一種用于野外地質(zhì)測量的模塊化智能地質(zhì)羅盤的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種用于野外地質(zhì)測量的模塊化智能地質(zhì)羅盤，包括三防本體，設(shè)于所述三防本體上的顯示屏，設(shè)于所述三防本體內(nèi)的主板、三維電子羅盤、中央處理模塊、位置測量模塊和存儲模塊，所述顯示屏、三維電子羅盤、中央處理模塊、位置測量模塊、存儲模塊均接入所述主板，所述三防本體內(nèi)還設(shè)有判斷所述地質(zhì)羅盤是否處于靜止?fàn)顟B(tài)的三軸陀螺儀，其與所述主板相接。本實(shí)用新型在進(jìn)行傾角測量時，首先根據(jù)三維陀螺儀快速地判斷地質(zhì)羅盤是否處于靜止?fàn)顟B(tài)，并在其處于靜態(tài)一段時間后，利用三維電子羅盤的雙軸傾角傳感器自動測量并顯示有效地坡度數(shù)值，傾角測量簡單、快速。
【專利說明】一種用于野外地質(zhì)測量的模塊化智能地質(zhì)羅盤

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及地質(zhì)測量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于野外地質(zhì)測量的模塊化智能地質(zhì)羅盤。

【背景技術(shù)】
[0002]地質(zhì)羅盤是野外地質(zhì)工作必備工具之一，但傳統(tǒng)的地質(zhì)羅盤在實(shí)際應(yīng)用中，除必須手工進(jìn)行磁偏角校正之外，且使用過程復(fù)雜，每次只能測量一個參數(shù)，其所測參數(shù)也很有限(僅有方位、產(chǎn)狀和坡度)。另外，在進(jìn)行讀數(shù)時非常容易受到人為判斷的影響而擴(kuò)大數(shù)據(jù)誤差。由于傳統(tǒng)地質(zhì)羅盤大都是機(jī)械式，缺少現(xiàn)代電子裝置，所測參數(shù)必須輔以人工記錄在其他載體上，其他地質(zhì)參數(shù)如位置坐標(biāo)必須額外通過GPS裝備、圖片必須采用數(shù)碼相機(jī)分別進(jìn)行信息采集。一個完整地質(zhì)要素的測量需要利用多種裝備、分多次操作才能完成，后期還要進(jìn)行必要的數(shù)字化、信息關(guān)聯(lián)等資料整理工作，工作強(qiáng)度大且易擴(kuò)大誤差?？傊脗鹘y(tǒng)的機(jī)械式地質(zhì)羅盤開展野外地質(zhì)測量，工作效率低，已不能適應(yīng)地質(zhì)測量工作的現(xiàn)代化要求。
[0003]隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，特別是各種智能化電子器件如三維電子羅盤、GPS芯片、溫濕度傳感器等微型化、高精度化，以及嵌入式手持操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、開放化的發(fā)展，智能手持設(shè)備已如雨后春筍般涌現(xiàn)，并已深入我們的工作、生活中，甚至全面革新路經(jīng)濟(jì)社會的很多領(lǐng)域。因此，利用現(xiàn)代信息技術(shù)，特別是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，改造傳統(tǒng)的地質(zhì)羅盤，研制一種易升級、易擴(kuò)展的模塊化智能地質(zhì)羅盤，對于改變傳統(tǒng)野外地質(zhì)測量工作方式、適應(yīng)地質(zhì)工作現(xiàn)代化的要求，全面提升野外地質(zhì)工作效率和質(zhì)量具有重要意義。
[0004]為適應(yīng)上述要求，中國發(fā)明專利CN101566474B公開了一種低成本高精度高集成度的定位定向數(shù)字地質(zhì)羅盤，包括:傾斜角測量單元，由傾斜角傳感器和驅(qū)動電路組成，用于測量所述羅盤任意放置時的俯仰角和橫滾角的姿態(tài)數(shù)據(jù)；方位角測量單元，由地磁傳感器和驅(qū)動電路組成，用于測量所述羅盤任意放置時的方位角的姿態(tài)數(shù)據(jù)；溫度測量單元，用于測量所述羅盤內(nèi)的溫度，獲取溫度系數(shù)；控制及運(yùn)算單元，與所述傾斜角測量單元、方位角測量單元和溫度測量單元連接，用于對所述俯仰角、橫滾角和方位角姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正和溫度系數(shù)補(bǔ)償，計算出俯仰角、橫滾角和方位角；位置測量單元，與所述控制及運(yùn)算單元連接，用于獲取經(jīng)緯度、衛(wèi)星時間和海拔的位置數(shù)據(jù)并提供給所述控制及運(yùn)算單元；提示單元，與所述控制及運(yùn)算單元連接，用于將所述俯仰角、橫滾角和方位角以及所述經(jīng)緯度提示給用戶；存儲單元，與所述控制及運(yùn)算單元連接，用于存儲所述俯仰角、橫滾角和方位角；所述控制及運(yùn)算單元包括51單片機(jī)、接口仿真模塊、后臺定時中斷服務(wù)模塊和前臺處理模塊。本發(fā)明的數(shù)字地質(zhì)羅盤測試時可以不再需要手持，只要把本發(fā)明裝置放到被測物體上，就可以把俯仰角、橫滾角、方位角和位置等一次測出，即將地質(zhì)羅盤(定向測量)和定位測量(如GPS)集成到一個裝置中，但保持精度高、低成本和低功耗。但利用本發(fā)明的數(shù)字地質(zhì)羅盤進(jìn)行地質(zhì)體產(chǎn)狀測量時，首先應(yīng)調(diào)整數(shù)字地質(zhì)羅盤達(dá)到水平狀態(tài)，調(diào)整方法是:將數(shù)字地質(zhì)羅盤上與俯仰角方向平行的直線邊框貼緊地質(zhì)體特征面，在保持?jǐn)?shù)字羅盤基本水平的狀態(tài)下，調(diào)整數(shù)字羅盤的姿態(tài)，查看提示單元提示的俯仰角的數(shù)值或模擬圖形的變化；當(dāng)俯仰角接近或等于0度時，提示數(shù)字羅盤達(dá)到水平狀態(tài)。此調(diào)整方法受人為因素影響較多，調(diào)整不夠精確，影響地質(zhì)體產(chǎn)狀的測量精度。另外，本發(fā)明的數(shù)字地質(zhì)羅盤未設(shè)置揚(yáng)聲提醒裝置，水平調(diào)試完畢或測量完畢后不能提醒測量人員。本發(fā)明的數(shù)字地質(zhì)羅盤也未設(shè)置影像采集單元，不能實(shí)時拍攝工作現(xiàn)場的圖片或影像數(shù)據(jù)并予以保存，測量人員需另外攜帶照相機(jī)進(jìn)行拍攝，增加了野外地質(zhì)測量工作者的勞動強(qiáng)度。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種智能化、方便快速地判斷地質(zhì)羅盤是否處于靜止?fàn)顟B(tài)的用于野外地質(zhì)測量的模塊化智能地質(zhì)羅盤，測量過程簡單、單次測量參數(shù)多且測量精度高，同時具備影像采集和揚(yáng)聲提醒功能。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的實(shí)施例提供一種用于野外地質(zhì)測量的模塊化智能地質(zhì)羅盤，包括三防本體，設(shè)于所述三防本體上的顯示屏，設(shè)于所述三防本體內(nèi)的主板、三維電子羅盤、中央處理模塊、位置測量模塊和存儲模塊，所述顯示屏、三維電子羅盤、中央處理模塊、位置測量模塊、存儲模塊均接入所述主板，所述三防本體內(nèi)還設(shè)有判斷所述地質(zhì)羅盤是否處于靜止?fàn)顟B(tài)的三軸陀螺儀，其與所述主板相接。
[0007]上述的用于野外地質(zhì)測量的模塊化智能地質(zhì)羅盤還包括影像采集模塊，其包括相連接的設(shè)于所述三防本體上的相機(jī)快速啟動按鈕和攝像頭，所述攝像頭接入所述主板。
[0008]上述的用于野外地質(zhì)測量的模塊化智能地質(zhì)羅盤還包括設(shè)于所述三防本體內(nèi)、接入所述主板的揚(yáng)聲器。
[0009]其中，所述三防本體上還設(shè)有確認(rèn)按鈕和取消按鈕。
[0010]其中，所述位置測量模塊采用GPS定位模塊，也可以采用北斗系統(tǒng)定位模塊、格洛納斯定位模塊、伽利略系統(tǒng)定位模塊中的一種或幾種組合。
[0011]上述的用于野外地質(zhì)測量的模塊化智能地質(zhì)羅盤還包括設(shè)于所述三防本體內(nèi)、接入所述主板的通訊模塊和WIFI模塊，設(shè)于所述三防本體側(cè)方、接入所述主板的外部接口，地質(zhì)測量數(shù)據(jù)可通過USB接口、通訊模塊或WIFI模塊傳輸給外部設(shè)備，如云服務(wù)器或本地計算機(jī)。
[0012]上述的用于野外地質(zhì)測量的模塊化智能地質(zhì)羅盤還包括設(shè)于所述三防本體上、與所述通訊模塊連接的天線。
[0013]其中，所述三維電子羅盤內(nèi)置有雙軸傾角傳感器。
[0014]優(yōu)選的，所述主板選用MTK主板，以統(tǒng)一本體尺寸，降低成本，且主板的接口采用標(biāo)準(zhǔn)化、支持熱拔插設(shè)計，即在所述主板上設(shè)置熱拔插接口，便于其他模塊通過相應(yīng)的熱拔插接口接入主板。
[0015]本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案的有益效果如下:
[0016]1.本實(shí)用新型在進(jìn)行傾角測量時，首先根據(jù)三維陀螺儀快速地判斷地質(zhì)羅盤是否處于靜止?fàn)顟B(tài)，并在其處于靜態(tài)一段時間后，利用三維電子羅盤的雙軸傾角傳感器自動測量并顯示有效地坡度數(shù)值，傾角測量簡單、快速。
[0017]2.本實(shí)用新型可根據(jù)預(yù)置的中國各地磁偏角矯正數(shù)據(jù)，結(jié)合GPS定位結(jié)果，自動進(jìn)行磁偏角校正，支持一次性測定多個地質(zhì)參數(shù)并將其顯示于顯示屏上，清晰直觀；在進(jìn)行地質(zhì)產(chǎn)狀測量時候，無需進(jìn)行水平矯正，即可一次性獲取產(chǎn)狀三要素數(shù)據(jù)；支持將采集的數(shù)據(jù)自動存儲備份，配以通訊模塊等支持將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程備份至云服務(wù)器，最大程度避免數(shù)據(jù)的意外損失；測量精度高，范圍寬，支持方位360度、傾斜±90度、翻滾±180度測量，GPS測量精度< 10m ;利用有時間和地點(diǎn)組合而成的工程編號模式組織采集的數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)整合，減少后期數(shù)據(jù)的工作量。
[0018]3.本實(shí)用新型所述的模塊化智能地質(zhì)羅盤能夠有效解決傳統(tǒng)機(jī)械式地質(zhì)羅盤測量工作復(fù)雜、測量參數(shù)少、測量誤差大、信息采集麻煩、后期整理工作量大的問題，同時由于采用模塊化操作，能夠適應(yīng)不同經(jīng)濟(jì)能力、不同應(yīng)用需要的地質(zhì)工作者的要求，擴(kuò)大智能地質(zhì)羅盤的應(yīng)用范圍，提升其應(yīng)用價值，促進(jìn)地質(zhì)工作向智能化、現(xiàn)代化發(fā)展。
[0019]4.本實(shí)用新型設(shè)置有揚(yáng)聲器，可在地質(zhì)羅盤達(dá)到水平或測量完畢后提醒測量人員；還設(shè)置有影像采集模塊，實(shí)時拍攝工作現(xiàn)場的圖片或影像數(shù)據(jù)并予以保存。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一的外部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為實(shí)施例一的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]附圖標(biāo)記說明:
[0023]1、三防本體；
[0024]2、顯示屏；
[0025]3、取消按鈕；
[0026]4、確認(rèn)按鈕；
[0027]5、相機(jī)快速啟動按鈕；
[0028]6、三軸陀螺儀；
[0029]7、三維電子羅盤；
[0030]8、中央處理模塊；
[0031]9、通訊模塊；
[0032]10、揚(yáng)聲器；
[0033]11、USB 接口；
[0034]12、天線；
[0035]13、存儲模塊；
[0036]14、攝像頭；
[0037]15、WIFI 模塊；
[0038]16、GPS 定位模塊。

【具體實(shí)施方式】
[0039]為使本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0040]本實(shí)用新型針對現(xiàn)有的地質(zhì)羅盤水平調(diào)整不精確，地質(zhì)羅盤達(dá)到水平或測量完畢后提醒測量人員，不能實(shí)時拍攝工作現(xiàn)場的圖片或影像數(shù)據(jù)等問題，提供一種用于野外地質(zhì)測量的模塊化智能地質(zhì)羅盤。
[0041]如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型的實(shí)施例提供一種基于Android開放式操作系統(tǒng)平臺的用于野外地質(zhì)測量的模塊化智能地質(zhì)羅盤，包括三防本體1，影像采集模塊，設(shè)于所述三防本體1上的顯示屏2、確認(rèn)按鈕4和取消按鈕3，設(shè)于所述三防本體1內(nèi)的供電模塊、主板、三軸陀螺儀6、三維電子羅盤7、中央處理模塊8、通訊模塊9、揚(yáng)聲器10、位置測量模塊、存儲模塊13和WIFI模塊15，設(shè)于所述三防本體側(cè)方的外部接口和天線12。
[0042]本實(shí)施例中，所述位置測量模塊選用GPS定位模塊16，利用3G模塊通過移動通訊網(wǎng)絡(luò)獲取移動基站的GPS信息，配合傳統(tǒng)GPS衛(wèi)星，將GPS定位時間從幾分鐘縮短至10秒之內(nèi)，室外GPS定位精度提升至10米。但所述位置測量模塊不局限于GPS定位模塊，也可以采用北斗系統(tǒng)定位模塊、格洛納斯定位模塊、伽利略系統(tǒng)定位模塊中的一種或幾種組合。
[0043]本實(shí)施例可根據(jù)預(yù)置的中國各地磁偏角矯正數(shù)據(jù)，結(jié)合GPS定位結(jié)果，在進(jìn)行實(shí)際地質(zhì)方位角測量時，自動進(jìn)行方位角矯正，以直接測量方位角數(shù)據(jù)。
[0044]所述影像采集模塊包括相連接的設(shè)于所述三防本體1上的相機(jī)快速啟動按鈕5和設(shè)于所述三防本體1內(nèi)的攝像頭14。
[0045]所述外部接口選用USB接口 11。
[0046]所述天線12與所述通訊模塊9連接。
[0047]為統(tǒng)一本體尺寸，降低成本，所述主板選用MTK主板，其上集成高度定制化的Android平臺系統(tǒng)，支持圖片、巖性類型、構(gòu)造類型、備注說明的信息采集，支持通過多種連接方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的備份導(dǎo)出。
[0048]主板的接口采用標(biāo)準(zhǔn)化、支持熱拔插設(shè)計，即在所述主板上設(shè)置熱拔插接口，所述顯示屏2、三軸陀螺儀6、三維電子羅盤7、中央處理模塊8、通訊模塊9、揚(yáng)聲器10、USB接口11、存儲模塊13、攝像頭14、WIFI模塊15和GPS定位模塊16均通過相應(yīng)的熱拔插接口接入主板。
[0049]其中，三軸陀螺儀6、通訊模塊9、揚(yáng)聲器10、USB接口 11、攝像頭14、wifi模塊15和GPS定位模塊16均可增減或替換，方便用戶根據(jù)不同的經(jīng)濟(jì)承受能力定制地質(zhì)羅盤。
[0050]所述三軸陀螺儀6用于判斷所述地質(zhì)羅盤是否處于靜止?fàn)顟B(tài)，所述三維電子羅盤7內(nèi)置有雙軸傾角傳感器，可以獲取俯傾角α和側(cè)傾角β，經(jīng)過如下轉(zhuǎn)換計算公式，實(shí)現(xiàn)非水平狀態(tài)方位角數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確測定。
[0051]轉(zhuǎn)換計算公式如下:
[0052](1) Azimuth=arcTan(Yr/Xr)
[0053](2) Xr=Xcos a +Ysin α sin β -Zcos β sin α
[0054](3) Yr=Xcos β +Zsin β
[0055]其中，Azimuth為方位角，Xr和Yr為要轉(zhuǎn)換到水平位置的值，α為俯仰角，
[0056]β為側(cè)傾角。
[0057]在進(jìn)行傾角測量時，根據(jù)三維陀螺儀6判斷地質(zhì)羅盤是否處于靜止?fàn)顟B(tài)，并在其處于靜態(tài)一段時間后，利用三維電子羅盤7的二軸傾角傳感器自動測量并顯示有效地坡度數(shù)值。三維電子羅盤7結(jié)合三軸陀螺儀6，能夠自動進(jìn)行穩(wěn)定性監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)非水平狀態(tài)下，一次性精確測定傾角和方位角數(shù)據(jù)。
[0058]本實(shí)施例內(nèi)置有WIFI模塊15，基于Android開源操作系統(tǒng)，利用wifi或移動通訊網(wǎng)絡(luò)，可以自動更新升級地質(zhì)羅盤程序、地圖數(shù)據(jù)和磁偏角數(shù)據(jù)，保持地質(zhì)羅盤的可維護(hù)性。
[0059]地質(zhì)羅盤程序根據(jù)位置和時間對地質(zhì)測量工程進(jìn)行編號，自動建立位置坐標(biāo)、方位角、產(chǎn)狀、坡度、巖石類型、構(gòu)造類型、照片、備注說明等數(shù)據(jù)之間關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)測量數(shù)據(jù)的有機(jī)組織管理。
[0060]地質(zhì)測量數(shù)據(jù)可通過USB接口 11、通訊模塊9或WIFI模塊15被自動或手動傳輸給外部設(shè)備，如云服務(wù)器或本地計算機(jī)，避免數(shù)據(jù)意外丟失，提升數(shù)據(jù)的安全性，同時用于對數(shù)據(jù)的后期再加工處理。
[0061]本實(shí)用新型在進(jìn)行傾角測量時，首先根據(jù)三維陀螺儀快速地判斷地質(zhì)羅盤是否處于靜止?fàn)顟B(tài)，并在其處于靜態(tài)一段時間后，利用三維電子羅盤的雙軸傾角傳感器自動測量并顯示有效地坡度數(shù)值，傾角測量簡單、快速。
[0062]本實(shí)用新型可根據(jù)預(yù)置的中國各地磁偏角矯正數(shù)據(jù)，結(jié)合GPS定位結(jié)果，自動進(jìn)行磁偏角校正，支持一次性測定多個地質(zhì)參數(shù)并將其顯示于顯示屏上，清晰直觀；在進(jìn)行地質(zhì)產(chǎn)狀測量時候，無需進(jìn)行水平矯正，即可一次性獲取產(chǎn)狀三要素數(shù)據(jù)；支持將采集的數(shù)據(jù)自動存儲備份，配以通訊模塊等支持將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程備份至云服務(wù)器，最大程度避免數(shù)據(jù)的意外損失；測量精度高，范圍寬，支持方位360度、傾斜±90度、翻滾±180度測量，GPS測量精度< 10m ;利用有時間和地點(diǎn)組合而成的工程編號模式組織采集的數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)整合，減少后期數(shù)據(jù)的工作量。
[0063]以上所述是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型所述原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于野外地質(zhì)測量的模塊化智能地質(zhì)羅盤，包括三防本體，設(shè)于所述三防本體上的顯示屏，設(shè)于所述三防本體內(nèi)的主板、三維電子羅盤、中央處理模塊、位置測量模塊和存儲模塊，所述顯示屏、三維電子羅盤、中央處理模塊、位置測量模塊、存儲模塊均接入所述主板，其特征在于，所述三防本體內(nèi)還設(shè)有判斷所述地質(zhì)羅盤是否處于靜止?fàn)顟B(tài)的三軸陀螺儀，其與所述主板相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于野外地質(zhì)測量的模塊化智能地質(zhì)羅盤，其特征在于，還包括影像采集模塊，其包括相連接的設(shè)于所述三防本體上的相機(jī)快速啟動按鈕和攝像頭，所述攝像頭接入所述主板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于野外地質(zhì)測量的模塊化智能地質(zhì)羅盤，其特征在于，還包括設(shè)于所述三防本體內(nèi)、接入所述主板的揚(yáng)聲器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的用于野外地質(zhì)測量的模塊化智能地質(zhì)羅盤，其特征在于，所述三防本體上還設(shè)有確認(rèn)按鈕和取消按鈕。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于野外地質(zhì)測量的模塊化智能地質(zhì)羅盤，其特征在于，所述位置測量模塊采用GPS定位模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于野外地質(zhì)測量的模塊化智能地質(zhì)羅盤，其特征在于，還包括設(shè)于所述三防本體內(nèi)、接入所述主板的通訊模塊和WIFI模塊，設(shè)于所述三防本體側(cè)方、接入所述主板的外部接口。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于野外地質(zhì)測量的模塊化智能地質(zhì)羅盤，其特征在于，還包括設(shè)于所述三防本體上、與所述通訊模塊連接的天線。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于野外地質(zhì)測量的模塊化智能地質(zhì)羅盤，其特征在于，所述三維電子羅盤內(nèi)置有雙軸傾角傳感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于野外地質(zhì)測量的模塊化智能地質(zhì)羅盤，其特征在于，所述主板選用MTK主板。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的用于野外地質(zhì)測量的模塊化智能地質(zhì)羅盤，其特征在于，所述主板上設(shè)有熱拔插接口。
【文檔編號】G01C17/38GK204064305SQ201420393147
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】張俊嶺, 許德如 申請人:中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所