基于北斗定位技术的专业管线泄漏诊断系统和方法
技术领域
本发明涉及一种专业管线管理系统，特别是涉及一种基于北斗定位技术的专业管线泄漏诊断系统和方法。
背景技术
北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统（BDS），是继美全球定位系统（GPS）、俄（GLONASS）和欧盟（GALILEO）之后第四个成熟的卫星导航系统。系统由空间端、地面端和用户端组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务。它目前已经基本无缝覆盖全球，在水利防汛、交通运输、森林防火、军事防卫领域都有应用。
地下管线是为居民供水、排水、燃气、热力、电力、通信、广播电视、工业等管线及其附属设施，是保障城市运行的重要基础设施和“生命线”。我国计划在一定时间内建成较为完善的城市地下管线体系，使地下管线建设管理水平能够适应经济社会发展需要，应急防灾能力大幅提升。
对于供水、排水、燃气、热力管线，会发生管线泄露的问题。目前在管线管理系统中，在管线外每隔一定间距设有泄露传感器。泄露传感器分为物理原理传感器和化学反应传感器，其中物理原理传感器利用管线中泄露的出来的物质产生的体积变化、质量变化、温度变化、湿度变化，将其转换为电信号传递到监控系统；化学反应传感器利用泄露物质与传感器上的物体化学反应，将其转化为电信号后传递到监控系统。随着制造业的快速发展，传感器的造价大幅降低，所以为了监控管线会布置较多的传感器，并且每个传感器的位置数据会直接采集并直接体现在监控系统的图像显示中。
当某个传感器检测到管线泄漏后，工作人员可以直接从系统中获知泄漏地点，但是，目前由于成本太高，尚无足够的图像采集设备用来采集完整的管线泄漏信息，所以需要移动的信息采集设备，并且装有北斗定位元件。这样，当某个位置的泄露传感器接收到管线泄漏信号后，遥控信息采集设备前往泄露位置进行图像采集，管理人员根据图像即可诊断管线泄漏状况，及时做出施救措施。这对于提高管线管理水平，全面把握管线实时动态信息，促进管线泄漏问题的及时解决，推动地下管线的科学有序发展等具有重要意义。
发明内容
因此，本发明为实现信息采集设备能够移动到泄漏点进行图像采集，设备上装有北斗定位元件和运动机构，基于北斗定位技术实时获取设备的位置信息，管线泄漏后系统前往泄露点获取图像信息，工作人员不必挖开地下管线，就可以获知管线的泄漏原因。
本发明所采用的技术方案是：基于北斗定位技术的专业管线泄漏诊断系统，其特征在于：包括基板、电机、驱动齿轮、传动齿轮、转轴、驱动杆、前脚杆、摆杆、连杆、后脚杆、轴承、挡片、蓄电池、支撑板、照明灯、摄像头、电路板、BDS天线、通信天线。
所述基板的主体为板面水平的长方形板，左右两侧向下竖直弯折；靠近基板的前端的水平板面上，竖直贯穿有矩形的电机孔，所述电机的机壳的前后侧伸出水平的安装板，所述安装板螺接在基板底面，所述电机的顶部部分从电机孔向上露出。
所述驱动齿轮键接在电机的输出轴上，输出轴的键槽的两端加工有环槽，所述挡片嵌装在环槽内，防止驱动齿轮在输出轴上沿轴向滑动。
所述基板的左右竖直板上，靠近基板的前端，左右方向贯穿有转轴支撑孔，所述转轴支撑孔的内端扩孔成轴承孔，所述轴承孔内装有轴承，所述转轴的两端穿过轴承，左右两端伸出在基板外。
进一步讲，所述转轴支撑孔的孔径大于转轴外径，小于轴承外径。
前后方向对准电机的输出轴上的键槽，所述转轴的圆柱面上加工有键槽，所述传动齿轮键接在转轴上；传动齿轮装配位置的键槽的两端同样加工有环槽，环槽内嵌装有挡片，防止传动齿轮轴向滑动；所述传动齿轮与驱动齿轮啮合。
所述转轴伸出在基板左右外部的圆柱面上，均开设有键槽，并且键槽开口朝向相反；所述驱动杆有两件，分别键接在转轴的两端；所述转轴两端的键槽的左右两端加工有环槽，所述挡片嵌装在环槽内，防止驱动杆沿着转轴轴线滑动。
进一步讲，所述转轴两端装配的驱动杆的朝向相反。
所述驱动杆为短直杆，一端开设有转轴孔，套装在转轴两端，另一端的外侧面上设有凸起圆柱形驱动柱；所述驱动柱的外端圆柱面上加工有环槽，所述前脚杆有两件，所述前脚杆的前脚杆驱动孔套装在驱动柱上的内侧半段上。
所述前脚杆的中间高度区域靠上位置左右贯穿圆形的前脚杆驱动孔，所述前脚杆的顶端内侧面上，设有凸起的圆柱形的前脚杆摆动柱；所述前脚杆摆动柱的外端圆柱面上加工有环槽，所述摆杆外端的摆杆摆动孔套装在前脚杆摆动柱上，所述挡片嵌装在前脚杆摆动柱的环槽内，阻止摆杆外端从前脚杆摆动柱上滑脱。
进一步讲，所述前脚杆的底端加工有粗糙纹路，增加前脚杆与管线内壁的摩擦力。
进一步讲，所述前脚杆的内侧面上，在前脚杆驱动孔的顶侧和底侧，加工有缺口，避免在驱动杆带动前脚杆的前脚杆驱动孔移动过程中，前脚杆的内侧面与转轴的最外端碰触。
所述基板的左右竖直板内侧，左右均设有两个向内侧凸起的圆柱形凸柱，其中两个凸柱靠近基板的前端，位于转轴支撑孔的后端；另外两个凸柱靠近基板的尾端；左右贯穿两个靠前的凸柱的中心轴线，开设有摆杆支撑孔；左右贯穿两个靠后的凸柱的中心轴线，开设有后脚杆支撑孔。
进一步讲，所述基板的两个靠前的凸柱的中心轴线共线；两个靠后的凸柱的中心轴线共线。
所述凸柱的内侧端面上均开设有轴承孔，每个凸柱对应的基板的竖直板的外侧面上，均开设有轴承孔，轴承孔内均装有轴承；所述摆杆有两件，每件摆杆的摆杆支撑柱穿插在摆杆支撑孔两端的轴承中；所述后脚杆有两件，每件后脚杆的后脚杆支撑柱穿插在后脚杆支撑孔两端的轴承中。
所述摆杆的一端内侧面上设有凸起的圆柱形摆杆支撑柱，所述摆杆支撑柱的内端和外端圆柱面上均加工有环槽，所述挡片嵌装在环槽内，将摆杆支撑柱限定在摆杆支撑孔内，防止摆杆支撑柱的轴向滑动；所述摆杆的另一端开设有中心轴线左右方向的摆杆摆动孔，所述摆杆摆动孔套装在前脚杆的前脚杆摆动柱上。
所述后脚杆的内侧面上，在中间高度区域靠上位置设有凸起的圆柱形后脚杆支撑柱，所述后脚杆支撑柱的外端和内端圆柱面上均加工有环槽，所述挡片嵌装在环槽内，将后脚杆支撑柱限定在后脚杆支撑孔中，防止后脚杆支撑柱的轴向滑动。
所述后脚杆的顶端外侧面上，设有凸起的圆柱形的后脚杆摆动柱，所述后脚杆摆动柱的外端圆柱面上加工有环槽，环槽内嵌装有挡片，防止连杆的尾端从后脚杆摆动柱上滑脱。
进一步讲，所述后脚杆的底端加工有纹路，增大后脚杆底端与管线内壁的摩擦力。
所述连杆为长直杆，所述连杆的头端和尾端分别开设有连杆驱动孔和连杆传动孔。所述连杆传动孔套装在驱动杆的驱动柱的外侧半段上，所述驱动柱的外端圆柱面上的环槽内嵌装有挡片，防止前脚杆和连杆的前端从驱动柱上滑脱；所述连杆传动孔套装在后脚杆的后脚杆摆动柱上。
进一步讲，所述驱动杆、前脚杆、摆杆、连杆、后脚杆均为同样的两件，分别装配在基板的左侧和右侧，每侧的驱动杆、前脚杆、摆杆、连杆、后脚杆构成一套传动机构，两套传动机构构成完整的行走机构。
所述蓄电池的壳体螺接在基板的水平板的底面，位于电机的后侧；所述支撑板螺接在基板的水平板的顶面，位于蓄电池的上方；所述支撑板的顶面装有照明灯、摄像头、电路板，所述电路板上装有BDS天线和通信天线，所述电路板内部装有BDS接收器。
所述挡片为开口环形，具有良好弹性；所述挡片的外径大于转轴、驱动柱、前脚杆摆动柱、摆杆支撑柱、后脚杆支撑柱、后脚杆摆动柱的外径。
本发明的原理为：管线外界布置的某位置处的泄漏传感器感应到管线泄漏时，工作人员首先断开该段的管线输送，然后将本发明的管道泄漏诊断系统从管线的某处开口放入管线，遥控该系统前往泄漏地点，获取泄漏点处的图像信息后，将图像信息传通过通信天线传递到系统后台，工作人员通过图像信息获知泄漏状况，分析泄漏原因。
本发明在管线内部移动时，BDS接收器通过BDS天线接收北斗卫星实时发射的位置和时间信号，计算出自身位置数据，然后通过通信天线实时将位置信息传递到系统后台，工作人员就可获知本发明的位置信息，控制本发明朝向泄漏点移动。
工作人员遥控电机启动后，电机的输出轴带动驱动齿轮转动，驱动齿轮带动传动齿轮转动，传动齿轮带动转轴转动，转轴带动左右两侧的驱动杆转动，驱动杆分别带动左右两侧的传动机构运行；本系统到达泄漏地点后，遥控电机停止，对泄漏点的管内情况进行图像采集。因此，工作人员不必挖开地下管线，就可以获知管线的泄漏原因。
本发明一种基于北斗定位技术的专业管线泄漏诊断系统具有如下优点：
(1)利用北斗定位技术获知系统位置以控制靠近泄漏地点，构思巧妙；
(2)基板上多件杆零件构成行走机构，实现系统在管线内部的移动；
(3)基板上装有照明灯和摄像头，辅助系统快速进行泄漏点的图像采集。
所以，这种基于北斗定位技术的专业管线泄漏诊断系统，设备上装有北斗定位元件和运动机构，能够移动到泄漏点进行图像采集，对于提高管线管理水平，全面把握管线实时动态信息，促进管线泄漏问题的及时解决，推动地下管线的科学有序发展等具有重要意义。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1是管线内采集的信息传递到外部系统后台的示意图。
图2是左侧的驱动杆朝向尾部时的整体装配示意图。
图3是左侧的驱动杆从尾部逆时针转过45度时的整体装配示意图。
图4是左侧的驱动杆竖直向上时的整体装配示意图。
图5是左侧的驱动杆从竖直向上逆时针转过45度时的整体装配示意图。
图6是左侧的驱动杆朝向前端时的整体装配示意图。
图7是左侧的驱动杆从朝向前端逆时针转过45度时的整体装配示意图。
图8是左侧的驱动杆竖直向下时的整体装配示意图。
图9是左侧的驱动杆从竖直向下逆时针转过45度时的整体装配示意图。
图10是左侧的驱动杆朝向尾部时的左侧装配结构示意图。
图11是左侧的驱动杆朝向尾部时的底部装配结构示意图。
图12是摆杆的摆杆支撑柱和基板的凸柱的装配结构示意图。
图13是电机、驱动齿轮、传动齿轮的装配结构示意图。
图14是转轴的结构示意图。
图15是移除基板状态的完整传动结构示意图。
图16是移除基板状态的左侧的驱动杆、前脚杆、摆杆、连杆的外侧装配结构示意图。
图17是移除基板状态的左侧的驱动杆、前脚杆、摆杆、连杆的内侧装配结构示意图。
图18是驱动杆和转轴的装配结构示意图。
图19是驱动杆的结构示意图。
图20是前脚杆的结构示意图。
图21是摆杆的结构示意图。
图22是连杆的结构示意图。
图23是移除基板状态的连杆和后脚杆的内侧装配结构示意图。
图24是后脚杆的结构示意图。
图25是基板的底部结构示意图。
图26是支撑板上的照明灯和摄像头的结构示意图。
图27是挡片的结构示意图。
图28是定位电路和通信电路连接示意图。
图29是实施例中的遥控发射电路图。
图30是实施例中的接收驱动电路图。
图中标号：1-基板、101-转轴支撑孔、102-凸柱、103-摆杆支撑孔、104-后脚杆支撑孔、105-电机孔、106-传动齿轮孔、107-轴承孔、108-螺钉孔、2-电机、201-安装板、3-驱动齿轮、4-传动齿轮、5-转轴、501-键槽、6-驱动杆、601-转轴孔、602-驱动柱、7-前脚杆、701-前脚杆驱动孔、702-前脚杆摆动柱、703-缺口、8-摆杆、801-摆杆支撑柱、802-摆杆摆动孔、9-连杆、901-连杆驱动孔、902-连杆传动孔、10-后脚杆、1001-后脚杆支撑柱、1002-后脚杆摆动柱、11-轴承、12-挡片、13-蓄电池、14-支撑板、15-照明灯、16-摄像头、17-电路板、18-BDS天线、19-通信天线、a-环槽、b-键槽、c-管线、d-图像信息传递符号、e-系统后台、BDS-北斗卫星导航系统、MCU-微控制单元、R-电阻、C-电容、W-可调电阻、D-二极管、VT-三极管。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明一种基于北斗定位技术的专业管线泄漏诊断系统作进一步的详细描述，在方向描述上以电机的装配端为前方，蓄电池的装配端为后方。
基于北斗定位技术的专业管线泄漏诊断系统，其特征在于：包括基板1、电机2、驱动齿轮3、传动齿轮4、转轴5、驱动杆6、前脚杆7、摆杆8、连杆9、后脚杆10、轴承11、挡片12、蓄电池13、支撑板14、照明灯15、摄像头16、电路板17、BDS天线18、通信天线19。
如图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图11、图13所示，所述基板1的主体为板面水平的长方形板，左右两侧向下竖直弯折；靠近基板1的前端的水平板面上，竖直贯穿有矩形的电机孔105，所述电机2的机壳的前后侧伸出水平的安装板201，所述安装板201螺接在基板1底面，所述电机2的顶部部分从电机孔105向上露出。
如图11、图13、图18所示，所述驱动齿轮3键接在电机2的输出轴上，输出轴的键槽b的两端加工有环槽a，所述挡片12嵌装在环槽a内，防止驱动齿轮3在输出轴上沿轴向滑动。
如图11、图12、图25所示，所述基板1的左右竖直板上，靠近基板1的前端，左右方向贯穿有转轴支撑孔101，所述转轴支撑孔101的内端扩孔成轴承孔107，所述轴承孔107内装有轴承11，所述转轴5的两端穿过轴承11，左右两端伸出在基板1外。
进一步讲，所述转轴支撑孔101的孔径大于转轴5外径，小于轴承11外径。
如图11、图13所示，前后方向对准电机2的输出轴上的键槽b，所述转轴5的圆柱面上加工有键槽b，所述传动齿轮4键接在转轴5上；传动齿轮4装配位置的键槽b的两端同样加工有环槽a，环槽a内嵌装有挡片12，防止传动齿轮4轴向滑动；所述传动齿轮4与驱动齿轮3啮合。
进一步讲，传动齿轮4的正上方的基板1上，竖直贯穿有矩形的传动齿轮孔106，所述传动齿轮4的顶部从传动齿轮孔106中露出。
进一步讲，所述驱动齿轮3相对传动齿轮4的齿数少，驱动齿轮3转动多圈后传动齿轮4才转动一圈。
如图11、图13、图14、图15、图16、图17、图18所示，所述转轴5伸出在基板1左右外部的圆柱面上，均开设有键槽b，并且键槽b开口朝向相反；所述驱动杆6有两件，分别键接在转轴5的两端；所述转轴5两端的键槽b的左右两端加工有环槽a，所述挡片12嵌装在环槽a内，防止驱动杆6沿着转轴轴线滑动。
进一步讲，所述转轴5两端装配的驱动杆6的朝向相反。
如图15、图16、图17、图18、图19所示，所述驱动杆6为短直杆，一端开设有转轴孔601，套装在转轴5两端，另一端的外侧面上设有凸起圆柱形驱动柱602；所述驱动柱602的外端圆柱面上加工有环槽a，所述前脚杆7有两件，所述前脚杆7的前脚杆驱动孔701套装在驱动柱602上的内侧半段上。
如图15、图16、图17、图20所示，所述前脚杆7的中间高度区域靠上位置左右贯穿圆形的前脚杆驱动孔701，所述前脚杆7的顶端内侧面上，设有凸起的圆柱形的前脚杆摆动柱702；所述前脚杆摆动柱702的外端圆柱面上加工有环槽a，所述摆杆8外端的摆杆摆动孔802套装在前脚杆摆动柱702上，所述挡片12嵌装在前脚杆摆动柱702的环槽a内，阻止摆杆8外端从前脚杆摆动柱702上滑脱。
进一步讲，所述前脚杆7的底端加工有粗糙纹路，增加前脚杆7与管线内壁的摩擦力。
进一步讲，所述前脚杆7的内侧面上，在前脚杆驱动孔701的顶侧和底侧，加工有缺口703，避免在驱动杆6带动前脚杆7的前脚杆驱动孔701移动过程中，前脚杆7的内侧面与转轴5的最外端碰触。
如图11、图25所示，所述基板1的左右竖直板内侧，左右均设有两个向内侧凸起的圆柱形凸柱102，其中两个凸柱102靠近基板1的前端，位于转轴支撑孔101的后端；另外两个凸柱102靠近基板1的尾端；左右贯穿两个靠前的凸柱102的中心轴线，开设有摆杆支撑孔103；左右贯穿两个靠后的凸柱102的中心轴线，开设有后脚杆支撑孔104。
进一步讲，所述基板1的两个靠前的凸柱102的中心轴线共线；两个靠后的凸柱102的中心轴线共线。
如图11、图12、图25所示，所述凸柱102的内侧端面上均开设有轴承孔107，每个凸柱102对应的基板1的竖直板的外侧面上，均开设有轴承孔107，轴承孔107内均装有轴承11；所述摆杆8有两件，每件摆杆8的摆杆支撑柱801穿插在摆杆支撑孔103两端的轴承11中；所述后脚杆10有两件，每件后脚杆10的后脚杆支撑柱1001穿插在后脚杆支撑孔104两端的轴承11中。
如图11、图12、图15、图16、图17、图21所示，所述摆杆8的一端内侧面上设有凸起的圆柱形摆杆支撑柱801，所述摆杆支撑柱801的内端和外端圆柱面上均加工有环槽a，所述挡片12嵌装在环槽a内，将摆杆支撑柱801限定在摆杆支撑孔103内，防止摆杆支撑柱801的轴向滑动；所述摆杆8的另一端开设有中心轴线左右方向的摆杆摆动孔802，所述摆杆摆动孔802套装在前脚杆7的前脚杆摆动柱702上。
如图15、图23、图24所示，所述后脚杆10的内侧面上，在中间高度区域靠上位置设有凸起的圆柱形后脚杆支撑柱1001，所述后脚杆支撑柱1001的外端和内端圆柱面上均加工有环槽a，所述挡片12嵌装在环槽a内，将后脚杆支撑柱1001限定在后脚杆支撑孔104中，防止后脚杆支撑柱1001的轴向滑动。
如图15、图23、图24所示，所述后脚杆10的顶端外侧面上，设有凸起的圆柱形的后脚杆摆动柱1002，所述后脚杆摆动柱1002的外端圆柱面上加工有环槽a，环槽a内嵌装有挡片12，防止连杆9的尾端从后脚杆摆动柱1002上滑脱。
进一步讲，所述后脚杆10的底端加工有纹路，增大后脚杆10底端与管线内壁的摩擦力。
如图10所示，所述连杆9为长直杆，所述连杆9的头端和尾端分别开设有连杆驱动孔901和连杆传动孔902。如图16所示，所述连杆传动孔901套装在驱动杆6的驱动柱602的外侧半段上，所述驱动柱602的外端圆柱面上的环槽a内嵌装有挡片12，防止前脚杆7、连杆9的前端从驱动柱602上滑脱；如图23所示，所述连杆传动孔902套装在后脚杆10的后脚杆摆动柱1002上。
进一步讲，如图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10所示，所述驱动杆6、前脚杆7、摆杆8、连杆9、后脚杆10均为同样的两件，分别装配在基板1的左侧和右侧，每侧的驱动杆6、前脚杆7、摆杆8、连杆9、后脚杆10构成一套传动机构，两套传动机构构成完整的行走机构。
如图11所示，所述蓄电池13的壳体螺接在基板1的水平板的底面，位于电机2的后侧；如图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9所示，所述支撑板14螺接在基板1的水平板的顶面，位于蓄电池13的上方；如图26所示，所述支撑板14的顶面装有照明灯15、摄像头16、电路板17，所述电路板17上装有BDS天线18和通信天线19，所述电路板17内部装有BDS接收器。
进一步讲，电路板14中还装有电机2的接收驱动电路；外界的工作人员的遥控设备中装有遥控发射电路。
如图27所示，所述挡片12为开口环形，具有良好弹性；所述挡片12的外径大于转轴5、驱动柱602、前脚杆摆动柱702、摆杆支撑柱801、后脚杆支撑柱1001、后脚杆摆动柱1002的外径。
基于北斗定位技术的管线泄漏诊断方法为：管线外界布置的某位置处的泄漏传感器感应到管线泄漏时，工作人员首先断开该段的管线输送，然后将管道泄漏诊断系统从管线的某处开口放入管线，遥控该系统前往泄漏地点，获取泄漏点处的图像信息后，将图像信息传通过通信天线传递到系统后台，工作人员通过图像信息获知泄漏状况，分析泄漏原因。
如图28所示，本发明在管线内部移动时，BDS接收器通过BDS天线18接收北斗卫星实时发射的位置和时间信号，计算出自身位置数据，然后通过通信天线19实时将位置信息传递到系统后台，工作人员就可获知本发明的位置信息，控制本发明朝向泄漏点移动。
工作人员遥控电机2启动后，电机2的输出轴带动驱动齿轮3转动，驱动齿轮3带动传动齿轮4转动，传动齿轮4带动转轴5转动，转轴5带动左右两侧的驱动杆6转动，驱动杆6分别带动左右两侧的传动机构运行；本系统到达泄漏地点后，遥控电机2停止，对泄漏点的管内情况进行图像采集。因此，工作人员不必挖开地下管线，就可以获知管线的泄漏原因。
如图29所示，在实施例的遥控发射电路中，555集成块与R1、R2、W1、D1、D2及C1组成一无稳态大范围可变占空比振荡器。图示参数的振荡频率为50Hz左右，通过W1阻值的调节，占空比的变化范围可达到1％～99％，由③脚输出50Hz方波信号。VT1及外围元件构成晶体稳频电容三点式振荡器，石英晶体的谐振频率选用27.145MHz。本电路采用石英晶体稳频，所以工作可靠。VT1振荡产生的高频载波经555电路③脚的方波信号调制，由天线发射出去。
如图30所示，在实施例的接收驱动电路中，由VT2及其外围元件构成超再生检波器，检出原方波调制信号。由C12、R7加至IC2的③脚进行放大，放大后的信号经D3、D4倍压整流，由VT3射极跟随器输出平滑的直流电压。该电压的大小与发送的不同占空比信号波形有关，占空比大，电压高，经R11为VT4提供的偏置电流大，电机的转速高；占空比小，电压低，经R11为VT4提供的偏置电流小，电机转速慢。当占空比足够小时，VT3截止无输出，VT4因失去偏置而不导通，电机M停转。
进一步讲，BDS即北斗卫星导航系统；图28中MCU是指微控制单元。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
