專利名稱：非接觸式計程儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種獲取地下管道三維地理信息的裝置和可安裝于該裝置上的非接觸式移動距離測量單元。
背景技術：
涉及用于檢測地下管道的裝置的發(fā)明包括下列發(fā)明I) 2001年6月5日公布的美國專利US6，243，657 “確定管線特征位置的方法和裝
直2) 1995年5月23日公布的美國專利US 5,417, 112 “指示在地下管線內(nèi)移動的清管器的通路的裝置”3) 1987年12月22日公布的美國專利US 4，714，888 “觀測管線中清管器通路的 裝置”4) 2005年2月22日公布的美國專利US 6，857，329 “檢測管線阻塞的清管器”5) 2003年7月3日公開的美國專利US 2003/0, 121，338 “用于管線中流體環(huán)境的
非破壞性檢測的管線清管器”這些用于檢測地下管道的裝置通常能夠獲取二維地理信息，但是不能獲得與管道深度相關的數(shù)據(jù)。因此，這些監(jiān)測地下管道的普通裝置具有難以有效維護和保護管道的局限性。管道的大致位置被標注在地圖上，但是管道被埋設的深度沒有進行標注，這可能會導致挖掘工人錯誤地損壞管道。因此，需要一種在數(shù)據(jù)庫中不僅收集地下管道的二維位置，而且還要收集深度的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
技術問題為了解決上述這些技術問題，本發(fā)明提供一種獲取地下管道的三維地理信息來替代二維位置信息的裝置，使得與地下管道深度相關的信息可以被收集到數(shù)據(jù)庫中。為了解決上述技術問題，本發(fā)明還提供一種獲取地下管道三維地理信息而不切斷地下管道中水流的裝置。技術方案根據(jù)本發(fā)明的一個示例性方面，提供一種獲取地下管道三維地理信息的裝置，該裝置包括在地下管道內(nèi)移動的管道內(nèi)傳送設備；檢測所述管道內(nèi)傳送設備的三維地理信息的檢測設備；以及存儲由所述檢測設備測量的值的信息存儲設備。所述檢測設備可以包括測量所述管道內(nèi)傳送設備移動的方向的移動方向測量單元；測量所述管道內(nèi)傳送設備移動的速度的移動速度測量單元；以及測量所述管道內(nèi)傳送設備移動距離的移動距離測量單元。所述移動距離測量單元可以是一計程儀，且可以包括發(fā)射具有預定照射區(qū)域的平行激光束的激光器單元；與所述激光器單元發(fā)射的所述激光束的光軸垂直設置的傳感器單元；以及分束器，該分束器設置在所述激光器單元和所述傳感器單元的光軸上，以便將由所述激光器單元發(fā)射出的所述激光束反射到地面，且將地面反射的所述激光束透射到所述傳感器單元。所述管道內(nèi)傳送設備可以構造成直徑小于所述地下管道的直徑的浮動體，以漂浮在所述地下管道內(nèi)流動的流體上，并且具有與在所述地下管道內(nèi)流動的流體相同的比重。所述管道內(nèi)傳送設備可以被構造成清管器主體或運動機器人。
所述檢測設備可以進一步包括獲取所述地下管道內(nèi)部視頻數(shù)據(jù)的攝像機設備，或者包括設置在所述地下管道內(nèi)預定位置的通信模塊；以及通過與所述通信模塊進行通信來獲取地理信息的無線通信裝置。根據(jù)本發(fā)明的另一示例性方面，提供一種非接觸式計程儀，該非接觸式計程儀包括發(fā)射具有預定照射區(qū)域的平行激光束的激光器單元；與所述激光器單元發(fā)射的激光束的光軸垂直設置的傳感器單元；以及分束器，該分束器設置在所述激光器單元和所述傳感器單元的光軸上，以便將所述激光器單元發(fā)射的所述激光束反射到地面，并將所述地面反射的所述激光束透射到所述傳感器單元。所述傳感器單元可以包括光學流量傳感器，該光學流量傳感器包括檢測所述激光束的光接收表面；以及數(shù)字信號處理系統(tǒng)，該數(shù)字信號處理系統(tǒng)將從所述光學流量傳感器輸出的光電信號處理為數(shù)字信號，并且使用光學導航計算位置變化。所述分束器可以反射由所述激光器單元發(fā)射的線性偏振光，并且透射經(jīng)過半波長延遲的所述線性偏振光。四分之一波片可以被進一步地設置于從偏振分束器反射到地面的光的光路上。有益效果根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方式，在數(shù)據(jù)庫中不僅創(chuàng)建管道的二維地理信息，而且創(chuàng)建與管道的深度相關的數(shù)據(jù)。因此，可以更有效地維護和保護管道。地下管道置于水流不被切斷的環(huán)境中，并且獲取三維地理信息。因此，沒有為了執(zhí)行繪圖操作而暫停管道使用所帶來的不便。在測量距離變化或在不平坦表面上測量距離的情況下，如果使用利用光學流量傳感器的非接觸式計程儀，那么測量運動距離不會發(fā)生錯誤。


圖I為示出了根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施方式的用于獲取三維地理信息的裝置的視圖；圖2為示出了使用圖I的裝置獲取地下管道三維地理信息的過程的視圖；圖3和4為示出了傳統(tǒng)光學計程儀的示意圖；圖5為示出了當光學計程儀的發(fā)射軸線與光學計程儀的接收軸線不一致時光學流量傳感器檢測區(qū)域的視圖6為示出了根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施方式的計程儀的示意圖；圖7為示出了根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施方式的計程儀的光線傳輸效率的視圖；并且圖8為示出了根據(jù)本發(fā)明另一示例性實施方式的計程儀的光線傳輸效率的視圖?！锤綀D標記的說明>100:計程儀110，110’ :激光器單元130:光學流量傳感器200，200’ :分束器
220:四分之一波片300:管道內(nèi)傳送設備500:地下管道
具體實施例方式本發(fā)明的組件和操作將通過參考附圖詳細進行解釋。圖I為示出了本發(fā)明一個示例性實施方式的用于獲取地下管道的三維地理信息的裝置的視圖，其中示出了管道內(nèi)傳送設備300。管道內(nèi)傳送設備300在管道內(nèi)水流不被切斷的情況下獲取地理信息。管道內(nèi)傳送設備300在地下管道500內(nèi)移動，并且包括測量管道內(nèi)傳送設備300移動的方向、速度和距離的檢測單元310，以及存儲由檢測單元310測量的值的存儲單元340。管道內(nèi)傳送設備300可以被構造成直徑小于地下管道500的直徑，并且比重與在地下管道500內(nèi)流動的流體相同，使得管道內(nèi)傳送設備300漂浮于在地下管道500內(nèi)流動的流體上。例如，在管道內(nèi)移動的繪圖設備可以具有大小為I的比重。如果管道內(nèi)傳送設備被構造為浮動體，則不需要額外的驅(qū)動設備、復雜機械、或輔助設備來用于流體在管道中移動。當在水管中使用比重為I的繪圖設備時，繪圖設備在水管流動持續(xù)時可以獲取地理信息并且能夠繪制相當長的距離而不需要驅(qū)動機構。因此，比重為I的繪圖設備具有諸如以下優(yōu)點縮短操作時間，增加操作區(qū)域和減少用戶不便。浮動體可以具有流線型曲面表面以最小化流體阻力，并具有兩個或更多的翼以穩(wěn)定地移動。管道內(nèi)傳送設備300可以被構造成清管器主體來替代浮動體。構造成清管器主體的管道內(nèi)傳送設備需要在清管器槽上的清管器發(fā)射裝置。在這種情況下，清管器主體在管道內(nèi)移動期間可以執(zhí)行沖洗操作。根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方式，繪圖設備的清管器主體可以使用韓國專利申請No. 20-2005-0007528或No. 20-2003-0039794所公開的其他結構來構造。管道內(nèi)傳送設備300可以被實現(xiàn)為管道內(nèi)的運動機器人。管道內(nèi)的運動機器人可以被構造為沿傾斜或曲線路徑運行，并且可以是如韓國專利申請No. 10-1995-0030874或No. 10-2001-0009369所公開的運動機器人。如果管道內(nèi)的運動機器人沿傾斜或曲線路徑運行，則這種機器人沒有局限性。由于管道內(nèi)的運動機器人包括獲得用于控制輪驅(qū)動單元的信號的編碼器，當計算運動機器人的運行距離和轉(zhuǎn)動方向時，除了從光學傳感器獲得的數(shù)據(jù)外，該編碼器信號還產(chǎn)生獲得的編碼器數(shù)據(jù)。因此，加強了上述地理信息的可靠性。檢測單元310被設置在管道內(nèi)傳送設備300中，并且包括使用無線信號(例如射頻(RF)信號)的有源傳感器320、以及測量該管道內(nèi)傳送設備300移動的方向、速度、距離的繪圖傳感器330。有源傳感器320可以被構造為收集與管道內(nèi)傳送設備300的移動相關的信息的有源RF傳感器。繪圖傳感器330包括加速度計和陀螺儀。加速度計測量管道內(nèi)傳送設備300的速度，并且陀螺儀測量管道內(nèi)傳送設備300移動的方向。因此，使用光學流量傳感器的非接觸式計程儀100測量管道內(nèi)傳送設備300的移動距離。非接觸式計程儀100將在下面進行解釋。管道內(nèi)傳送設備300還可以包括無線通信設備350，其通過與設置在地下管道500內(nèi)預定位置的通信模塊610、620、630和640 (參照圖2)進行通信來獲取地理信息；和 攝像機，其獲取地下管道500的內(nèi)部視覺數(shù)據(jù)。該攝像機獲取地下管道500的內(nèi)部視頻數(shù)據(jù)，并且確定要維修的管道的位置和情況，因此能夠便利和準確地維修和管理管道內(nèi)部。為了在持續(xù)流動條件下進行操作，管道內(nèi)傳送設備300至少在lOkg/cm2的情況下可以防水。圖2為示出了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方式的具有浮動體的繪圖設備的立體圖。根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施方式的管道內(nèi)傳送設備300被插入設置在地下管道500內(nèi)的空氣通風孔中。管道內(nèi)傳送設備300的直徑小于地下管道500的直徑，因此可以根據(jù)流體流動方向在管道內(nèi)移動。管道內(nèi)傳送設備300的檢測單元310利用有源傳感器320、繪圖傳感器330、計程儀、或非接觸式計程儀，通過測量用于計算三維地理信息的管道內(nèi)傳送設備300的加速度、角度加速度和運行距離，來測量管道內(nèi)傳送設備300移動的方向和距離。利用檢測單元310獲取的數(shù)據(jù)和與管道內(nèi)傳送設備300的入口和出口相關的通過全球定位系統(tǒng)(GPS)獲得的地理信息相組合，因此利用管道內(nèi)傳送設備300的軌跡和該組合信息來測量和繪制地下管道500所處的二維位置和深度。如果在管道內(nèi)傳送設備300中安裝有攝像機，則可以通過組合管道內(nèi)的視頻數(shù)據(jù)和地理信息來創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫。由于地下管道500通常使用金屬制成，不均勻地生成電波。因此，管道內(nèi)傳送設備300需要存儲單元340來存儲檢測單元310測量的數(shù)據(jù)。無線通信設備350安裝于管道內(nèi)傳送設備300上，與設置在管道內(nèi)傳送設備300的入口和出口之間的中間部分上的無線設備進行通信，以獲取用于補償?shù)牡乩硇畔ⅰo線設備可以是例如射頻識別(RFID)610，可以是與無線個人局域網(wǎng)(WPAN)(例如Zigbee通信模塊)相連接的通信設備620，可以是通道傳感器模塊630，可以是具有流體轉(zhuǎn)換閥的通信模塊640，或者可以是具有觀察監(jiān)視傳感器的通信模塊650。對一個設備繪圖的操作包括以下操作加載管道內(nèi)傳送設備300的存儲單元340中存儲的測量值，將管道內(nèi)傳送設備300的入口、出口和中間部分的地理信息與基于從傳感器獲取的數(shù)據(jù)估計的地理信息相組合，計算相應部分的三維地理信息，以及創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫。如果三維管道網(wǎng)絡圖與地理信息系統(tǒng)(GIS)、應用RFID技術的閥和管道數(shù)據(jù)、管道內(nèi)監(jiān)視圖像數(shù)據(jù)、或管道內(nèi)監(jiān)視傳感器的實時數(shù)據(jù)相交互，則可以構造一個管理地下管道的系統(tǒng)。實施本發(fā)明的方式為了更加準確地給管道繪圖，重要的是測量管道內(nèi)傳送設備300的運行距離。管道內(nèi)傳送設備300可以被構造為在不切斷水流情形下使用的浮動體。如果使用接觸式計程儀，則可能會產(chǎn)生相當大的誤差。因此，優(yōu)選使用非接觸式計程儀。利用光學傳感器的計程儀作為代表性的非接觸式計程儀在表I中示出。表I[表 I]
[表]
權利要求
1.一種非接觸式計程儀，該計程儀包括 發(fā)射具有預定照射區(qū)域的平行激光束的激光器單元； 與所述激光器單元發(fā)射的激光束的光軸垂直設置的傳感器單元；以及分束器，該分束器設置在所述激光器單元和所述傳感器單元的光軸上，以便將所述激光器單元發(fā)射的所述激光束反射到地面，并將所述地面反射的所述激光束透射到所述傳感器單元。
2.如權利要求I所述的計程儀，其中所述傳感器單元包括 光學流量傳感器，該光學流量傳感器包括檢測所述激光束的光接收表面；以及數(shù)字信號處理系統(tǒng)，該數(shù)字信號處理系統(tǒng)將從所述光學流量傳感器輸出的光電信號處理為數(shù)字信號，并且使用光學導航來計算位置的變化。
3.如權利要求2所述的計程儀，其中所述分束器反射由所述激光器單元發(fā)射的線性偏振光，并且透射經(jīng)過半波長延遲的所述線性偏振光。
4.如權利要求2所述的計程儀，其中四分之一波片被進一步設置在從所述偏振分束器反射到地面的光的光路上。
全文摘要
一種非接觸式計程儀，該計程儀包括發(fā)射具有預定照射區(qū)域的平行激光束的激光器單元；與所述激光器單元發(fā)射的激光束的光軸垂直設置的傳感器單元；以及分束器，該分束器設置在所述激光器單元和所述傳感器單元的光軸上，以便將所述激光器單元發(fā)射的所述激光束反射到地面，并將所述地面反射的所述激光束透射到所述傳感器單元。
文檔編號G01V8/10GK102749658SQ201210241698
公開日2012年10月24日 申請日期2008年7月18日 優(yōu)先權日2007年7月19日
發(fā)明者千汶淑, 宣點洙, 樸爀晟, 樸相奉, 梁賢錫, 玄東俊, 金東炫, 金振聲, 閔庚洙 申請人:樂博建, 水資源技術(株)