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一种用于地下管线定位的定位设备及定位方法
申请号	CN201510994038.X	申请日	2015-12-25	公开(公告)号	CN105388506A	公开(公告)日	2016-03-09
申请人	北京无线电计量测试研究所;			发明人	刘伟; 杨帆; 徐正山; 陈涛;
摘要	本发明公开了一种用于地下管线定位的定位设备，该设备包括数据处理单元，根据采集得到的不同定位数据信息进行分析计算，获得地下管线的可视化数据信息；GPRS无线通信模块，用于与后台服务器进行数据交互；切换单元，基于待定位地下管线周边的地理环境信息，切换卫星定位方式或RFID射频定位方式对待定位地下管线进行定位；RFID射频探测模块，用于对地下电子标示器的阅读信号进行发射/接收和信息处理；载波相位差分定位模块，基于GPRS 无线通信模块接收到的外部基准站的误差数据，对地下管线的定位信息进行修正，获得地下管线的精确定位信息。本方案能够充分的解决当前城市综合管线定位方法中存在的环境适应性低或无法对管线任意部分进行定位的问题。
权利要求	1.一种用于地下管线定位的定位设备，其特征在于，该设备包括数据处理单元，根据采集得到的不同定位数据信息进行分析计算，获得地下管线的可视化数据信息； GPRS无线通信模块，用于与后台服务器进行数据交互；切换单元，基于待定位地下管线周边的地理环境信息，切换卫星定位方式或RFID射频定位方式对待定位地下管线进行定位； RFID射频探测模块，用于对地下电子标示器的阅读信号进行发射/接收和信息处理；载波相位差分定位模块，基于GPRS无线通信模块接收到的外部基准站的误差数据，对地下管线的定位信息进行修正，获得地下管线的精确定位信息。 2.根据权利要求1所述的定位设备，其特征在于，该设备进一步包括电源管理模块，为设备内部功能模块分配供电。 3.根据权利要求1所述的定位设备，其特征在于，该设备进一步包括显示模块，用于显示地下管线的定位数据，所述定位数据包括经度、纬度和海拔。 4.根据权利要求1所述的定位设备，其特征在于，该设备进一步包括存储模块，用于存储片上系统、基于地图的可视化系统、相应的矢量地图数据和SQLite数据库。 5.根据权利要求1所述的定位设备，其特征在于，所述切换单元包括地理信息采集模块，基于地理信息系统GIS，获取待定位地下管线周边的地理环境信息；切换模块，对卫星定位方式或RFID射频定位方式进行切换。 6.根据权利要求1所述的定位设备，其特征在于，所述GPRS无线通信模块采用WCDMA或无线3G信号通信。 7.根据权利要求1所述的定位设备，其特征在于，该设备进一步包括与所述RFID射频探测模块连接的RFID天线。 8.一种包含如权利要求1所述的定位设备的定位系统，其特征在于，该定位系统包括：差分基准站，接收导航卫星的载波相位信号，并进行差分计算，获得载波相位差分的误差；后台服务器，将所述相位差分的误差发送至定位设备；定位设备，基于导航卫星的载波相位差分的误差，对地下管线进行精确定位。 9.一种用于地下管线定位的定位方法，其特征在于，该方法的步骤包括S1、基于地理信息系统GIS，获取待定位地下管线周边的地理环境信息，若待定位地下管线周边天气不好或障碍物遮挡严重，则切换至RFID射频定位方式，执行步骤S2至S4；反之，则切换至卫星定位方式，执行步骤S5 根据已测的定位点位置，建立差分基准站； S2、利用差分基准站接收导航卫星的载波相位信号，并进行差分计算，获得载波相位差分的误差； S3、通过后台服务器以无线传输的方式，将载波相位差分的误差发送至定位设备； S4、定位设备中的载波相位差分定位模块基于导航卫星的载波相位差分的误差，对地下管线进行精确定位； S5、利用定位设备中的RFID射频模块对地下电子标示器的阅读信号进行发射/接收和信息处理，并对待定位地下管线定位。
说明书全文	一种用于地下管线定位的定位设备及定位方法技术领域 [0001] 本发明涉及一种地下管线精确定位方法，特别是涉及一种结合载波相位差分和地理信息系统以及电子标识器的城市地下管线定位设备及方法。背景技术 [0002] 目前由于城市管线管理缺失，各类地下管线档案原始数据定位不准确，缺少有效的手段来对管线路由信息和属性信息进行有效的定位和标识，大多数地下管线图是以地面上建筑物作为参照物来定位管线。随着我国城镇化建设的推进，大部分道路和管线需要新建或改建，依照竣工图纸会大大影响对管道的精确定位。其次，由于市政管网中供水、电力、通信、燃气等各种材质和属性的管道往往拥挤在一起，从而很难确认某种管线的位置和类型，使得“挖爆管”和误开挖事故时常发生。因此，准确定位地下管线位置的方法对于城市管线管理是迫切需要的。 [0003] 目前，还没有一种特别有效的在各种环境下都能够实现对地下管线的精确定位，目前已有的管线定位手段，大多是采用物探的方法或者是单独应用地下电子标识的方法，还有就是单独应用导航卫星信号载波相位差分技术实施定位的方法。然而这些方法都存在各自的优缺点，其中物探法属于专业应用，不直观、效率低，往往在管线最初定位时和没有相应区域的管线资料时才采用这种方法。利用地下电子标识器或应用载波相位差分技术来对管线进行定位，都是之前已完成管线物探的前提下，通过安装地下电子标识器获取管线的精确位置或通过载波相位差分技术获取自身的精确位置进而对管线进行定位的。地下电子标识最大的优点是环境适应性强，通过标识阅读器读取电子标识信号，定位电子标识位置进而定位地下管线位置。然而利用电子标识就是定位点是离散的，只能对地下管线关键点进行定位，无法实现对任意点进行定位，而且由于电子标识本身造价和埋设施工等造价，成本较高。若利用导航卫星信号载波相位差分技术来实现对地下管线定位，使用非常方便而且成本相对较低，只需要安装一个定位基准站，就可实现在其周围30平方公里范围内对移动站信号进行差分，进而实现对管线的精确定位。然而对卫星信号实施差分，需要能够实时接受到卫星信号，但是卫星信号时常会受到天气和周围建筑的影响，因此应用载波相位差分技术进行管线定位会受到使用环境的影响。若将两种方式相结合的定位方法，就可以提高对管线定位的环境适应性，而且能够对管线任意点进行定位，而且建设成本也不高。发明内容 [0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种结合载波相位差分和地理信息系统以及电子标识器的地下管线定位设备和方法，以解决当前城市综合管线定位方法中存在的环境适应性低或无法对管线任意部分进行定位的问题。 [0005] 为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案： [0006] 一种用于地下管线定位的定位设备，该设备包括 [0007] 数据处理单元，根据采集得到的不同定位数据信息进行分析计算，获得地下管线的可视化数据信息； [0008] GPRS无线通信模块，用于与后台服务器进行数据交互； [0009] 切换单元，基于待定位地下管线周边的地理环境信息，切换卫星定位方式或RFID射频定位方式对待定位地下管线进行定位； [0010] RFID射频探测模块，用于对地下电子标示器的阅读信号进行发射/接收和信息处理； [0011] 载波相位差分定位模块，基于GPRS无线通信模块接收到的外部基准站的误差数据，对地下管线的定位信息进行修正，获得地下管线的精确定位信息。 [0012] 优选的，该设备进一步包括电源管理模块，为设备内部功能模块分配供电。 [0013] 优选的，该设备进一步包括显示模块，用于显示地下管线的定位数据，所述定位数据包括经度、纬度和海拔。 [0014] 优选的，该设备进一步包括存储模块，用于存储片上系统、基于地图的可视化系统、相应的矢量地图数据和SQLite数据库。 [0015] 优选的，所述切换单元包括 [0016] 地理信息采集模块，基于地理信息系统GIS，获取待定位地下管线周边的地理环境信息； [0017] 切换模块，对卫星定位方式或RFID射频定位方式进行切换。 [0018] 优选的，所述GPRS无线通信模块采用WCDMA或无线3G信号通信。 [0019] 优选的，该设备进一步包括与所述RFID射频探测模块连接的RFID天线。 [0020] 一种包含如上所述的定位设备的定位系统，该定位系统包括： [0021] 差分基准站，接收导航卫星的载波相位信号，并进行差分计算，获得载波相位差分的误差； [0022] 后台服务器，将所述相位差分的误差发送至定位设备； [0023] 定位设备，基于导航卫星的载波相位差分的误差，对地下管线进行精确定位。 [0024] 一种用于地下管线定位的定位方法，该方法的步骤包括 [0025] S1、基于地理信息系统GIS，获取待定位地下管线周边的地理环境信息，若待定位地下管线周边天气不好或障碍物遮挡严重，则切换至RFID射频定位方式，执行步骤S2至S4；反之，则切换至卫星定位方式，执行步骤S5 [0026] 根据已测的定位点位置，建立差分基准站； [0027] S2、利用差分基准站接收导航卫星的载波相位信号，并进行差分计算，获得载波相位差分的误差； [0028] S3、通过后台服务器以无线传输的方式，将载波相位差分的误差发送至定位设备； [0029] S4、定位设备中的载波相位差分定位模块基于导航卫星的载波相位差分的误差，对地下管线进行精确定位； [0030] S5、利用定位设备中的RFID射频模块对地下电子标示器的阅读信号进行发射/接收和信息处理，并对待定位地下管线定位。 [0031] [0032] 本发明的有益效果如下： [0033] 本发明所述技术方案的优点在于： [0034] 1、定位方法的环境适应性强。结合载波相位差分、地理信息系统和电子标识器技术，在接受不到GPS信号或GPRS网络信号时，也可以通过RFID进行管线定位。 [0035] 2、成本低。比较单单利用安装RFID电子标识的方法，无需安装大量的标识设备，只需在卫星和网络较差的区域安装地下电子标识器就可以了。 [0036] 3、人机交互性好。结合了地理信息系统，可以将已有的管线数据矢量录入到系统中，管线定位操作人员可以很直观的看到管线的路由信息。另外，嵌入式系统自带的数据库，也可以方便操作人员读取定位管线的属性信息，包括管径、材质、建设年代、使用状况等数据。附图说明 [0037] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明； [0038] 图1示出本发明所述定位设备的示意图； [0039] 图2示出本发明所述定位系统的示意图； [0040] 图3示出本发明所述定位设备的结构示意图。 [0041] 附图标号 [0042] 1、RFID射频探测模块，2、载波相位差分模块，3、载波相位差分模块，4、地理信息采集模块。具体实施方式 [0043] 为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。 [0044] 如图1和图3所示，本发明公开了一种用于地下管线定位的定位设备，该设备包括例如CPU芯片的数据处理单元，用于根据采集得到的不同定位数据信息进行分析计算，获得地下管线的可视化数据信息；GPRS无线通信模块，用于与后台服务器进行数据交互；切换单元，基于待定位地下管线周边的地理环境信息，切换卫星定位方式或RFID射频定位方式对待定位地下管线进行定位；RFID射频探测模块2，用于对地下电子标示器的阅读信号进行发射/接收和信息处理；载波相位差分定位模块3，通过GPRS接受到的基准站的误差数据，对接受到的地下管线定位的位置信息进行修正，最终获得地下管线的精确定位信息，即通过进行差分计算，将地下管线的位置数据减去误差数据，具体的误差值是依据每颗导航卫星的各个时刻的误差值进行修正。所述切换单元包括地理信息采集模块4，基于地理信息系统GIS，获取待定位地下管线周边的地理环境信息；和，切换模块，对卫星定位方式或RFID射频定位方式进行切换。该设备进一步包括为设备内部功能模块分配供电的电源管理模块。该设备进一步包括用于显示地下管线的经度、纬度和海拔等定位数据的显示模块。该设备进一步包括存储模块，用于存储片上系统、基于地图的可视化系统、相应的矢量地图数据和SQLite数据库。本方案中，所述GPRS无线通信模块采用WCDMA或无线3G信号通信。该设备进一步包括与所述RFID射频探测模块连接的RFID天线1。本方案中，各模块连接或焊接在PCB主板上，用于支持各模块间的信息交互。 [0045] 如图2所示，本发明进一步公开了一种包含上述的定位设备的定位系统，其特征在于，该定位系统包括：差分基准站，接收导航卫星的载波相位信号，并进行差分计算，获得载波相位差分的误差；后台服务器，将所述相位差分的误差发送至定位设备；以及，定位设备，基于导航卫星的载波相位差分的误差，对地下管线进行精确定位。 [0046] 本发明进一步公开了一种用于地下管线定位的定位方法，该方法的步骤包括[0047] S1、基于地理信息系统GIS，获取待定位地下管线周边的地理环境信息，若待定位地下管线周边天气不好或障碍物遮挡严重，则切换至RFID射频定位方式，执行步骤S2至S4；反之，则切换至卫星定位方式，执行步骤S5 [0048] 根据已测的定位点位置，建立差分基准站； [0049] S2、利用差分基准站接收导航卫星的载波相位信号，并并进行差分计算，获得载波相位差分的误差； [0050] S3、通过后台服务器以无线传输的方式，将载波相位差分的误差发送至定位设备； [0051] S4、定位设备中的载波相位差分定位模块基于导航卫星的载波相位差分的误差，对地下管线进行精确定位； [0052] S5、利用定位设备中的RFID射频模块对地下电子标示器的阅读信号进行发射/接收和信息处理，并对待定位地下管线定位。 [0053] 下面通过一组实施例对本发明做进一步说明： [0054] 如图1至如3所示，本发明所述技术方案同时具备RFID射频阅读器模块和导航卫星信号载波相位差分定位模块的现场管线定位设备。该设备由例如RFID探测仪的RFID射频探测模块2和载波相位差分模块3以及安装在定位设备上安卓嵌入式系统上的地理信息采集模块系统组成。 [0055] 本方案采用PCB主板上连接或焊接所有模块的方式实现各模块之间的数据信息交互。硬件模块主要由PCB主板、CPU芯片、电源管理模块、RFID射频探测模块2、FLASH存储模块、显示模块、GPRS无线通信模块和载波相位差分定位模块3、切换单元组成。设备系统采用安卓嵌入式系统；电源模块提供设备的总体电源；RFID射频探测模块2提供对地下电子标识器的阅读信号发射、接收和信息处理功能；FLASH存储模块用于存储系统数据信息；显示模块用于显示信息控制；GPRS无线通信模块用于和后台服务器进行数据交互，支持WCDMA，实现无线3G通信；载波相位差分定位模块利用卫星导航信号实现精确卫星定位；另外，定位设备还包括固定在PCB主板上的RFID天线1、按键和音响等外设。本方案中，RFID射频探测模块具体是电子标识器的阅读信号产生，也通过对135KHz 本振增加30MHz的调制信号产生阅读信号。然后将RFID标签返回的信号进行解调，利用系统自身时钟信号对照计算出RFID的标识数码ID，从而明确标识器的ID号。此模块的作用是用于读电子标识的信号产生和解析。FLASH就是存储设备，用于存储片上系统、地理信息系统、数据库等各种数据信息。此模块的作用是用于存储数据信息。GPRS无线通信模块，就是利用无线通讯与运营商网络(3G、WCDMA协议等)进行数据交互。此模块的作用是用于实现与后台服务器进行数据交互，接受基站的GPS定位误差数据。载波相位差分模块，是将接收到的导航卫星的误差修正，误差值就是利用GPRS通信模块接收到的服务器转发的基站误差数据。将各个卫星这个时刻的误差修正后，再计算出定位设备此时的位置数据就非常精确了。 [0056] 如图2所示，利用导航卫星信号载波相位差分实现定位。建立差分基准站，将基准站放置到已测的定位点位置。差分基准站通过接收导航卫星的载波相位信号，进行差分计算，获得导航卫星的载波相位差分的误差，并将该相位差分后的误差通过无线的形式传输给后台服务器。然后服务器再将误差发送给上述定位设备的载波相位差分定位模块3，通过载波相位差分定位模块3计算出设备的具体经纬度和海拔数据。接收到的卫星差分误差即包含了卫星的编号信息，也包括了卫星发射的时刻信息。依据这两个信息，差分模块计算出每个所接收到的卫星数据修正后的定位信息，然后再通过修正的定位信息最终计算出这个时刻设备精确的位置(即经纬度和海拔)，最终实现精确定位。若由于天气不好或是高层建筑物遮挡，探测设备无法接收到导航卫星的差分信号，这时利用切换单元将定位方式切换为RFID射频定位方式。通过RFID射频模块2利用RFID天线1发射RFID信号，探测埋设入地的标识反馈管线的属性和路由信息，从而实现对管线的精确定位。保证了在导航信号不好的情况下，能够实现对管线的定位。通过结合载波相位差分和地理信息系统以及电子标识器的地下管线定位方法，能够适应在各种天气和建筑场外环境条件下进行管线精确定位。 [0057] 本实施例所述的RFID天线1与收发信号所采用的载波信号频率为135KHz，即本系统采用载波频率是135KHz，这是由于电子标识都埋设于地下，大地对于高频信号的衰减较强，因此采用135KHz低频载波，波长较长，信号衰减的小。导航卫星载波相位差分模块3适用于北斗和GPS双模定位模型。本发明中采用的地理信息系统GIS包含了基础地理信息和地下管线位置信息，具体包括管线信息、管线附属物信息和管线特征点信息。本方案可根据待测地下管线周边的地理环境，合理切换导航载波相位差分信号定位功能和RFID读取电子标签实现定位功能，增强定位设备对地下管线的定位能力。 [0058] 综上所述，本发明所述技术方案 [0059] 显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

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