本发明属于地下管线测量领域，特别涉及一种地下管线走向测量设备及其使用方法。
背景技术：
地下管线越来越密集，许多管线需要维护、诊断和修理；在施工过程中需要各管线部门之间交换管线的准确信息。而过去已建成的地下管网由于历史原因、管理不善，无法提供准确的管线位置图。
目前市场上对地下管线位置探测的主流测量仪器包括电磁式管线探测仪、探地雷达等。前者是利用电磁感应原理对金属管线、电/光缆以及一些带有金属标志线的非金属管线进行探测，对于非金属管线，该类仪器需在管线中穿插一根带电磁信号的探棒，通过对探棒位置的确定来确定管线的相应位置；后者则是通过发射天线对地下发射高频电磁波信号，并通过接收天线接收反射回地面的电磁波，电磁波在地下介质中传播时遇到存在电性差异的分界面时发生反射，根据接收到的电磁波的波形、振幅强度和时间的变化等特征推断地下介质的空间位置、结构、形态和埋藏深度。这两类仪器都是通过电磁及无线电的方式进行探测，它们具有以下几个共同的缺点：(1)探测深度有限；特别对于跨河管线探测存在困难；(2)管线上有金属屏蔽则无法探测；(3)受现场电磁场干扰大；(4)操作步骤复杂，测量速度慢，效率低。
为了克服上述技术问题，本领域技术人员提出了一些新型的地下管线探查设备。例如，中国专利CN205566473U公开了一种可视化地下管线探查仪，其通过可伸缩的操作杆将视频采集机构深入到窨井或管沟内进行探测。但是这种探查仪采集的数据类型单一且探测范围小；中国专利CN205120128U公开了一种基于惯性测量技术的管线三维姿态测量仪，所述测量仪将所有电子设备集成于舱体中，通过管线两侧的钢缆绞车实现测量仪在管线中的移动，但是该测量仪仍然需要在测量前先将钢缆贯穿管线，在贯穿过程中对于年久失修的旧管线存在一定的安全隐患。
基于上述技术问题，本发明提出一种新型的地下管线测量设备及其使用方法，所述测量设备自身具有动力系统，能够自行在管线中移动，不受地形、地貌、深度、电磁等环境的影响快速准确的对地下管线进行普查并提供精确的管线位置。
技术实现要素：
本发明的目的为：提供一种不受地形、地貌、深度、电磁环境的影响，能够快速准确的对地下管线进行定位的设备，具体采用如下的技术方案。
一种地下管线测量设备，所述测量设备包括有牵引机和测量机，其特征在于，所述牵引机包括底盘和牵引部，所述牵引部通过升降装置设置于底盘上；所述底盘与所述牵引部通过电缆相连接；所述底盘内设置有电源模块、动力模块、升降单元；所述牵引部顶端设置微型激光雷达和第一超声波测距传感器；所述牵引部尾部设置有牵引接口和弹簧接口，所述弹簧接口有四个，所述四个弹簧接口沿所述牵引接口圆周呈90o均匀分布；所述牵引部的前端设置有第一云台，所述第一云台中间设置有第二云台，所述第二云台上设置有摄像头和闪光灯；在牵引机上设有开关、里程计和定位模块，在测量机内设置有惯性测量模块、人机交互模块、中央处理模块和存储模块。
优选的，所述测量机包括外筒、内筒和延长筒。
优选的，所述外筒上临近开口端的圆周上箍有第一固定板，所述外筒的封闭端上设置有张紧机构，所述张紧机构包括张紧电机和转动轴，所述转动轴与所述张紧电机相连接，并被张紧电机驱动；所述张紧电机一端与外筒封闭端相连接，另一端上设置有第二固定板，所述第二固定板中央位置设置有圆孔，所述转动轴穿过所述第二固定板与所述张紧电机相接，所述转动轴上设置有螺纹，转动轴上通过螺纹滑动连接有滑动块，转动轴末端设置还有止动板；所述第一固定板、第二固定板和滑动块上分别设置有第一转杆、第二转杆和第三转杆，所述第一转杆末端设置有转轮，所述第一转杆与所述第二转杆之间通过连杆转动连接，所述第二连杆与所述第三连杆末端相互转动连接，且第二连杆与第三连杆的连接点上设置转轮。
优选的，所述第一固定板、第二固定板和滑动块上分别设置有四个第一转动凹口、第二转动凹口和第三转动凹口，第一转杆、第二转杆和第三转杆分别通过转轴固定在所述第一转动凹口、第二转动凹口和第三转动凹口中。
优选的，在张紧电机上端和下端分别设置有第二超声波测距传感器和第三超声波测距传感器。
优选的，在所述外筒上设置固线凹槽，所述固线凹槽上设置有固线卡扣。
本发明的有益效果为：
（1）通过牵引机牵引测量机前进，能够使得测量设备携带更大容量的电池和驱动部件，使得测量设备有更强的动力、更远的测量距离；
（2）牵引机的牵引部可以上下调节，使得牵引机的牵引力方向相对稳定，避免牵引过程中的拉力不均；
（3）将测量机设置为外筒和内筒，通过按钮实现两者的扣合，同时保证了测量机的方便拆卸以及防水性能；
（4）仅将测量必须的电子元件设置于测量机上，尽量减轻测量机的重量，保证测量的准确性；
（5）通过牵引机与测量机之间设置四个弹簧，保证经过拐弯或者崎岖管线后及时调正测量机的姿势；
（6）测量机通过多个转杆调节转轮的张开角度，这种硬支撑能够避免软支撑（例如：弹簧）在管线中行进时造成测量机的变形。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为牵引机的结构示意图；
图2为测量机的外筒结构示意图；
图3为测量机的内筒结构示意图；
图4为图3中A部分的放大示意图；
图5为测量机的延长筒结构示意图；
图6为测量机的结构示意图；
图7为第二固定板结构示意图。
附图标记：其中，1-牵引机；11-底盘；12-牵引部；13-升降装置；14-电缆；15-车轮；16-履带；17-微型激光雷达；18-第一超声波测距传感器；19-第一云台；120-第二云台；121-摄像头；122-闪光灯；123-第一线路接口；
21-外筒；22-内筒；23-延长筒；24-卡扣孔；25-第一密封圈槽；26-卡扣凹槽；27-卡扣；28-第二密封凹槽；29-环形密封圈；210-第一环形台阶面；211-弹簧；212-上限位板；213-下限位板；214-卡头；215-第二环形台阶面；216-第一固定板；217-张紧电机；218-转动轴；219-第二固定板；220-圆孔；221-滑动块；222-止动板；223-第二转动凹口；224-转轴；225-第一转杆；226-第二转杆；227-第三转杆；228-转轮；229-连杆。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例一
本实施例主要介绍一种地下管线测量设备的基本构成。
一种地下管线测量设备，所述测量设备包括有牵引机1和测量机。
如附图1所示，所述牵引机1包括底盘11和牵引部12，所述牵引部12通过升降装置13设置于底盘11上；所述升降装置13能够实现牵引部12在底盘11上的上下位置调节；所述底盘11与所述牵引部12通过电缆14相连接。所述升降装置13优选为升降杆。
进一步的，所述底盘11上设置有车轮15、履带16，所述车轮15安装于底盘11的两侧，所述车轮15分为主动轮和从动轮，履带16套设在车轮上。所述底盘11内设置有电源模块、动力模块、升降单元。将电源模块设置于底盘内的主要目的是扩大电源模块的容量、降低牵引机的重心，以保证牵引机在管线中行进的稳定性和灵活性。所述动力模块优选为直流伺服电动机；所述电源模块为可充电电源。
进一步的，所述牵引部12顶端设置微型激光雷达17和第一超声波测距传感器18；所述牵引部12尾部设置有牵引接口和弹簧接口，所述弹簧接口有四个，所述四个弹簧接口沿所述牵引接口圆周呈90o均匀分布（间隔90°呈圆周分布）；所述牵引机1通过连接到所述牵引接口的牵引绳连接测量机。
进一步的，所述牵引部12的前端设置有第一云台19，所述第一云台19中间设置有第二云台120，所述第二云台120上设置有摄像头121和闪光灯122。
进一步的，在所述底盘11尾部设置有第一线路接口123，所述第一线路接口123为防水接口。
进一步的，在牵引机1上设有开关、里程计和定位模块，在测量机内设置有惯性测量模块、人机交互模块、中央处理模块和存储模块。
实施例二
本实施例是在前述实施例一的基础上进行的，主要介绍本发明的测量机的组成和结构。
所述测量机包括外筒21、内筒22和延长筒23。
进一步的，如附图2所示，所述外筒21为一端为封闭端、一端为开口端的空心筒，外筒21上临近开口端的位置处设置有卡扣孔24，所述外筒内侧圆周上还设置有第一密封圈槽25，所述第一密封圈槽25位于所述卡扣孔24内侧临近卡扣孔24的位置处。
进一步的，如附图3所示，所述内筒22为一端为封闭端、一端为开口端的空心筒，内筒22上临近封闭端的位置处设置有卡扣凹槽26，所述卡扣凹槽26上部设置有内螺纹，所述卡扣凹槽26内设置有卡扣27，所述卡扣凹槽26的位置与所述卡扣孔24的位置相对应，使得卡扣27从所述卡扣孔24中露出；所述内筒外侧圆周上还设置有第二密封凹槽28，所述第二密封凹槽28位于所述卡扣27内侧与所述第一密封圈槽25相对应的位置，所述第二密封凹槽28内设置有环形密封圈29；所述内筒22的封闭端圆周外侧设置有防水硅胶层，所述封闭端上设置有牵引接口和弹簧接口，还设置有线路接口，所述线路接口为防水接口；所述内筒22的开口端设置有第一环形台阶面210，所述第一环形台阶面210上设置有外螺纹；所述内筒22内设置有电路板卡接槽以卡接电路板。
进一步的，如附图4所示，所述卡扣27包括弹簧211、压扣和上限位板212；所述弹簧211的外径约等于卡扣凹槽26的内径；所述压扣包括下限位板213和设置于下限位板213上的卡头214，所述下限位板213的外径约等于所述卡扣凹槽26的内径；所述上限位板212外周上设置有外螺纹，所述上限位板212和所述卡扣凹槽26通过内螺纹和外螺纹相结合，所述上限位板212中央设置有通孔，所述通孔的内径小于所述卡扣凹槽26的内径，所述卡头214通过所述通孔露出，使得卡头214能够通过压缩弹簧211在通孔中露出或隐藏；所述上限位板212顶端设置有旋转星，以方便上限位板212旋转进卡扣凹槽26。所述压扣为金属材制成。
进一步的，如附图5所示，所述延长筒23为两端均开口的圆筒，所述延长筒23的一端设置有第二环形台阶面215，所述第二环形台阶面215上设置有内螺纹，所述第一环形台阶面210和所述第二环形台阶面215通过螺纹相互咬合在一起以连接所述内筒22和延长筒23，所述内筒22的长度与所述延长筒23的长度之和小于所述外筒21的长度。
进一步的，惯性测量模块、人机交互模块、中央处理模块和存储模块设置于所述内筒22内设置的电路板上。
在使用时，首先，将所述延长筒23连接于所述内筒22的开口端；其次，将所述内筒22的封闭端向外插入所述外筒21的开口端，直至所述卡头214通过所述卡扣孔24露出，此时，所述环形密封圈29也已卡入所述第一密封圈槽25，所述内筒22封闭端的防水硅胶层也将所述外筒21开口端和内筒22封闭端之间的缝隙密封。
实施例三
本实施例是在前述实施例一或二的基础上进行的，主要介绍本发明的张紧结构。
如附图6所示，所述外筒21上临近开口端的圆周上箍有第一固定板216，所述外筒21的封闭端上设置有张紧机构，所述张紧机构包括张紧电机217和转动轴218，所述转动轴218与所述张紧电机217相连接，并被张紧电机217驱动；所述张紧电机217一端与外筒21封闭端相连接，另一端上设置有第二固定板219，所述第二固定板219中央位置设置有圆孔220，所述转动轴218穿过所述第二固定板219与所述张紧电机217相接，所述转动轴218上设置有螺纹，转动轴218上通过螺纹滑动连接有滑动块221，转动轴218末端设置还有止动板222；所述第一固定板216、第二固定板219和滑动块221上分别设置有四个第一转动凹口、第二转动凹口223和第三转动凹口，所述第一转动凹口、第二转动凹口和第三转动凹口分别通过转轴224固定有第一转杆225、第二转杆226和第三转杆227。所述第一转杆225末端设置有转轮228，所述第一转杆225与所述第二转杆226之间通过连杆229转动连接，所述第二连杆226与所述第三连杆227末端相互转动连接，且第二连杆226与第三连杆227的连接点上设置转轮228。
在使用过程中，通过张紧电机带动转动轴转动；进而，转动轴的转动带动滑动块在转动轴上左右移动；滑动块的移动进而带动第三转杆移动；第三转杆移动进而带动第二转杆和转轮的移动；第二转杆的移动通过连杆带动第一转杆的同步移动，进而实现所有转轮的同步移动。
进一步的，在所述外筒上设置固线凹槽，所述固线凹槽上设置有固线卡扣，所述张紧电机的供电线和控制线通过固线卡扣固定在所述固线凹槽中，沿着所述固线凹槽捋至所述外筒的开口段分别与所述牵引机底盘尾部的线路接口和内筒封闭端的线路接口相连接。
可替换的，转杆还可以为三个。
实施例四
本实施例是在前述实施例三的基础上进行的，主要介绍本发明的转轮调节结构。
实施例三中的测量机通过转动轴的转动带动转杆转动，进而实现转杆对管线壁的顶紧，但是这种顶紧是一种缺乏缓冲的硬顶紧，这种结构在面对拐弯时，存在不易拐弯的技术问题，为了克服这种技术问题，提出如下解决方案。
在张紧电机217上端和下端分别设置有第二超声波测距传感器和第三超声波测距传感器，所述第二超声波测距传感器和第三超声波测距传感器的供电线和信号线均通过固定在固线凹槽中捋至所述外筒的开口段与所述牵引机底盘尾部的线路接口和和内筒封闭端的线路接口连接。
当测量机运行走到管线变矮或变低的位置，通过所述第二超声波测距传感器和第三超声波测距传感器测量所述外筒与管线壁的距离，进而控制所述转动电机转动控制测量机中转轮的张开角度，进而方便测量机通过。
实施例五
基于前述实施例，一种地下管线测量方法为具体为，
步骤一，检查牵引机1内电源模块的电量，以及所述测量机内电子元件的状态；
步骤二，将延长筒23通过螺纹连接到内筒22，将内筒22的开口端深入到外筒21的开口端，直至环形密封圈29卡入第一密封圈槽25；
步骤三，将内筒22封闭端的线路接口与牵引机1的线路接口通过线缆连接在一起；将张紧电机217的供电线和控制线分别与牵引机1的线路接口和内筒22封闭端的线路接口相连接；将第二超声波测距传感器和第三超声波测距传感器的供电线和信号线分别与牵引机1的线路接口和内筒22封闭端的线路接口相连接；
步骤四，将牵引机1和内筒22封闭端的牵引接口通过牵引绳连接在一起；牵引机1和内筒22封闭端的弹簧接口通过弹簧连接在一起；
步骤五，将牵引机1和测量机放入管线中，打开开关，张紧电机217转动，使得所述第一转杆225和第二转杆226张开，直至第二超声波测距传感器和第三超声波测距传感器测得的距离相等，张紧电机217停止工作；
步骤六，中央处理模块根据所述第二超声波测距传感器和第三超声波测距传感器的测距以及所述张紧电机217的直径，判断管线的中线轴线位置；所述中央处理模块进而通过第一超声波测距传感器18对管线顶部的测量数据，将牵引部12的位置调整至与管线的中线轴线位置，实现牵引部12与测量机的位置水平；
步骤七，牵引机1牵引测量机开始测量，在测量过程中，微型激光雷达17判断前方是否存在障碍物，若存在障碍物，牵引机1进行避障拐弯，测量机的张紧电机217调小第一转杆225和第二转杆226的张开角度，以保证牵引机1和测量机通过障碍路段，通过障碍路段之后，牵引机1与测量机之间的弹簧保证测量机1与牵引机之间的位置恢复对准；
步骤八，到达终点，根据定位模块的定位找到牵引机1和测量机，将测量机中采集的数据导出，测量完毕。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。