用於非開挖的導向系統和導向方法
2023-07-29 01:40:21
專利名稱：用於非開挖的導向系統和導向方法
技術領域：
本發明涉及導向系統和導向方法，尤其涉及一種用於非開挖技術的導向系統和導 向方法，特別地，本發明所提供的非開挖導向系統和非開挖導向方法能夠抵抗噪聲幹擾。
背景技術：
非開挖技術是指利用巖土導向、定向鑽進等手段，在地表不挖槽的情況下，進行諸 如鋪設、更換或修復各種地下管線之類的施工的技術。該技術社會經濟效益顯著，尤其可在 一些無法實施開挖作業的地區鋪設管線，如穿越公路、鐵路、建築物、河流、古蹟保護區、鬧 市區、農作物及植被保護區等。該技術現已廣泛用於燃氣、電信和電力等工程部門。在非開挖技術的使用過程中需要進行導向，而導向過程中非常關鍵一個問題就是 如何抵抗噪聲幹擾。一般情況下，噪聲幹擾通常來自如下幾個方面第一，帶有電流的導體 產生幹擾磁場，這通常被稱為主動幹擾；第二，導體在接收到發射器信號後又將信號發射出 去，這通常被稱為被動幹擾；第三，發射器信號被屏蔽掉，這通常被稱為屏蔽信號。其中，在 許多情況下，主動幹擾是噪聲幹擾的主要來源，也是非開挖技術領域亟待解決的技術問題。為了對抗主動幹擾，設計人員或者操作人員通常會採取如下兩種方案來應對主動 幹擾。第一種方案就是採用兩隻不同頻率的發射器，其中在幹擾區域只有一個強幹擾源的 情況下，可以選用另一個發射器；但是這種方案的缺點在於，只有找到幹擾源的情況下，才 會使用另一個發射器，只有當打到幹擾源的情況下才需選擇第二頻率，這樣鑽杆要全部抽 回，浪費時間，人力，同時也增加打不回原孔的危險。第二種方案就是採用雙頻同時發射 (即，任意時刻都通過兩個頻率進行發射)；但是，這種方案的缺點在於，發射器的電源是固 定的，要麼縮短發射器的使用時間，在長時間作業時又會碰到發射器沒電的問題。要麼降低 發射器的功率，這樣勢必會降低發射器的最深深度及最長距離。因此，希望開發出一種能夠解決上述現有技術中的不足之處的技術，也就是說，希 望存在一種非開挖導向系統，使得該非開挖導向系統能夠具有簡單的結構並且能夠節省使 用時的能量消耗，由此降低製造和使用成本。
發明內容
為了解決上述部分或者全部技術問題，本發明提出了一種能夠測量主動幹擾的非 開挖導向系統和非開挖導向方法，所述非開挖導向系統具有簡單的結構並且能夠節省使用 時的能量消耗，由此降低製造和使用成本，此外，本發明所提供的非開挖導向系統還解決了 雙頻用時發射方案中所存在的不必要的浪費電池的技術問題。並且，本發明還提供了一種 非開挖導向方法，所述方案具有與上述非開挖導向系統相類似的優勢。在本發明的第一個方面中，提供了一種非開挖導向系統，所述非開挖導向系統包 括探測探頭，用於獲取信息；第一處理器，用於預處理所述探測探頭所獲得的信息；
第二處理器，用於對所述第一處理器處理後的信息進行頻域處理；以及 同步顯示器，用於顯示所述第二處理器處理後的信息。在一個優選的實施例中，所述第二處理器包括一個頻譜分析儀，所述頻譜分析儀 用於對預定的一個或多個信號頻率範圍進行分析，並且對經分析後的信息進行處理，以選 擇信號的信噪比相對較大的一個頻率或者頻率範圍。其中，「預定的一個或多個信號頻率範圍」可以是感興趣的一個或多個信號頻率範 圍或者希望研究的一個或多個信號頻率範圍。本發明所提供的非開挖導向系統考慮了信號頻譜，使得操作人員可以對預定的一 個或多個信號頻率範圍進行分析，從而該非開挖導向系統可幫助操作人員在諸如發射器鑽 頭之類的儀器入地之前，選擇一個噪聲較小的頻譜範圍，並且同時避開在導向過程中獲知 的噪聲較大的頻譜範圍。這樣，本發明所提供的非開挖導向系統以簡單的手段有效地實現了噪聲抵抗，更 具體地說，這一手段尤其適合於抵抗主動幹擾。需要注意的是，所述頻譜分析儀以及第二處理器可以是分離的裝置，但是兩者也 可以總體由一個處理器實現，也就是說，所述頻譜分析儀可以集成在所述第二處理器中作 為處理器的一部分。在一個優選的實施例中，所述第二處理器進一步包括一個跟蹤器，用於對預定的 一個或多個信號的信噪比和/或預測最深深度的變化進行跟蹤。通過在所述非開挖導向系 統中布置一個跟蹤器，所述非開挖導向系統的精確性得到了進一步的保證。並且，所述第二 處理器進一步可以包括一個個顯示器，顯示給用戶噪聲及頻率選擇信息。優選地，所述第二處理器還可以在導向儀上以任何方法利用信噪比信息對最深深 度進行估計。這樣，進一步提高了導向精度並提高了工程效率。在非開挖導向系統中，顯示器為同步顯示器。這樣，顯示器可以實時地顯示探測探 頭所獲得的信息。並且，非開挖導向系統可以任何方式利用信噪比信息建議用戶選擇最佳 頻率。該建議信息可以顯示在同步顯示器上，使得操作人員可以實時地了解噪聲狀態並及 時作出反應。同樣地，這樣也可以進一步提高導向精度並提高工程效率。在一個優選的實施例中，所述探測探頭包括一個三維天線。在一個優選的實施例中，所述非開挖導向系統還包括一個輸入裝置，用於輸入用 戶指令。這樣，操作人員可以隨時根據所顯示的探測信息來控制所述非開挖導向系統的操 作。在一個優選的實施例中，頻譜分析儀採用傅立葉變換來產生頻譜信息。具體地說， 頻譜分析儀可包括傅立葉變換器，用於通過傅立葉變換來產生頻譜信息。在另一個優選的實施例中，所述第一處理器包括一個模數轉換器，用於對信號進 行模數轉換。在一個優選的實施例中，所述非開挖導向系統被用於非開挖鑽機。如此，採用了根 據本發明的非開挖導向系統的非開挖鑽機能夠獲得本發明所能提供的所有優勢，即能夠抵 抗噪聲幹擾(尤其是主動幹擾)、具有簡單的結構、並且能夠節省使用時的能量消耗，由此 降低製造和使用成本。根據本發明的另一方面，提供了一種用於非開挖的導向方法，用於控制或操作如上所述的非開挖導向系統。本領域技術人員在閱讀本申請文本以後可以理解的是，根據本發明的用於非開挖的導向方法同樣能夠獲得根據本發明的用於非開挖的導向系統所能獲 得的所有優勢。
圖1是根據本發明的一個實施例的非開挖導向系統的示意框圖；圖2是根據本發明實施例的非開挖導向系統的第二處理器的信號處理流程的簡 單示意框圖；圖3是圖2所示的在本發明實施例中使用的頻譜分析儀的結構示意圖；以及圖4是根據本發明的另一個實施例的非開挖導向系統的示意框圖。注意，附圖是示意性的而非限制性的，其用於解釋說明，而非限制本發明的範圍。
具體實施例方式
現在將參考附圖描述本發明的實施例。現在參見圖1，圖1是根據本發明的一個實施例的非開挖導向系統100的示意框圖。非開挖導向系統100包括探測探頭1，該探測探頭1具有三維天線的接收機(例如 該三維天線是三維正交環形天線)，用於接收三維信息。非開挖導向系統100還包括一個第 一處理器2 (例如可以是中央處理器CPU)，第一處理器2接收探測探頭1的輸出信號；該第 一處理器2具體可包括一個模數轉換器(A/D)21，用於對接收到的信號進行模擬到數字的 轉換。非開挖導向系統100還包括一個第二處理器3 (例如同樣可以是中央處理器CPU)，第 二處理器3接收第一處理器2的輸出信號，並且第二處理器3用於產生頻譜信號，並對頻譜 信號進行處理。由此，第二處理器3具體地包括一個頻譜分析儀31，用來對感興趣的一個或 多個信號頻率範圍進行分析。第二處理器3所產生的頻譜信號被輸入至顯示器4 (具體地說，可以是一個同步顯 示器)，例如嵌入式同步顯示器。顯示器4對頻譜分析儀31的分析結果進行顯示，以便非開 挖導向系統100的操作人員可以獲知分析結果。進一步地，圖1所示的非開挖導向系統100還包括一個輸入裝置5，例如可以是鍵 盤或者滑鼠之類的輸入裝置，非開挖導向系統100的操作人員可以經由這個輸入裝置5來 向非開挖導向系統100輸入用戶指令，以對非開挖導向系統100的操作進行指示，或者改變 非開挖導向系統100的操作。這樣，最後，操作人員可以指示非開挖導向系統100來選擇使 用信噪比較大的一個頻率(或者信噪比較大的一個頻率範圍)。具體地說，操作人員可以 通過輸入裝置5向第二處理器3輸入指令，從而指示非開挖導向系統100根據用戶指令進 行操作。例如操作人員可以向第二處理器3輸入指令，以便通過第二處理器3對探測探頭 1的操作進行控制。並且，顯示器4還可以實時同步地顯示相關信息。圖2是根據本發明實施例的非開挖導向系統的第二處理器3的信號處理流程的簡 單示意框圖。具體地說，經由模數轉換器21轉換後的數位訊號X、Y和Z在加法器中相加， 然後利用一個傅立葉變換器來對相加後的信號進行傅立葉變換，從而得到頻譜信號。最後， 對得到的頻譜信號進行頻譜分析，例如具體地可以分析信號的信噪比，以獲取希望的結果。
參見圖3，其中圖3是圖2所示的在本發明實施例中使用的頻譜分析儀31的結構 示意圖。圖3所示的頻譜分析儀31包括加法器311，用於對信號進行相加；傅立葉變換器 312，用於將時域信號變換成頻域信號；以及噪聲分析器312，用於分析噪聲信號的特徵。從上面的描述可知，本發明採用了一種被稱為叫作動態信號的分析方法。其中，對 信號進行時域的採集，然後對其進行傅立葉變換，將其轉換成頻域信號。該方法的特點是速 度比較快，有較高的採樣速率，較高的解析度。即使是兩個信號間隔非常近，用傅立葉變換 也可將它們分辨出來。以上所述的圖1至圖3所示出的實施例給出了本發明的一種實施方式，但是對該 實施例僅僅用於說明。例如，在另一個具體的優選實施例中，採用了例如型號為GL-515的 儀器的三維天線，並且利用模數轉換器將信號進行模數轉換以傳送到信號處理器。信號處 理器(頻譜分析儀)通過利用傅立葉變換(FFT)而產生頻域信號頻譜。此後，CPU通過顯 示器(例如GL-515的顯示屏)顯示噪聲的分布情況。最後，進行噪聲分析處理，以選擇一 個噪聲相對較小的頻率。
可以對圖1所示的實施例做出進一步的改進。現在參見圖4，圖4是根據本發明的 另一個實施例的非開挖導向系統的示意框圖。可以看出，圖3基本上與圖1類似，不同之處在於圖3所示的非開挖導向系統200 中的第二處理器3還包括一個跟蹤器32。跟蹤器32可用於對感興趣的一個或多個信號頻 率範圍的變化進行跟蹤。通過利用跟蹤器32來跟蹤信號頻譜的變化情況，這樣就為實時地 檢測噪聲的情況提供了可能，這樣操作人員可以隨時監控噪聲(尤其是主動幹擾)的變化 情況。具體地說，該跟蹤器32可以實時地接收來自三維天線11的信號(該信號可能已經 被預處理)，並對信號的變化進行跟蹤。跟蹤器32的輸出可輸入至頻譜分析儀31，以便實 時得對所獲得頻譜信息進行分析。從而使得操作人員可以實時地選擇最佳的頻率或者頻率 範圍。可選地或者附加地，跟蹤器32優選地還可用於對預測最深深度或者預測最深深 度的變化進行跟蹤監控。從而能進一步提高本發明所提供的非開挖導向系統200的效率。進一步地，例如，第二處理器3還可以包括一個警報器(未在附圖中示出)，當非開 挖導向系統200初始選擇的頻率出現較大的主動幹擾時，警報器發出警報通知操作人員， 以便操作人員可以及時應對，以作出例如修改頻率等操作。需要注意的是，雖然以分離裝置的形式顯示了第一處理器和第二處理器，但是本 領域技術人員可以理解的是，第一處理器和第二處理器可以集成為一個總的處理器。或者 可選地，第一處理器的部分功能可由第二處理器來實現，相反，第二處理器的部分功能也可 由第一處理器來實現。在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，並不具體限制第一處理器 和第二處理器的實現方式。應當注意，上述實施例是對本發明的例示而非限定，並且本領域的技術人員可以 在不偏離權利要求的範圍的前提下設計出很多種替代實施例。在權利要求中，置於括號中 的參考標號不應被理解為對權利要求構成限制。詞「包括」並不排除權利要求所列出的元 素或步驟以外的元素或步驟的存在。用在元素之前的詞「一個」不排除多個此種元素的存 在。本發明可以通過包含數種獨特元素的硬體來實現，也可以由軟體來實現。在列舉了數個裝置的產品權利要求中，這些裝置可以由一個相同的硬體或者軟體來實現。在互不相同的從屬權利要求中引述特定手段的情況並不表示不能用這些手段的組合來獲得優點。
權利要求
一種非開挖導向系統，所述非開挖導向系統包括探測探頭(1)，用於獲取信息；第一處理器(2)，用於預處理所述探測探頭所獲得的信息；第二處理器(3)，用於對所述第一處理器處理後的信息進行頻域處理；以及同步顯示器(4)，用於顯示所述第二處理器處理後的信息。
2.根據權利要求1所述的非開挖導向系統，其中所述第二處理器(3)包括一個頻譜分 析儀(31)，所述頻譜分析儀(31)用於對預定的一個或多個信號頻率範圍進行分析，並且對 經分析後的信息進行處理，以選擇信號的信噪比相對較大的一個頻率或者頻率範圍。
3.根據權利要求1所述的非開挖導向系統，其中所述第二處理器(3)進一步包括一個 跟蹤器(32)，用於對預定的一個或多個信號頻率範圍的信噪比和/或預測最深深度進行跟蹤。
4.根據權利要求3所述的非開挖導向系統，其中所述第二處理器(3)用於利用信噪比 信息對最深深度進行估計。
5.根據權利要求1所述的非開挖導向系統，其中所述非開挖導向系統利用信噪比信息 建議用戶選擇最佳頻率，並且所述同步顯示器(4)能夠為用戶顯示噪聲及頻率選擇信息。
6.根據權利要求1所述的非開挖導向系統，其中，所述非開挖導向系統還包括一個輸 入裝置(5)，用於輸入用戶指令；並且所述探測探頭(1)包括三維天線(11)。
7.根據權利要求1所述的非開挖導向系統，其中頻譜分析儀(31)包括傅立葉變換器 (312)，用於通過傅立葉變換來產生頻譜信息。
8.根據權利要求1所述的非開挖導向系統，其中所述第一處理器包括一個模數轉換器 (21)，用於對信號進行模數轉換。
9.根據權利要求1所述的非開挖導向系統，其中所述非開挖導向系統被用於非開挖鑽機。
10.一種用於非開挖的導向方法，用於控制或操作如權利要求1至10之一所述的非開 挖導向系統。
全文摘要
本發明提供了一種用於非開挖的導向系統和導向方法。一種非開挖導向系統包括探測探頭(1)，用於獲取信息；第一處理器(2)，用於預處理所述探測探頭所獲得的信息；第二處理器(3)，用於對所述第一處理器處理後的信息進行頻域處理；以及同步顯示器(4)，用於顯示所述第二處理器處理後的信息。所述第二處理器(3)包括一個頻譜分析儀(31)，所述頻譜分析儀(31)用於對預定的一個或多個信號頻率範圍進行分析，並且對經分析後的信息進行處理，以選擇信號的信噪比相對較大的一個頻率或者頻率範圍。
文檔編號G01V3/12GK101813788SQ201010148049
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月16日 優先權日2010年4月16日
發明者金健 申請人:寧波金地電子有限公司