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(yīng)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(jīng)驗。智能化和工業(yè)化相融合來代替人工進行地下管線的測繪作業(yè)已經(jīng)成為未來發(fā)展趨勢，將北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、通信技術(shù)與沿著管線移動的設(shè)備相結(jié)合，可以有效替代人工完成管線測繪工作。

關(guān)鍵詞：北斗導(dǎo)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(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)單位往往通過地下管網(wǎng)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(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產(chǎn)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(shè)施應(yīng)用在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級中發(fā)揮著越來越重要的作用，智能化和工業(yè)化相融合來代替人工作業(yè)已經(jīng)成為未來發(fā)展趨勢。與此同時，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)與沿著管線移動的設(shè)備相結(jié)合，可以替代人工完成管線測繪工作，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行和減災(zāi)防災(zāi)提供有力支撐，對于智慧城市建設(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繪工作，研發(fā)一種新型地下管線測繪系統(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，在沿著管線穿行過程中，不斷將自身位置數(shù)據(jù)傳遞到外界的數(shù)據(jù)庫服務(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、爬行機構(gòu)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器三部分;其中爬行機構(gòu)包括電機組合、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(cè)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(shè)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(cè)均設(shè)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(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組合的左前、右前、左后、右后組成四套運動機構(gòu);所述短柄的內(nèi)端孔銷接在電機軸上，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，同時安裝在對應(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;電機軸帶動短柄旋轉(zhuǎn)，股節(jié)連桿帶動脛節(jié)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(gòu)向前移動，同時右前、左后的爬行腳抬起向前移動;當(dāng)右前、左后的爬行腳向下支撐在地面上后，爬行機構(gòu)向前移動，同時左前、右后的爬行腳抬起向前移動，如此反復(fù)運動中爬行機構(gòu)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(nèi)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(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)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(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(nèi)端孔通過銷釘套裝在電機軸上，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上滾動;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。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，電路板通過螺釘安裝在電機殼的頂部。

2 技術(shù)原理

電機殼的內(nèi)部裝有蓄電池，為整個爬行機構(gòu)提供動能源;從爬行機構(gòu)的右側(cè)視角看，短柄為逆時針轉(zhuǎn)動;在右前運動機構(gòu)中，當(dāng)短柄向后拖動股節(jié)連桿時，股節(jié)連桿由傾斜逐漸變得豎直，與此同時股節(jié)連桿的內(nèi)端向下移動，并遠離搖桿的支點，這樣底盤和脛節(jié)連桿的相對高度保持穩(wěn)定，在此過程中，脛節(jié)連桿相對底盤在做向后劃動動作;當(dāng)短柄向前推動股節(jié)連桿時，股節(jié)連桿的內(nèi)端向上移動，并靠近搖桿的支點，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動，爬行腳被帶動抬起向前迅速移動，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、左后運動機構(gòu)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(wěn)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(gòu)穩(wěn)定向前移動。在爬行機構(gòu)向前移動過程中，BDS接收器通過接受BDS衛(wèi)星的位置和時間數(shù)據(jù)，計算出自身的位置數(shù)據(jù)，并通過通信天線不斷將位置數(shù)據(jù)傳遞到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。

3 技術(shù)效果

這種新型地下管線測繪系統(tǒng)具有如下優(yōu)點：（1）模擬爬行動物的肢體結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)在管線內(nèi)的爬行的目標，設(shè)計新穎;（2）使用雙軸電機的組合實現(xiàn)四個電機軸的同步轉(zhuǎn)動;（3）配備BDS定位元件和通信元件，將位置數(shù)據(jù)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(tǒng)，系統(tǒng)中的爬行機構(gòu)在沿著管線穿行過程中，不斷將自身位置數(shù)據(jù)傳遞到外界的數(shù)據(jù)庫服務(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行和減災(zāi)防災(zāi)提供有力支撐，對于智慧城市建設(shè)發(fā)展具有重要意義。

參考文獻

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

[2] 李霖，邢小雨，李國忠.北斗導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用于測繪地理信息服務(wù)的標準化技術(shù)體系分析[J].測繪通報，2015（3）：6-11.

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