地下管道數(shù)據(jù)終端的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種地下管道數(shù)據(jù)終端裝置，包括ARM核心處理器模塊、內(nèi)存模塊、觸摸屏模塊、數(shù)據(jù)通訊模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、電源模塊；電源模塊為裝置提供電源；數(shù)據(jù)通訊模塊采集地下管線測量儀得到的地下管道的軌跡數(shù)據(jù)，輸出至ARM核心處理器模塊；ARM核心處理器模塊包括數(shù)據(jù)解算模塊和圖形預(yù)處理模塊，數(shù)據(jù)解算模塊對數(shù)據(jù)通訊模塊上傳的地下管道的軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)解算，最終將三維坐標(biāo)信息轉(zhuǎn)化為主視圖、俯視圖、左視圖信息，輸出至觸摸屏模塊；內(nèi)存模塊為ARM核心處理器模塊提供運算緩存；觸摸屏模塊進(jìn)行顯示。本發(fā)明地下管道數(shù)據(jù)終端硬件電路結(jié)構(gòu)緊湊，以ARM芯片作為系統(tǒng)的核心處理器，采用模塊化設(shè)計，屬于精簡的電路結(jié)構(gòu)。
【專利說明】地下管道數(shù)據(jù)終端

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種地下管道數(shù)據(jù)終端，屬于非開挖【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 城市地下管道是城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施，是城市賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，擔(dān)負(fù) 著信息傳遞、能源輸送、排澇減災(zāi)等功能，是城市建設(shè)和發(fā)展的"生命線"。隨著我國城鎮(zhèn)化 步伐地加快，城市地下管道建設(shè)非常迅速，但隨之而來的問題也越來越多，例如城市道路的 拉鏈工程和施工引起的地下管道破壞等問題，成為城市建設(shè)和發(fā)展的"惡疾"。造成上述現(xiàn) 象原因往往是地下管道資料殘缺不全、準(zhǔn)確性差或者是與現(xiàn)狀不符，才給城市的建設(shè)和管 理帶來一系列的難題。
[0003] 我國建設(shè)部批準(zhǔn)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJJ61-2003《城市地下管線探測技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定： 確定地下管線屬性和空間位置的全過程，統(tǒng)稱為地下管線探測。目前，我國大概有二分之 一的城市有較為完整的地下管線資料，其他各城市都不同程度地存在城市地下管線殘缺不 全、準(zhǔn)確性差或者是與現(xiàn)狀不符的狀況。因此，建立完整精確的地下管道資料，是加快城市 現(xiàn)代化建設(shè)步伐的保障，是促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展的必要措施。
[0004] 地下管線測量系統(tǒng)已成為國外的一大研究熱點，其中有比利時公司、美國 Vivax-Metrotech公司、英國Radio detection等公司主要生產(chǎn)不同規(guī)格類型的地下管線 探測儀。其中，美國 Vivax-Metrotech 公司的 VM 系列（VM-480、VM-560、VM-810、VM-850、 VM-880等）管線探測儀，利用發(fā)射機發(fā)射特定頻率、接收機接受頻率的技術(shù)進(jìn)行探測，其 數(shù)據(jù)終端是IXD液晶屏幕，能夠顯示地下管線的深度、俯仰角，但是不能實時顯示地下管 線的圖形信息，可視化程度低，人機交互性差。比利時管線陀螺儀采用陀螺儀三維定位技 術(shù)，將陀螺儀原理與計算機技術(shù)整合在一起，繪制基于X、Y、Z三維坐標(biāo)的地下管線空間位 置曲線圖，但是其數(shù)據(jù)終端是專用電腦，體積龐大，不便于攜帶，從而導(dǎo)致在工業(yè)現(xiàn)場無法 繪制地下管線的圖形信息。另外，英國雷迪公司管線探測儀RD8000系列產(chǎn)品的數(shù)據(jù)終端 與Vivax-Metrotech的VM系列有相同的缺點，其終端是IXD屏幕，人機交互性差；而美國 McLaughlin G2管線探測儀的數(shù)據(jù)終端與比利時管線陀螺儀有相同的缺點，其終端是專用 電腦，體積龐大，不便于攜帶。
[0005] 因此，尋找一種實時性強、可視化程度高的微型地下管道數(shù)據(jù)終端，解決現(xiàn)行地下 管道數(shù)據(jù)終端體積龐大、實時性差等因素造成管道檢測困難成為當(dāng)務(wù)之急。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)行地下管線檢測中數(shù)據(jù)終端體積龐大、無法實時顯示 地下管線視圖信息的問題，提出一種地下管道數(shù)據(jù)終端，為非開挖【技術(shù)領(lǐng)域】的地下管線檢 測提供了一種實時性強、可視化程度高的微型嵌入式上位機平臺。
[0007] -種地下管道數(shù)據(jù)終端裝置，包括ARM核心處理器模塊、內(nèi)存模塊、觸摸屏模塊、 數(shù)據(jù)通訊模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、電源模塊；
[0008] 電源模塊為ARM核心處理器模塊、內(nèi)存模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊提供3. 3V直流電壓，電 源模塊為觸摸屏模塊、數(shù)據(jù)通訊模塊提供5V直流電壓；
[0009] 數(shù)據(jù)通訊模塊采集地下管線測量儀得到的地下管道的軌跡數(shù)據(jù)，軌跡數(shù)據(jù)包括陀 螺儀數(shù)據(jù)、里程計數(shù)據(jù)和加速度計數(shù)據(jù)，上述數(shù)據(jù)均為電壓信號，軌跡數(shù)據(jù)輸出至ARM核心 處理器模塊；
[0010] ARM核心處理器模塊包括數(shù)據(jù)解算模塊和圖形預(yù)處理模塊，數(shù)據(jù)解算模塊對數(shù)據(jù) 通訊模塊上傳的地下管道的軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)解算，將電壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為實際測量值，對實 際測量值進(jìn)行多數(shù)據(jù)信息融合處理，得到地下管道的三維坐標(biāo)信息，將三維坐標(biāo)信息輸出 至圖形預(yù)處理模塊，輸出至數(shù)據(jù)存儲模塊；
[0011] 圖形預(yù)處理模塊對地下管道的三維坐標(biāo)信息進(jìn)行預(yù)處理，得到地下管道的里程信 息，獲取三維坐標(biāo)信息中三個方向坐標(biāo)的極值，根據(jù)觸摸屏模塊顯示屏的分辨率，對三維坐 標(biāo)信息進(jìn)行放縮，使三維坐標(biāo)信息完全繪制在顯示屏上。最終，得到縮放后的三維坐標(biāo)信 息，然后將三維坐標(biāo)信息轉(zhuǎn)化為主視圖、俯視圖、左視圖信息，輸出至觸摸屏模塊；
[0012] 內(nèi)存模塊為ARM核心處理器模塊提供運算緩存；
[0013] 觸摸屏模塊分為兩種顯示模式，分別為單管線信息顯示、多管線信息顯示；
[0014] 單管線信息顯示時，觸摸屏模塊對單一管線的主視圖、俯視圖、左視圖信息進(jìn)行顯 示，并且能夠?qū)σ晥D進(jìn)行操作，包括動態(tài)顯示測量點坐標(biāo)、任意兩個測量點之間距離顯示、 視圖放大和視圖抓屏保存。此外，顯示地下管道里程信息、計算坐標(biāo)點數(shù)、地下管道起點坐 標(biāo)和地下管道終點坐標(biāo)；
[0015] 多管線信息顯示時，圖形預(yù)處理模塊調(diào)用數(shù)據(jù)存儲模塊中存儲信息，觸摸屏模塊 對多管線顯示，并且能夠?qū)σ晥D進(jìn)行操作，包括動態(tài)顯示測量點坐標(biāo)、任意兩個測量點之間 距離顯示和視圖抓屏保存。此外，顯示每條地下管道的里程信息。
[0016] 本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0017] (1)微型化，本發(fā)明地下管道數(shù)據(jù)終端硬件電路結(jié)構(gòu)緊湊，以ARM芯片作為系統(tǒng)的 核心處理器，采用模塊化設(shè)計，屬于精簡的電路結(jié)構(gòu)。這一模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計，突破了現(xiàn)有 地下管道數(shù)據(jù)終端體積龐大的局限，在硬件結(jié)構(gòu)上減小了終端的體積和重量，便于攜帶；
[0018] (2)實時性強，本發(fā)明開發(fā)設(shè)計CYPRESS的USB主控芯片CY7C68001的設(shè)備驅(qū)動程 序，能夠在工業(yè)現(xiàn)場在線或離線地與地下管線探測儀進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實時繪制和顯示地下 管線的圖形信息；
[0019] (3)人機交互性好，本發(fā)明使用觸摸屏作為人機交互接口，極大地簡化了用戶操 作，只需要輕輕觸擊屏幕即可，操作簡便，界面友好；
[0020] (4)本發(fā)明設(shè)計的觸摸屏校準(zhǔn)程序只需要對觸摸屏進(jìn)行一次初始校準(zhǔn)，校準(zhǔn)參數(shù) 就會長久的存儲在注冊表中，避免每次上電校準(zhǔn)的繁瑣過程；
[0021] (5)運行速度快，本發(fā)明使用專門定制的Windows CE操作系統(tǒng)，經(jīng)過量體裁衣裁 剪后的內(nèi)核僅10M左右，占用內(nèi)存小，運行速度快，性能穩(wěn)定；
[0022] (6)可視化程度高，本發(fā)明具有良好的人機界面，能夠?qū)崟r繪制三視圖曲線，并能 夠?qū)σ晥D進(jìn)行操作（測量點坐標(biāo)顯示、距離顯示、圖形放大和圖形保存），可視化程度進(jìn)一 步加強。此外，系統(tǒng)還可以同時顯示多條地下管線數(shù)據(jù)圖形，方便用戶對多組數(shù)據(jù)圖形進(jìn)行 比較；
[0023] (7)海量信息存儲，本發(fā)明支持大數(shù)據(jù)量的存儲，便于用戶存儲地下管道的數(shù)據(jù)信 肩、。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 圖1是本發(fā)明地下管道數(shù)據(jù)終端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0025] 圖2是本發(fā)明地下管道數(shù)據(jù)終端系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)詳解圖。
[0026] 圖3是本發(fā)明地下管道數(shù)據(jù)終端的單管線顯示效果圖。
[0027] 圖3a為顯示測量點坐標(biāo)、任意兩個測量點之間距離顯示的示意圖。
[0028] 圖3b為視圖放大的示意圖。
[0029] 圖4是本發(fā)明地下管道數(shù)據(jù)終端的多管線顯示效果圖。
[0030] 圖4a為四條管線顯示測量點坐標(biāo)的示意圖。
[0031] 圖4b為四條管線顯示時，任意兩個測量點之間距離顯示的示意圖。
[0032] 圖中：
[0033] 1. ARM核心處理器模塊 2.內(nèi)存模塊 3.觸摸屏模塊
[0034] 4.數(shù)據(jù)通訊模塊 5.數(shù)據(jù)存儲模塊 6.電源模塊
[0035] 101.數(shù)據(jù)解算模塊 102.圖形預(yù)處理模塊

【具體實施方式】
[0036] 下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0037] 本發(fā)明是一種地下管道數(shù)據(jù)終端裝置，如圖1所示，包括ARM核心處理器模塊1、內(nèi) 存模塊2、觸摸屏模塊3、數(shù)據(jù)通訊模塊4、數(shù)據(jù)存儲模塊5、電源模塊6 ;
[0038] 電源模塊6為ARM核心處理器模塊1、內(nèi)存模塊2、數(shù)據(jù)存儲模塊4提供3. 3V直流 電壓，電源模塊6為觸摸屏模塊3、數(shù)據(jù)通訊模塊5提供5V直流電壓。
[0039] 本發(fā)明中電源模塊6采用鋰電池，選用18650鈷酸鋰型2600mAh的日本三洋電芯， 18650的定義法則為：電芯的直徑為18mm，長度為65mm，形狀是圓柱體型。電源共使用四個 電芯，按照兩串兩并形式組成，電源的性能參數(shù)為：7. 4V/5200mAh(7. 4V = 3. 7VX2,輸出電 流為 5200mA = 2600mAX2)，體積長 X 寬 X 高=130mmX36mmX36mm。
[0040] 數(shù)據(jù)通訊模塊4采集地下管線測量儀得到的地下管道的軌跡數(shù)據(jù)，軌跡數(shù)據(jù)包括 陀螺儀數(shù)據(jù)、里程計數(shù)據(jù)和加速度計數(shù)據(jù)，上述數(shù)據(jù)均為電壓信號，軌跡數(shù)據(jù)輸出至ARM核 心處理器模塊1 ;數(shù)據(jù)通訊模塊4可以采用USB與地下管線測量儀進(jìn)行通信；
[0041] ARM核心處理器模塊1如圖2所示，包括數(shù)據(jù)解算模塊101和圖形預(yù)處理模塊102， 數(shù)據(jù)解算模塊101對數(shù)據(jù)通訊模塊4上傳的地下管道的軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)解算，將電壓數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換為實際測量值，對實際測量值進(jìn)行多數(shù)據(jù)信息融合處理，得到地下管道的三維坐標(biāo) 信息，并且，將三維坐標(biāo)信息輸出至圖形預(yù)處理模塊102,并且輸出至數(shù)據(jù)存儲模塊5,用于 保存數(shù)據(jù)信息，方便以后調(diào)用或者存檔，存儲的格式可以為TXT或者DAT格式。
[0042] 圖形預(yù)處理模塊102對地下管道的三維坐標(biāo)信息進(jìn)行預(yù)處理，得到地下管道的里 程信息，獲取三維坐標(biāo)信息中三個方向坐標(biāo)的極值，根據(jù)觸摸屏模塊3顯示屏的分辨率，對 三維坐標(biāo)信息進(jìn)行放縮，使三維坐標(biāo)信息完全繪制在顯示屏上，并且充滿整個顯示屏的視 野。最終，得到縮放后的三維坐標(biāo)信息，然后將三維坐標(biāo)信息轉(zhuǎn)化為主視圖、俯視圖、左視圖 信息，輸出至觸摸屏模塊3。
[0043] 內(nèi)存模塊2為ARM核心處理器模塊1提供運算緩存，使ARM核心處理器模塊1運 行速度快、運行穩(wěn)定。
[0044] 觸摸屏模塊3分為兩種顯示模式，分別為單管線信息顯示、多管線信息顯示；
[0045] 單管線信息顯示時，觸摸屏模塊3對單一管線的主視圖、俯視圖、左視圖信息進(jìn)行 顯示，并且能夠?qū)σ晥D進(jìn)行操作，包括動態(tài)顯示測量點坐標(biāo)、任意兩個測量點之間距離顯 示、視圖放大和視圖抓屏保存。此外，顯示地下管道里程信息、計算坐標(biāo)點數(shù)、地下管道起點 坐標(biāo)和地下管道終點坐標(biāo)。
[0046] 多管線信息顯示時，圖形預(yù)處理模塊102調(diào)用數(shù)據(jù)存儲模塊5中存儲信息，觸摸屏 模塊3對多管線顯示（本發(fā)明中管線的數(shù)量小于等于10條），并且能夠?qū)σ晥D進(jìn)行操作，包 括動態(tài)顯示測量點坐標(biāo)、任意兩個測量點之間距離顯示和視圖抓屏保存。此外，顯示每條地 下管道的里程信息。多管線信息顯示的主要目的是為了實現(xiàn)地下管道的比較，更主要的是 對同一地下管道多次測量結(jié)果進(jìn)行比較。
[0047] 觸摸屏模塊3還能實現(xiàn)繪圖保存以及繪圖打印，繪圖保存實現(xiàn)地下管道三視圖的 保存，用于存檔或者施工技術(shù)資料。
[0048] 所述的ARM核心處理器模塊1為數(shù)據(jù)終端控制系統(tǒng)的核心，采用三星公司ARM920T 系列的S3C2440,提供MMU功能支持、運算平臺和設(shè)備的相關(guān)接口等。
[0049] 所述的內(nèi)存模塊2由Nand-Flash和64M SDRAM組成，其中Nand-Flash是三星公 司K9F1208U0C芯片，SDRAM是海力士 HY57V561620FTP-H芯片，提供操作系統(tǒng)的存儲平臺。
[0050] 所述的觸摸屏模塊3為群創(chuàng)光電公司的AT070TN83四線制電阻式觸摸屏組成，作 為人機交互接口，提供數(shù)據(jù)顯示平臺和輸入信息窗口。其尺寸為7寸、分辨率為=800X480、 背光功耗為2. 500W、面板功耗為0. 825W、重量為130g。
[0051] 所述的數(shù)據(jù)存儲模塊5由SD控制器、SD卡槽和SD卡組成。提供數(shù)據(jù)存儲平臺， 支持大數(shù)據(jù)量的存儲，便于用戶存儲地下管道的數(shù)據(jù)信息。
[0052] 本發(fā)明中單管線信息顯示能夠顯示單條地下管道的三視圖，并能夠?qū)σ晥D進(jìn)行操 作，包括動態(tài)顯示測量點坐標(biāo)、任意兩個測量點之間距離顯示、視圖放大和視圖保存。此外， 顯示里程信息、計算坐標(biāo)點數(shù)、起點坐標(biāo)和終點坐標(biāo)等，如圖3a所示，為顯示測量點坐標(biāo)、 任意兩個測量點之間距離顯示的示意圖，圖3b所示，為視圖放大的示意圖。多管線信息顯 示最多能夠繪制十條地下管道的三視圖，并能夠?qū)σ晥D進(jìn)行操作，包括動態(tài)顯示測量點坐 標(biāo)、任意兩個測量點之間距離顯示和視圖保存，如圖4a所示，為四條管線顯示測量點坐標(biāo) 的示意圖，圖4b所示，為四條管線顯示時，任意兩個測量點之間距離顯示的示意圖。多條管 線顯示的主要目的是為了實現(xiàn)地下管道的比較，更主要的是對同一地下管道多次測量結(jié)果 進(jìn)行比較。
[0053] 該數(shù)據(jù)終端主要面向非開挖技術(shù)鋪設(shè)的各類地下管線的測量顯示，便于攜帶、操 作簡便，并能支持大數(shù)據(jù)量的存儲，運行速度快，性能穩(wěn)定，且能夠連續(xù)工作5個小時。
【權(quán)利要求】
1. 一種地下管道數(shù)據(jù)終端裝置，包括ARM核心處理器模塊、內(nèi)存模塊、觸摸屏模塊、數(shù) 據(jù)通訊模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、電源模塊； 電源模塊為ARM核心處理器模塊、內(nèi)存模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊提供3. 3V直流電壓，電源模 塊為觸摸屏模塊、數(shù)據(jù)通訊模塊提供5V直流電壓； 數(shù)據(jù)通訊模塊采集地下管線測量儀得到的地下管道的軌跡數(shù)據(jù)，軌跡數(shù)據(jù)包括陀螺儀 數(shù)據(jù)、里程計數(shù)據(jù)和加速度計數(shù)據(jù)，上述數(shù)據(jù)均為電壓信號，軌跡數(shù)據(jù)輸出至ARM核心處理 器模塊； ARM核心處理器模塊包括數(shù)據(jù)解算模塊和圖形預(yù)處理模塊，數(shù)據(jù)解算模塊對數(shù)據(jù)通訊 模塊上傳的地下管道的軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)解算，將電壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為實際測量值，對實際測 量值進(jìn)行多數(shù)據(jù)信息融合處理，得到地下管道的三維坐標(biāo)信息，將三維坐標(biāo)信息輸出至圖 形預(yù)處理模塊，輸出至數(shù)據(jù)存儲模塊； 圖形預(yù)處理模塊對地下管道的三維坐標(biāo)信息進(jìn)行預(yù)處理，得到地下管道的里程信息， 獲取三維坐標(biāo)信息中三個方向坐標(biāo)的極值，根據(jù)觸摸屏模塊顯示屏的分辨率，對三維坐標(biāo) 信息進(jìn)行放縮，使三維坐標(biāo)信息完全繪制在顯示屏上，最終，得到縮放后的三維坐標(biāo)信息， 然后將三維坐標(biāo)信息轉(zhuǎn)化為主視圖、俯視圖、左視圖信息，輸出至觸摸屏模塊； 內(nèi)存模塊為ARM核心處理器模塊提供運算緩存； 觸摸屏模塊分為兩種顯示模式，分別為單管線信息顯示、多管線信息顯示； 單管線信息顯示時，觸摸屏模塊對單一管線的主視圖、俯視圖、左視圖信息進(jìn)行顯示， 并且，能夠?qū)σ晥D進(jìn)行操作，包括動態(tài)顯示測量點坐標(biāo)、任意兩個測量點之間距離顯示、視 圖放大和視圖抓屏保存，其中，顯示地下管道里程信息、計算坐標(biāo)點數(shù)、地下管道起點坐標(biāo) 和地下管道終點坐標(biāo)； 多管線信息顯示時，圖形預(yù)處理模塊調(diào)用數(shù)據(jù)存儲模塊中存儲信息，觸摸屏模塊對多 管線顯示，并且，能夠?qū)σ晥D進(jìn)行操作，包括動態(tài)顯示測量點坐標(biāo)、任意兩個測量點之間距 離顯示和視圖抓屏保存，其中，顯示每條地下管道的里程信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地下管道數(shù)據(jù)終端裝置，所述的電源模塊采用鋰電池， 選用18650鈷酸鋰型2600mAh的日本三洋電芯，18650的定義法則為：電芯的直徑為18mm， 長度為65mm，形狀是圓柱體型；電源共使用四個電芯，按照兩串兩并形式組成，電源的性能 參數(shù)為 ：7.4V/5200mAh，體積長 X 寬 X 高=130mmX36mmX36mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地下管道數(shù)據(jù)終端裝置，所述的觸摸屏模塊還能實現(xiàn)繪 圖保存以及繪圖打印。
【文檔編號】G06F3/041GK104156112SQ201410392160
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月11日
【發(fā)明者】宋華, 葛昆山 申請人:北京航空航天大學(xué)