度h＝hB+d，其中d为标识器到管线的距离，在电子标识器返回的应答信息中；
信息显示模块，探测设备的交互窗口，探测仪处理结果都可以通过显示模块显示出来，包括系统的操作界面、读取的电子标识器内预置的管线信息、测量到的标识器、管线的实时深度数据等；
数据传输和通信模块，探测设备与计算机数据交换的通道，通过此模块，计算机能够读取到探测仪存储单元记录的探测数据，同时也可以向其中导入数据信息。
行踪标识带，如图1中所示，铺设在地下管线上方30～70cm处，电子标识器可以采用申请号为2012302611158的外观专利中所公开的电子标识器，也可以采用其他类型的电子标识器，如采用上述外观中的电子标识器，通过电子标识器两边的耳朵将电子标识器绑在行踪标识带上，电子标识器中设有RFID芯片，芯片上存储有管线的铺设时间、管线到行踪标识带的距离、管线到地面的距离以及管线铺设的施工单位等信息。使用时，手持探测仪，探测仪贴近需探测地面，可以实现边走边显示管线埋设信息和埋深信息，实现探测的自动化，减少探测的人工投入。

Claims (9)

  1. 一种基于射频识别技术的管线标识与实时测深系统，包括管线、铺设在管线上方的行踪标识带、固定在行踪标识带上的电子标识器，以及探测仪，其特征在于，电子标识器内置RFID标签，探测仪内设有射频模块、输入模块、数据存储模块、数据处理模块、信息显示模块以及数据传输和通信模块；
    射频模块，用于发射特定频率的射频信号和接收电子标识器返回的应答信号，并将读取到的电子标识器返回的信息传输到数据处理模块；
    输入模块，输入系统的设置信息、参考数据，或导入数据；
    数据存储模块，包括只读ROM和通用数据存储空间，只读ROM内设有电磁波速度、电子标识器深度、管线深度算法程序，通用数据存储空间存储系统运行的日志信息、数据处理模块的运算结果、输入模块输入的信息；
    数据处理模块，解码电子标识器返回的应答信息；读取系统运行日志信息中记录的射频信号发出的时间t1以及接收到电子标识器应答信号的时间t2，并调用数据存储模块只读ROM中算法程序分别计算出电磁波速度Vt和电子标识器深度hB、管线的深度h，其中d为电子标识器到管线的距离，在电子标识器返回的应答信息中；
    信息显示模块，用于显示系统的操作界面、电子标识器内预置的管线信息、测量到的电子标识器实时深度hB、管线的实时深度h；
    数据传输和通信模块，探测仪与计算机的数据交换通道，计算机能够读取到探测仪存储单元记录的探测数据，同时也可以向其中导入数据信息。
  2. 根据权利要求1所述的基于射频识别技术的管线标识与实时测深系统，其特征在于，所述电磁波速度算法程序采用介电常数法、反射系数法、迭代偏移处理法或点目标上反射双曲线法。
  3. 根据权利要求1所述的基于射频识别技术的管线标识与实时测深系统，其特征在于，所述电子标识器深度算法程序中，hB＝(t2-t1)Vt/2。
  4. 根据权利要求1所述的基于射频识别技术的管线标识与实时测深系统，其特征在于，所述管线深度算法程序中，h＝hB+d。
  5. 根据权利要求1所述的基于射频识别技术的管线标识与实时测深系统，其特征在于，所述RFID标签内预设有管线的基本信息。
  6. 根据权利要求1所述的基于射频识别技术的管线标识与实时测深系统， 其特征在于，所述电子标识器内的RFID标签为无源电子标签。
  7. 根据权利要求1所述的基于射频识别技术的管线标识与实时测深系统，其特征在于，所述电子标识器距离管线的距离d为30～70cm。
  8. 根据权利要求1所述的基于射频识别技术的管线标识与实时测深系统，其特征在于，所述电子标识器为密闭壳体。
  9. 根据权利要求1所述的基于射频识别技术的管线标识与实时测深系统，其特征在于，所述电子标识器密闭壳体为高密度树脂材料。
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