北斗導航系統在地下管線測繪中的應用研究

郭智敏

摘? ?要：地下管線具有不可見性，地下管線的探測除了要求管線探測儀器達到應有的精度，而且要求管線測繪人員在實際工作中具有很好的判斷能力和豐富的經驗。智能化和工業化相融合來代替人工進行地下管線的測繪作業已經成為未來發展趨勢，將北斗導航系統、通信技術與沿著管線移動的設備相結合，可以有效替代人工完成管線測繪工作。

關鍵詞：北斗導航? 管線? 測繪

中圖分類號：P228? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）04（c）-0032-02

城市地下管線布局縱橫交錯非常復雜，構成了規模龐大的城市地下管網，規劃部門和建設單位往往通過地下管網測量資料了解管線分布的詳細情況。目前因城市地下管線埋設情況不清而致使管線損壞的施工事故不斷發生，由此造成的人民生命財產損失難以估計，所以城市地下管線測繪的必要性和重要性不容忽視[1]。未還土的地下管線測量，主要是通過直接測定管線的特征點來完成管線的測量工作;已竣工的地下管線測量主要是通過物探的方式將管線特征點反映到地面上，然后再把各個特征點展繪在地形圖上進行編輯[2]。

隨著智能設施應用在傳統產業升級中發揮著越來越重要的作用，智能化和工業化相融合來代替人工作業已經成為未來發展趨勢。與此同時，北斗導航系統及其他科學技術的應用也為地下管線測繪技術發展注入了新的力量。將北斗導航系統、通信技術與沿著管線移動的設備相結合，可以替代人工完成管線測繪工作，為建立地下管網信息系統提供基礎數據，保障地下管線安全運行和減災防災提供有力支撐，對于智慧城市建設發展具有重要意義[3]。

1? 技術方案

為了替代人工完成管線測繪工作，研發一種新型地下管線測繪系統，系統中的爬行設備配備北斗定位元件和通信元件，能夠在地下管線內部穿行，在沿著管線穿行過程中，不斷將自身位置數據傳遞到外界的數據庫服務器，依據位置數據即可繪制管線布置工程圖。

系統包括BDS衛星、爬行機構、數據庫服務器三部分;其中爬行機構包括電機組合、底盤、搖桿支架、短柄、股節連桿、搖桿、脛節連桿、滑塊、擋片、爬行腳、電路板。所述電機組合由兩臺雙軸電機前后并列排布在封閉在電機殼中，左右兩側各伸出兩個電機軸;所述底盤螺接在電機殼的底部，底盤在左前、右前、左后、右后方向均設有水平條形的滑塊軌道;兩個所述遙感支架分別螺接在電機殼的頭部和尾部，遙感支架的左右兩側均設有搖桿安裝軸;所述電路板螺接在電機殼的頂部。

所述短柄、股節連桿、搖桿、脛節連桿、滑塊、擋片、爬行腳均有四件，以相同的連接方式在電機組合的左前、右前、左后、右后組成四套運動機構;所述短柄的內端孔銷接在電機軸上，外端孔鉸接在股節連桿內端;所述搖桿的下端孔鉸接在搖桿安裝軸上，上端孔鉸接在股節連桿的中間區域;所述脛節連桿的頂端孔鉸接在股節連桿外端，滑塊套在脛節連桿下段的豎桿上，同時安裝在對應方位的滑塊軌道中;所述爬行腳以螺接方式裝配在脛節連桿的底端。

同側的短柄旋轉角度始終相同，左右兩側的短柄呈180°夾角;電機軸帶動短柄旋轉，股節連桿帶動脛節連桿前后劃動，左前、右后的爬行腳抬起向前移動后，向下支撐在地面上，爬行機構向前移動，同時右前、左后的爬行腳抬起向前移動;當右前、左后的爬行腳向下支撐在地面上后，爬行機構向前移動，同時左前、右后的爬行腳抬起向前移動，如此反復運動中爬行機構不斷向前移動。

所述電機組合中的前后兩臺電機均為雙軸電機，在電機殼內部，電機軸上均裝有齒輪，前后電機軸上的齒輪均與中間的傳動齒輪嚙合，保證前后電機軸的轉速和轉角始終一致。所述底盤的中央底盤通過螺釘安裝在電機殼的底部，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;每個滑塊軌道由內向外開設有階梯孔槽，所述滑塊由內向外安裝在階梯孔槽中。

所述搖桿支架的左右兩側向外水平凸起細圓柱形的搖桿安裝軸，搖桿安裝軸的端面開設有螺紋孔;兩個搖桿支架通過螺釘安裝分別安裝在電機殼的頭部和尾部。所述短柄的內端孔通過銷釘套裝在電機軸上，左右兩側的短柄呈180°夾角，短柄的外端孔套在股節連桿內端的短柄連接軸上。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連桿中間區域的搖桿連接軸上。

所述滑塊的前后截面為90°旋轉的T字形，滑塊內側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上;限位片的外側面上嵌有限位片滾珠，限位片滾珠在階梯槽孔的階梯平臺上滾動;所述滑塊的中央區域上下開設有豎桿限定孔，套在脛節連桿的豎桿上，使得脛節連桿始終保持豎直狀態;豎桿限定孔的前后兩側均開設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;擋片的內側面上嵌有擋片滾珠，擋片滾珠在滑塊軌道的外側面上滾動。所述爬行腳為頂部嵌有金屬塊的球狀橡膠，金屬塊上開設有螺紋孔，螺接在脛節連桿下端。所述電路板上安裝有BDS接收器、BDS天線、通信天線，電路板通過螺釘安裝在電機殼的頂部。

2? 技術原理

電機殼的內部裝有蓄電池，為整個爬行機構提供動能源;從爬行機構的右側視角看，短柄為逆時針轉動;在右前運動機構中，當短柄向后拖動股節連桿時，股節連桿由傾斜逐漸變得豎直，與此同時股節連桿的內端向下移動，并遠離搖桿的支點，這樣底盤和脛節連桿的相對高度保持穩定，在此過程中，脛節連桿相對底盤在做向后劃動動作;當短柄向前推動股節連桿時，股節連桿的內端向上移動，并靠近搖桿的支點，股節連桿尚未傾斜，使得股節連桿的外端迅速向上向前運動，爬行腳被帶動抬起向前迅速移動，直至股節連桿傾斜到位，爬行腳下落。

相同原理在右后、左前、左后運動機構中，爬行腳在相對底盤向后劃動過程中，與底盤的相對高度穩定，爬行腳在相對底盤向前運動過程，迅速抬高向前直至滑塊軌道前端時，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程中，爬行機構穩定向前移動。在爬行機構向前移動過程中，BDS接收器通過接受BDS衛星的位置和時間數據，計算出自身的位置數據，并通過通信天線不斷將位置數據傳遞到數據庫服務器中。

3? 技術效果

這種新型地下管線測繪系統具有如下優點：（1）模擬爬行動物的肢體結構，實現在管線內的爬行的目標，設計新穎;（2）使用雙軸電機的組合實現四個電機軸的同步轉動;（3）配備BDS定位元件和通信元件，將位置數據實時傳遞到后臺，實用高效。所以，這種新型地下管線測繪系統，系統中的爬行機構在沿著管線穿行過程中，不斷將自身位置數據傳遞到外界的數據庫服務器，依據位置數據即可繪制管線布置工程圖。為建立地下管網信息系統提供基礎數據，保障地下管線安全運行和減災防災提供有力支撐，對于智慧城市建設發展具有重要意義。

參考文獻

[1] 楊元喜.北斗衛星導航系統與測繪學科發展[J].測繪科學技術學報，2015（1）.

[2] 李霖，邢小雨，李國忠.北斗導航系統應用于測繪地理信息服務的標準化技術體系分析[J].測繪通報，2015（3）：6-11.

[3] 張鴻祥.北斗衛星導航系統在測繪業中的應用進展[J].科技資訊，2013（20）：40-41.