北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在地下管線測(cè)繪中的應(yīng)用研究

郭智敏

摘 要：地下管線具有不可見性，地下管線的探測(cè)除了要求管線探測(cè)儀器達(dá)到應(yīng)有的精度，而且要求管線測(cè)繪人員在實(shí)際工作中具有很好的判斷能力和豐富的經(jīng)驗(yàn)。智能化和工業(yè)化相融合來(lái)代替人工進(jìn)行地下管線的測(cè)繪作業(yè)已經(jīng)成為未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，將北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、通信技術(shù)與沿著管線移動(dòng)的設(shè)備相結(jié)合，可以有效替代人工完成管線測(cè)繪工作。

關(guān)鍵詞：北斗導(dǎo)航 管線 測(cè)繪

中圖分類號(hào)：P228 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2019）04（c）-0032-02

城市地下管線布局縱橫交錯(cuò)非常復(fù)雜，構(gòu)成了規(guī)模龐大的城市地下管網(wǎng)，規(guī)劃部門和建設(shè)單位往往通過(guò)地下管網(wǎng)測(cè)量資料了解管線分布的詳細(xì)情況。目前因城市地下管線埋設(shè)情況不清而致使管線損壞的施工事故不斷發(fā)生，由此造成的人民生命財(cái)產(chǎn)損失難以估計(jì)，所以城市地下管線測(cè)繪的必要性和重要性不容忽視[1]。未還土的地下管線測(cè)量，主要是通過(guò)直接測(cè)定管線的特征點(diǎn)來(lái)完成管線的測(cè)量工作;已竣工的地下管線測(cè)量主要是通過(guò)物探的方式將管線特征點(diǎn)反映到地面上，然后再把各個(gè)特征點(diǎn)展繪在地形圖上進(jìn)行編輯[2]。

隨著智能設(shè)施應(yīng)用在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，智能化和工業(yè)化相融合來(lái)代替人工作業(yè)已經(jīng)成為未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。與此同時(shí)，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)及其他科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用也為地下管線測(cè)繪技術(shù)發(fā)展注入了新的力量。將北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、通信技術(shù)與沿著管線移動(dòng)的設(shè)備相結(jié)合，可以替代人工完成管線測(cè)繪工作，為建立地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，保障地下管線安全運(yùn)行和減災(zāi)防災(zāi)提供有力支撐，對(duì)于智慧城市建設(shè)發(fā)展具有重要意義[3]。

1 技術(shù)方案

為了替代人工完成管線測(cè)繪工作，研發(fā)一種新型地下管線測(cè)繪系統(tǒng)，系統(tǒng)中的爬行設(shè)備配備北斗定位元件和通信元件，能夠在地下管線內(nèi)部穿行，在沿著管線穿行過(guò)程中，不斷將自身位置數(shù)據(jù)傳遞到外界的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，依據(jù)位置數(shù)據(jù)即可繪制管線布置工程圖。

系統(tǒng)包括BDS衛(wèi)星、爬行機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器三部分;其中爬行機(jī)構(gòu)包括電機(jī)組合、底盤、搖桿支架、短柄、股節(jié)連桿、搖桿、脛節(jié)連桿、滑塊、擋片、爬行腳、電路板。所述電機(jī)組合由兩臺(tái)雙軸電機(jī)前后并列排布在封閉在電機(jī)殼中，左右兩側(cè)各伸出兩個(gè)電機(jī)軸;所述底盤螺接在電機(jī)殼的底部，底盤在左前、右前、左后、右后方向均設(shè)有水平條形的滑塊軌道;兩個(gè)所述遙感支架分別螺接在電機(jī)殼的頭部和尾部，遙感支架的左右兩側(cè)均設(shè)有搖桿安裝軸;所述電路板螺接在電機(jī)殼的頂部。

所述短柄、股節(jié)連桿、搖桿、脛節(jié)連桿、滑塊、擋片、爬行腳均有四件，以相同的連接方式在電機(jī)組合的左前、右前、左后、右后組成四套運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu);所述短柄的內(nèi)端孔銷接在電機(jī)軸上，外端孔鉸接在股節(jié)連桿內(nèi)端;所述搖桿的下端孔鉸接在搖桿安裝軸上，上端孔鉸接在股節(jié)連桿的中間區(qū)域;所述脛節(jié)連桿的頂端孔鉸接在股節(jié)連桿外端，滑塊套在脛節(jié)連桿下段的豎桿上，同時(shí)安裝在對(duì)應(yīng)方位的滑塊軌道中;所述爬行腳以螺接方式裝配在脛節(jié)連桿的底端。

同側(cè)的短柄旋轉(zhuǎn)角度始終相同，左右兩側(cè)的短柄呈180°夾角;電機(jī)軸帶動(dòng)短柄旋轉(zhuǎn)，股節(jié)連桿帶動(dòng)脛節(jié)連桿前后劃動(dòng)，左前、右后的爬行腳抬起向前移動(dòng)后，向下支撐在地面上，爬行機(jī)構(gòu)向前移動(dòng)，同時(shí)右前、左后的爬行腳抬起向前移動(dòng);當(dāng)右前、左后的爬行腳向下支撐在地面上后，爬行機(jī)構(gòu)向前移動(dòng)，同時(shí)左前、右后的爬行腳抬起向前移動(dòng)，如此反復(fù)運(yùn)動(dòng)中爬行機(jī)構(gòu)不斷向前移動(dòng)。

所述電機(jī)組合中的前后兩臺(tái)電機(jī)均為雙軸電機(jī)，在電機(jī)殼內(nèi)部，電機(jī)軸上均裝有齒輪，前后電機(jī)軸上的齒輪均與中間的傳動(dòng)齒輪嚙合，保證前后電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角始終一致。所述底盤的中央底盤通過(guò)螺釘安裝在電機(jī)殼的底部，中央底盤的左前、右前位置處水平向前伸出條形的滑塊軌道，中央底盤的左后、右后位置處水平向后伸出條形的滑塊軌道;每個(gè)滑塊軌道由內(nèi)向外開設(shè)有階梯孔槽，所述滑塊由內(nèi)向外安裝在階梯孔槽中。

所述搖桿支架的左右兩側(cè)向外水平凸起細(xì)圓柱形的搖桿安裝軸，搖桿安裝軸的端面開設(shè)有螺紋孔;兩個(gè)搖桿支架通過(guò)螺釘安裝分別安裝在電機(jī)殼的頭部和尾部。所述短柄的內(nèi)端孔通過(guò)銷釘套裝在電機(jī)軸上，左右兩側(cè)的短柄呈180°夾角，短柄的外端孔套在股節(jié)連桿內(nèi)端的短柄連接軸上。所述搖桿的下端孔套在搖桿安裝軸上，搖桿的上端孔套在股節(jié)連桿中間區(qū)域的搖桿連接軸上。

所述滑塊的前后截面為90°旋轉(zhuǎn)的T字形，滑塊內(nèi)側(cè)的限位片寬度大于其余部分，嵌在滑塊軌道的階梯孔槽的階梯平臺(tái)上;限位片的外側(cè)面上嵌有限位片滾珠，限位片滾珠在階梯槽孔的階梯平臺(tái)上滾動(dòng);所述滑塊的中央?yún)^(qū)域上下開設(shè)有豎桿限定孔，套在脛節(jié)連桿的豎桿上，使得脛節(jié)連桿始終保持豎直狀態(tài);豎桿限定孔的前后兩側(cè)均開設(shè)有豎直的擋片安裝槽，擋片安裝槽上寬下窄。

所述擋片為扁片狀，豎直插在滑塊的擋片安裝槽中，防止滑塊脫離滑塊軌道;擋片的內(nèi)側(cè)面上嵌有擋片滾珠，擋片滾珠在滑塊軌道的外側(cè)面上滾動(dòng)。所述爬行腳為頂部嵌有金屬塊的球狀橡膠，金屬塊上開設(shè)有螺紋孔，螺接在脛節(jié)連桿下端。所述電路板上安裝有BDS接收器、BDS天線、通信天線，電路板通過(guò)螺釘安裝在電機(jī)殼的頂部。

2 技術(shù)原理

電機(jī)殼的內(nèi)部裝有蓄電池，為整個(gè)爬行機(jī)構(gòu)提供動(dòng)能源;從爬行機(jī)構(gòu)的右側(cè)視角看，短柄為逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng);在右前運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，當(dāng)短柄向后拖動(dòng)股節(jié)連桿時(shí)，股節(jié)連桿由傾斜逐漸變得豎直，與此同時(shí)股節(jié)連桿的內(nèi)端向下移動(dòng)，并遠(yuǎn)離搖桿的支點(diǎn)，這樣底盤和脛節(jié)連桿的相對(duì)高度保持穩(wěn)定，在此過(guò)程中，脛節(jié)連桿相對(duì)底盤在做向后劃動(dòng)動(dòng)作;當(dāng)短柄向前推動(dòng)股節(jié)連桿時(shí)，股節(jié)連桿的內(nèi)端向上移動(dòng)，并靠近搖桿的支點(diǎn)，股節(jié)連桿尚未傾斜，使得股節(jié)連桿的外端迅速向上向前運(yùn)動(dòng)，爬行腳被帶動(dòng)抬起向前迅速移動(dòng)，直至股節(jié)連桿傾斜到位，爬行腳下落。

相同原理在右后、左前、左后運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，爬行腳在相對(duì)底盤向后劃動(dòng)過(guò)程中，與底盤的相對(duì)高度穩(wěn)定，爬行腳在相對(duì)底盤向前運(yùn)動(dòng)過(guò)程，迅速抬高向前直至滑塊軌道前端時(shí)，速度減緩并下落。這樣在右前、左后爬行腳，左前、右后爬行腳交替為支撐過(guò)程中，爬行機(jī)構(gòu)穩(wěn)定向前移動(dòng)。在爬行機(jī)構(gòu)向前移動(dòng)過(guò)程中，BDS接收器通過(guò)接受BDS衛(wèi)星的位置和時(shí)間數(shù)據(jù)，計(jì)算出自身的位置數(shù)據(jù)，并通過(guò)通信天線不斷將位置數(shù)據(jù)傳遞到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中。

3 技術(shù)效果

這種新型地下管線測(cè)繪系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）模擬爬行動(dòng)物的肢體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)在管線內(nèi)的爬行的目標(biāo)，設(shè)計(jì)新穎;（2）使用雙軸電機(jī)的組合實(shí)現(xiàn)四個(gè)電機(jī)軸的同步轉(zhuǎn)動(dòng);（3）配備BDS定位元件和通信元件，將位置數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞到后臺(tái)，實(shí)用高效。所以，這種新型地下管線測(cè)繪系統(tǒng)，系統(tǒng)中的爬行機(jī)構(gòu)在沿著管線穿行過(guò)程中，不斷將自身位置數(shù)據(jù)傳遞到外界的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，依據(jù)位置數(shù)據(jù)即可繪制管線布置工程圖。為建立地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，保障地下管線安全運(yùn)行和減災(zāi)防災(zāi)提供有力支撐，對(duì)于智慧城市建設(shè)發(fā)展具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊元喜.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與測(cè)繪學(xué)科發(fā)展[J].測(cè)繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào)，2015（1）.

[2] 李霖，邢小雨，李國(guó)忠.北斗導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用于測(cè)繪地理信息服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)體系分析[J].測(cè)繪通報(bào)，2015（3）：6-11.

[3] 張鴻祥.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在測(cè)繪業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)展[J].科技資訊，2013（20）：40-41.