CN100395563C - 具有整体位置传感的埋入线路定位器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种通过对埋入线路中的电流所产生的场的场强进行绘图来检测并补偿地下线路的场失真的设备。可以针对所述设备的位置，对来自地下结构的信号进行绘图。根据所述图，可以确定与预计信号的失真，指示在所检测到的结构的位置中存在其它结构的干扰或错误。

Description

具有整体位置传感的埋入线路定位器

技术领域

此公开涉及电子学领域，更具体地，涉及能够用于定位隐藏在地下或位于地下的物体的设备的应用。

背景技术

线路定位器用于定位埋入地下的线路的位置，诸如煤气管、水管、电话电缆和电力电缆等。线路定位器典型地包括发射器和接收器。发射器引起电磁场从要定位的线路中辐射出来。接收器通过检测辐射出的场来定位线路。可以按照以下模式之一操作线路定位器：直接连接模式和感应模式。

在直接连接模式中，发射器与要定位的线路物理相连，典型地在该线路的位于地面之上的一点处相连。发射器在线路的一端处产生电压，使电流沿着该导电线路流动。电流在该线路周围产生磁场，该磁场能够由线路定位器的接收器检测到。

在直接连接到线路是不可能的情况下，例如，如果线路完全置于地下，线路定位器典型地按照感应模式进行操作。在感应模式中，线路定位器利用电磁感应在线路中产生电流：通过天线辐射出随时间变化的电磁场，在要定位的线路中感应出电流。线路中的电流则在线路周围产生电磁场，并且线路定位器中的接收器检测该电磁场。

为了定位线路，典型地，操作者在地表上方移动接收器，直到指示出现电磁场为止，因此，确定该线路的位置。接收器测量电磁场的强度，电磁场的强度与埋入线路或目标中的电流成正比。根据欧姆定律，线路中的电流与线路的阻抗成反比。由于埋入线路的物理状态较宽的可变性和这些线路的环境的较宽的可变性，埋入线路的阻抗实质上可能为任何值。但是，在多数情况下，可以感应出特定电流，因而该线路可以产生电磁场。

现在可用的线路定位器在定位和追踪埋入线路时是有效的。然而，存在其中使用线路定位器可能导致对线路位置的不适当确定的情况，这会导致线路损害或对在线路附近挖掘的人员造成严重伤害。当在目标线路附近存在结构或物体时会出现这样的情况，因为这影响了接收器的测量。此影响的一个示例是在极接近目标线路处存在几条埋入地下的线路。在目标线路中的电流能够感应邻近线路中的电流，因而使目标线路所产生的电磁场失真。失真场可能会导致对线路位置的不正确确定，以及对深度的不准确测量。另外，定位器可能找到相邻线路而不是目标线路，这是由于电磁场从目标线路扩散到相邻线路上。

可以用于处理失真场的影响的一个方法是测量并记录电磁场的强度和在其处获得每个电磁场强度的测量结果的空间位置。为了使这种系统在多数情况下可用，将需要该系统在几百英尺的范围内具有小于约1英寸的定位精度，并且该系统将需要以相当于每秒10次的速率进行的测量来实时进行操作。

确定每次测量场强度的位置的一个方法是使用全球定位系统(GPS)。在此方案中，GPS接收器与线路定位接收器一起操作，并记录来自这两者的数据。为此目的使用GPS的问题在于：GPS乃至差动GPS(DGPS)的精度通常并不能满足需要。GPS的预计精度是10到20英尺，而DGPS的预计精度是3到5英尺。此精度并不足以对来自地下线路的失真电磁场进行处理。尽管一些GPS的实施例提供了小于1英寸的精度，但并不能实时进行这些测量，因为定位器的接收器在所关心的区域内以合理的速率空间移动。

在地下线路定位领域的另一问题在于：需要在持续几小时或几天以上的时间段内保持对埋入线路的位置的追踪。目前，进行地下线路定位的操作者通常通过在埋入线路之上的地面上绘线来标记线路的位置。但是，如果所绘的线磨损或被移动，这通常需要针对在线路附近的陆标定位该线路。目前，通过使用卷尺或其它外部测量设备创建陆标或剩余绘线之间的线路来保持线路定位。然而，如上所述，线路定位所需的精度通常需要小于1英寸。此方法中所使用的卷尺不能提供所需等级的精度。另外，利用卷尺为线路定位器测量获得精确的位置数据所需的时间长度通常是不容许的。

因此，需要一种能够测量电磁场的强度并同时且精确地测量与场强度的测量有关的空间位置的线路定位系统。还需要一种能够在较长时间段内精确地保持对地下线路的位置的确定的线路定位系统，从而可以在之后确定这些线路。

发明内容

根据本发明，提出了一种线路定位器，提供从目标线路中发射出来的电磁场强度的精确三维、空间的图。根据本发明的线路定位器包括：接收器，测量电磁场强度；精确空间定位器，确定接收器的空间位置；以及处理器，记录电磁场强度和空间位置。在一些实施例中，处理器可以提供作为空间位置函数的电磁场强度的绘图。在一些实施例中，可以可以从线路定位器中将数据检索到分离的处理系统上。在一些实施例中，可以利用绘图来确定地下线路的定位。

在本发明的一些实施例中，精确空间定位器包括：惯性绘图系统，当接收器在关心区域上方移动时，连续确定接收器的位置。这种惯性绘图系统的实例将包括一个或多个加速计。加速计提供指示加速计的瞬时加速度的信号。这种二次积分的信号按照时间函数提供接收器的位置。然后，加速系统可以根据在测量期间从预定开始点所测量到的加速系统的加速度来精确地提供接收器的位置。

在本发明的一些实施例中，精确空间定位器实现了三角测量或三边测量绘图系统。在这种系统的一些实施例中，在所关心区域周围设置了一个或多个发射器。精确空间定位器从一个或多个发射器中接收信号，并根据所接收到的信号确定接收器的位置。可以精确确定精确空间定位器相对于一个或多个发射器的位置的位置。

在本发明的一些实施例中，精确空间定位器包括测距仪，在一些实施例中，可以是激光测距仪。测距仪可以安装在追踪目标物体的电动机驱动的支架(gimble)上。目标物体可以是镜子或可以将发射辐射(例如，激光、红外线、或声波)反射回测距仪的任何其它对象。可以根据到目标对象的距离和支架的方向确定接收器的空间位置。可以如通过使在测距仪处反射的辐射的强度最小、同时监视发射器相对于线路定位器的方向，来确定支架的方向。

根据本发明的线路定位器可以提供用于产生作为在所关心区域上方的空间位置函数的电磁场强度的精确绘图的数据。可以使用这样的数据以及建模软件，来确定地下线路和可能使从这些线路中发射出来的电磁场失真的周围结构的位置。然后，可以更精确地确定所关心线路的物理位置。

以下参考附图更为充分地描述本发明的这些和其它实施例。

附图说明

图1示出了传统线路定位系统的示意图；

图2示出了根据本发明的具有精确空间定位器的线路定位系统的实施例的示意图；

图3示出了根据本发明的精确空间定位电路的实施例的示意图；

图4示出了根据本发明的精确空间定位电路的另一实施例的示意图；

图5示出了根据本发明的线路定位器的操作的流程图；

图6A示出了根据本发明的线路定位器的使用，其中精确空间定位电路至少包括一个加速计；

图6B示出了根据本发明的线路定位器的使用，其中精确空间定位电路包括测距仪；

图6C示出了根据本发明的线路定位器的使用，其中精确空间定位电路包括三角测量系统。

在附图中，具有相同标记的元件具有相同或相似的功能。

具体实施方式

图1示出了位于线路105之上的传统线路定位系统100的示意图。发射器110可以与线路105相连，以便感应要流过线路105的电流115。当电流115流过线路105时，其产生电磁场120，所述电磁场120从线路105中辐射出来。如果电流115是不变的，则电磁场120是静态电磁场。如果电流115随时间变化，则电磁场120也是随时间变化的电磁场。电磁场120的一部分穿过地125，其可以由定位器100的接收器170检测。在图1所示的定位器100的实施例中，接收器170包括检测器130、135、175和180，可以对它们进行定位以确定线路105的深度和线路105的横向位置。

按照直接连接模式示出了发射器110，即，发射器110与线路105电相连。例如，可以在其中线路105暴露在地125的表面上的地点处实现所述电连接。在一些情况下，发射器110也可以按照感应模式进行操作，其中利用电磁感应在线路105中感应出电流115。在一些情况下，线路105已经携带电流，例如，60Hz处的A/C电能，则不需要发射器110。

线路定位器100在检测器130、135、175和180处检测到电磁场。图1中的检测器130、135、175和180以线圈型检测器示出，但是可以使用任何能够测量电磁场的检测器。检测器130、135、175和180与检测电路140相连。检测电路140接收来自检测器130、135、175和180的信号，并对这些信号进行放大和滤波。在一些情况下，可以在检测电路140中对信号进行数字化。处理电路145接收来自检测电路140的信号，并执行根据在检测器130、135、175和180处测量到的电磁场来计算线路105的深度和位置的操作。处理电路145可以是模拟电路，或者可以是微处理器。然后，可以在显示器150上、向操作者显示计算的结果，在一些实施例中，将其存储在存储器155中。

在以下专利文献中进一步描述了可应用于线路定位的左右检测和电子电路：美国专利NO.6,407,550，题为“Line Locator HavingLeft/Right Detection”，Gopal Parakulum和Steven Polak；以及美国专利NO.6,130,539，“Automatic Gain Control for a LineLocator”，Steven Polak，其内容一并在此作为参考。

再次参考图1，线路控制器100通过检测辐射的电磁场120来定位线路105。一些接收器包含用于确定要定位的线路的深度和位置的电磁场传感器对。作为示例，接收器170使用检测器175和180确定横向(即，水平)位置，而使用检测器130和135确定深度。检测器130、135和175、180中的每一个响应电磁场120产生信号。检测电路140根据由130、135、175和180产生的信号，产生针对处理器145的信号。处理电路145比较来自检测器175和180的信号，以计算线路105的横向位置，并对来自检测器130和135的信号进行处理，以计算离线路105的距离。将此信息发送到显示器150，以便由操作者观看。

为了定位线路105，操作者在地125的表面上移动线路定位器，直到接收器170通告由检测器175和180检测到的信号相等为止，这表示线路定位器130位于电磁场120的源的中心处，这也是线路105的位置。

为了确定深度，可以使用检测器130和135在距离线路105的两个不同距离160、165处测量电磁场120的强度。在一些实施例中，在检测器130和135(两者之间相隔已知距离165)的每一个中的磁场强度比可以用于计算从接收器170到线路105的距离。在美国专利申请序列号NO.10/189,342、Russell N.Bigelow的题为“Detecting FieldDistortion In Underground Line Location，”中进一步描述了可应用于线路定位的深度确定方法，其内容一并在此作为参考。

在用于确定从线路105中产生的电磁场的模型示例中，在假设电磁场120没有失真的情况下，按照等式1得到磁场120的强度B，作为在距离160(在等式1中表示为d)处流入线路105的电流115的函数i。

$B\∝\frac{i}{d}---\left[1\right]$

假设检测器130和135具有线性响应，或者可以由检测电路140对响应进行线性化，由等式2给出了来自检测器130和135中任意一个的输出信号。在等式2中，i是在线路105上感应出的电流115，距离d_n是检测器与线路105之间的垂直距离，响应常数k_n是包括接收器效率、增益以及所有其它检测参数的影响的常数，以及n表示检测器130和135的任一个。

$s_n=k_n\·\frac{i}{d_n}---\left[2\right]$

在图1所示的线路定位器100中，检测器130与线路105相隔距离160(或d)，而检测器135与线路105相隔距离165(或等式3中的d+a)。检测器130具有响应常数k₁，而检测器135可以具有响应常数k₂。利用等式2，则由等式(3)给出来自检测器130的信号s₁与来自检测器135的信号s₂的比。

$\frac{s_1}{s_2}=\frac{k_1}{k_2}\frac{d+a}{d}.---\left[3\right]$

将k₁₂定义为k2与k1的比(即，k₂/k₁)并求出d来产生等式4.

$d=\frac{a}{k_{12}(s_1/s_2)-1}---\left[4\right]$

为了使线路定位器100能够确定未知距离d，可以在校准步骤期间确定比率k₁₂并固定。典型地，可以在已知条件下通过在已知距离处对一个或多个电流承载线路105进行测量来实现此校准。在美国专利申请序列号NO.10/189,303、Russell N.Bigelow和Steven Polak的题为“Model Based Calibration For Line Locator”中进一步描述了能够与这里所述的线路定位器的实施例一起使用的校准方法和系统，其内容一并在此作为参考。

在校准过程中，由于距离d是已知的，a是检测器之间的物理距离，以及s₁和s₂是测量得到的，根据等式5可以计算出特定的一对检测器130和135的k₁₂。

$k_{12}\≡\frac{k_2}{k_1}=\frac{s_2}{s_1}\frac{d+a}{d}---\left[5\right]$

当要测量线路105的距离160时，接收器170位于线路105上方。测量由记录信号s₁和s₂(分别从检测器130和135)构成。然后，应用等式4以求出距离160(d)。

在单个线路源产生的所期望的电磁场符合预期的情况下，所述场由等式1来描述，并且具有1/r的形状，其中距离r是与线路105的距离。将未遵守此1/r关系的场视为失真。为了针对单个线路源测量电磁场是否遵守1/r关系，针对位于与线路105相隔不同距离处的检测器，可以至少进行三次电磁场强度测量。

图2示出了根据本发明的线路定位系统200的实施例的示意图。在图2所示的实施例中，线路定位器200包括发射器205和接收器210。发射器205可以按照与针对图1中的发射器110描述的方式类似的方式进行操作。另外，还可以省略发射器205，或者使其作为接收器210的一部分，从而使整个线路定位器200可移动，例如，如在地下标记定位器中那样。

图2所示的线路定位器200包括至少一个与检测电路220相连的检测器。图2中示出了两个检测器215和217。处理电路230接收来自检测电路220的信号，并执行计算线路250的深度和位置的操作。精确空间定位电路235与处理电路225相连。精确空间定位电路235通过确定接收器210的当前位置与参考位置之间的差值来确定接收器210的位置。可以在其中要寻找和追踪线路的所关心区域中、在线路定位器200操作期间随时校准参考位置。可选地，参考位置可以是其中进行了电磁场强度确定的在先位置。在这种情况下，参考位置并不是绝对位置，而是可以持续改变的。

精确空间定位电路235根据接收器210的运动，监视接收器210的位置。根据本发明的精确空间定位电路235包括位置检测电路，能够在整个关心区域内针对参考位置将线路定位器200的位置确定在几英寸之内。在一些实施例中，精确空间定位电路235可以使用一个或多个加速计来确定位置的差值。在一些实施例中，精确空间定位电路235可以使用在位于所关心区域内或附近的一个或多个已定位发射器之间的三角测量系统来确定位置的差值。在一此实施例中，精确空间定位电路235可以包括测距仪。

检测电路220、处理电路230和精确空间定位电路235可以是相互关联的并且全部包括在定位器200内。在一些实施例中，处理电路230还可以包括接口电路，以提供与更大的处理系统290的通信。在一些实施例中，处理系统290可以接收来自精确空间定位电路235和电磁检测电路220的数据。然后，处理系统290可以根据将电磁场强度描述为在所关心区域中空间位置的函数的模型，对接收到的数据进行处理，以便可以进行对线路250位置进行精确确定。在一些实施例中，处理系统290可以是任何计算机系统，包括PC兼容系统。处理系统290可以按照任何方式与处理电路230进行接口，例如，通过硬有线连接、通过无线连接，或光连接。在一些实施例中，在处理电路230已经获得数据并存储在存储器280中之后，可以将数据下载到处理系统290。在本发明的一些实施例中，可以在处理电路230中实现所有数据处理。

精确空间定位电路235包括用于确定接收器210的位置的电路。如上所述，可以包括任何用于精确确定接收器210的位置的系统。在一些实施例中，精确空间定位电路235包括加速计。当接收器210在关心区域周围移动时，可以通过对加速度进行积分来确定接收器210的位置的改变，来确定接收器210的空间位置。

在一些实施例中，精确空间定位电路235包括三角测量或三边测量(tri-lateration)电路，用于进行位置确定。在这些实施例中，电路235包括用于接收来自一个或多个发射台的信号的天线。发射台可以本地置于要定位线路的区域中，或者，在一些实施例中，可以是永久设置的现有发射器。另外，系统230将包括用于根据离发射台的距离来连续确定位置的电路或软件功能。如果使用一个发射台，则电路235可以包括两个或多个天线，以便确定方向以及从接收器210到发射台的距离。

在一些实施例中，精确空间定位电路235包括测距系统，例如，其可以包括激光发射器和激光接收器。可以使用电动机以使发射器和检测器能够按照需要移动，从而始终使用同一陆标或反射器，以将辐射(电磁、光、或声辐射)反射回接收器。此外，电路235将包括用于根据对接收器发射出的光检测的时间差来连续确定位置的电路或软件功能。

在操作中，接收器200和检测电路220确定在检测器215、217以及包括在接收器210中的任何其它场检测器处测量到的电磁场240的幅度，而精确空间定位电路235确定接收器210的位置。电磁场240被流入位于地255内的线路250中的电流245感应。然后，可以通过处理电路230或处理系统290根据由检测电路220和精确空间定位电路235得到的数据产生在接收器210的位置处的电磁场240的幅度图。存储器280可以用于存储来自精确空间定位电路235和检测电路220的数据以及来自处理电路230的其它输出信号。然后，可以创建电磁场的位置图，作为空间定位的函数。

还可以利用检测器215和217确定线路250的深度，与针对图1所描述的一样，其中，按照与距离160和165相同的方式使用距离270和275。但是，通过创建电磁场240的幅度图，在接收器210操作期间，并不需要在线路定位器200处进行有关线路250的深度的确定。可以利用具有更高处理能力的处理系统290进行对线路250的位置的更为精确的确定，所述处理系统290可以是计算机或可用于处理电路230的具有更好处理能力的其它设备。

然后，可以通过观察作为空间定位函数的电磁场的幅度，检测电磁场的失真。可以通过针对所有位置处其中幅度已确定为已知幅度的的位置，比较电磁场的幅度和电磁场的幅度的改变，以及根据作为所关心的区域的位置函数的磁场的一些模型、比较磁场幅度随位置的已知改变，来实现对电磁场失真的确定。当与适当模式进行比较时，作为空间位置函数的电磁场强度图则可以用于确定地255内部的线路和其它结构的数量和类型。

在一些实施例中，处理电路230不仅可以计算深度，而且可以根据来自检测器215和217的信号有多么符合预期关系(例如等式1)来计算错误函数，所述预期关系应当响应单条线路250的电流245而产生。

另外，在一些实施例中，显示器260包括失真指示，指示在接收器210的检测器处检测到的电磁场的幅度是否出现失真，以及在地255内部的线路250区域中是否很可能存在干扰结构。另外，显示器260还可以包括用户界面，允许用户控制线路定位器200的特征。显示器260可以直接与接收器210相连，或者可以位于远端位置处，并通过无线或其它通信介质与接收器210进行通信。在一些实施例中，显示器260可以与处理系统290组成在一起。

另外，处理电路230和精确空间定位电路235可以在需要时访问存储器280，以存储和读取位置信息和电磁场240的幅度的读数。

在本发明的一些实施例中，接收器210包括几个附加检测器，帮助确定任意电磁场的空间形状。这些附加检测器可以用于在附加的空间点处进行测量。接收器210的实施例可以包括任意数量的检测器，根据其，可以计算来自线路250的电磁场强度的不同测量结果。具体地，接收器210可以包括横向检测器(类似于图1中所示的检测器175和180)以及为测量深度而设置的检测器(如图2中所示的检测器215和217)。另外，在一些实施例中，能够使用单个检测器215，而无需附加检测器来测量电磁场240的幅度。

图2所示的线路定位器200的实施例的优点在于：在本地化地理区域中对接收器210所检测到的电磁场强度进行绘图。由于可以在本地化地理区域中确定电磁场的精确形状，该绘图允许以有效的方式来确定失真。另外，由于在线路定位器200处确定了接收器210的位置，增加了系统的灵活性。例如，线路定位器200可以用于其中对GPS有干扰的区域中或者GPS信号质量较差的区域中。另外，通过在精确空间定位电路235中使用低成本的电子器件，与使用GPS接收器的那些线路定位器相比，降低了线路定位器的成本。最后，根据本发明的线路定位器200的实施例包括精确位置测量235，其不能由GPS系统得到。

图3示出了根据本发明的精确空间定位电路235的实施例的示意图。如图3所示，设置了三个加速计300、305和310。加速计300、305和310每一个均分别提供与接收器210在x、y和z轴向上的加速度有关的信号。加速计300、305和310的每一个均包括振荡器315、320和325。在图2所示的实施例中，加速计300确定z向上的加速度，加速计305确定x向上的加速度，以及加速计310确定y向上的加速度。如传统那样，x和y向定义了与地平行的平面，而z向定义了地上的高度。

加速计300、305和310的每一个可以包括与集成电路结合的微型机电设备，从而该设备沿其三个轴之一的加速度引起串行数据流的输出，指示加速度的幅度。该串行数据流可以输入到微控制器375，其执行数学时间积分，以确定运动的速度和第二时间积分，从而确定加速计已经移动的距离。在一些实施例中，微控制器375可以包括在处理电路230中(图2)。确定三个加速计中每一个的方向，从而对三个正交轴(x、y和z)中的每一个进行监视，以确定线路定位器200的运动距离。按照此方式来追踪线路定位器200的三维运动。

将来自加速计300、305和310的每一个的输出信号提供给处理电路375，其针对参考位置确定线路定位器200的位置。位置确定基于每个加速计300、305和310的输出的在先变化。通过在测量开始时在处理电路375中设置一个数值来确定参考位置。可以通过将根据对每个加速计300、305和310的输出信号积分所计算出的位置变化相加，来确定空间位置的后续值。正如以上已经讨论地那样，每个加速计300、305和310的输出信号与线路定位器200的加速度成正比。可以对线路定位器200的加速度进行积分，以便通过处理电路375确定线路定位器200离参考点的位置的改变。

在一些实施例中，处理电路375可以包括模拟积分器，从而对来自加速计300、305和310中每一个的输出信号积分两次，以确定位置的改变。在一些实施例中，处理电路375可以对来自加速计300、305和310的信号数字化，并且或者输出数字化信号，或者对这些信号进行数字积分，以便输出指示空间定位的变化的数据信号。

处理电路375通过接口385与线路定位器200的处理电路230进行通信。处理电路230也接收其中由精确空间定位电路235记录位置改变的每个位置中电磁场的幅度。然后，处理电路375可以将每个位置的改变连同在该位置处电磁场的幅度存储在存储器380中。按照此方式，可以将每个电磁场幅度绘制到相应位置。可选地，处理电路375可以通过接口385进行通信，以向线路定位器200的处理电路230提供对接收器210的位置变化的确定。

处理电路375、或者处理系统290可以利用可用模型来比较电磁场强度随位置的改变，以确定位于关心区域中的地255下的线路250的数量和类型。确定地255下的线路250的数量和类型的其它方法包括搜索所述图中预定图案、在边界处的幅度改变、以及其它已知图案识别方法。另外，可能会找到电磁场的失真(例如，在所期望的特定空间位置处的更强的电磁场幅度)，表示附加线路位于线路250的区域中。

图4示出了根据本发明的精确空间定位电路235的另一实施例。如图4所示，加速计400能够在x轴向412和y轴向414上运动。由用于确定x轴向412上的运动的x传感器415和用于确定y轴向414上的运动的y传感器420来测量输出。x传感器415和y传感器420与解调器425和430相连，所述解调器的每一个均与放大器435和440相连。按照此方式，单个加速计可以追踪两个方向上的运动。加速计405包括追踪z向457上的运动的振荡器455、传感器460、解调器465和放大器470。加速计400和405同时向处理电路475提供输出信号，所述处理电路475按照与针对图3所述的处理电路375相同的方式操作。

为了确定线路定位器200的位置，对由传感器415、420和460提供的信号的积分可以在许多地点处发生，包括在传感器415、420和460自身中。可选地，积分可以在解调器425、430和465、放大器435、440和470、或者处理电路475中发生。另外，在一些实施例中，处理电路230可以执行积分功能。

加速计300、305、310、400和405可以是较小且便宜的设备，如用于触发汽车上的安全气囊的加速计。便宜的加速计具有有限的时间稳定性，但是，在提供高级别空间精确度所需的时间内将具有足够的稳定性。另外，例如，与进行绝对位置的绘图的要求相比，根据本发明的线路定位器200的要求是更少费力的。在一些实施例中，产生差分图就足够了，从而场强度的绝对空间位置是无关的，而在与参考位置的相对位置处的场强度是重要的。如果需要绝对绘图系统，则将以特定陆标或参考位置对惯性绘图系统进行初始化，而由该系统创建的图将与此参考点相关。定位线路所需的时间可以足够小，从而对此应用来说，在精确度上具有适度漂移的加速计将是可接受的，并仍然会提供足够精确的结果。

如图3和4所述的精确空间定位电路235并不需要包括测量线路定位器200在z轴向上的运动的装置。但是，测量z轴向上的运动的优点在于将z轴向上的运动可以充当距离270的计算的因子，并可以用来提高线路定位器200的精确度。因此，定位器200的z位置的测量结果可以提高检测场失真的能力。

此外，精确空间定位电路235可以用于确定线路定位器在根据x、y和z轴向创建的任意二维平面、且不仅是位于这些轴向的仅两个中的平面中的位置改变。

图5示出了根据本发明的线路定位方法的流程图。在图5中，如步骤500中所示，对精确空间定位电路235进行校准。可以通过将处理电路230或精确空间定位电路235重置到参考位置来实现此校准。

在其中精确空间定位电路235包括加速计300或400的实施例中，校准包括在接收器210的运动之前，设置加速计300或400的运动方向。在精确空间定位电路235包括三角测量、三边测量或测距系统的情况下，在校准期间进行第一位置确定。第一位置确定用作所有其它测量的参考位置。

接着，线路定位器200记录对接收器210的位置进行参考的电磁场的幅度，如步骤505中所示。针对参考位置确定接收器210的位置，如步骤510中所示。在一些实施例中，参考位置是其中对接收器210进行校准的位置。但是，只要根据参考位置和其中精确空间定位电路235开始获得精确空间位置的位置之间的差值对所有位置进行了调整，参考位置可以是在校准之前或之后提供到线路定位器200的任何位置。

在确定了位置和幅度之后，不管该位置是否稍后要进行调整，将该位置与幅度相关联在一起，如步骤515中所示。关联表示或者将它们同时包括在幅度图中，或者进行存储，从而当对一个进行存取时，可以检索到另一个，并且幅度图可以由该信息构成。

然后，在步骤520中，创建作为空间位置的函数的幅度图。所述图可以实时显示在线路定位器210的显示器260上，有规律地进行显示和更新，或者可以将其存储在存储器中，然后，在稍后的时间显示。在根据关联的幅度和位置在稍后的时间创建幅度图的情况下，可以省略绘图步骤。

虽然图5是对确定线路定位器的位置(步骤510)进行了描述，但也能够确定由处理电路230输出的数据的值。然后，该值将与同时得到的电磁场240的幅度相关联。在稍后的时间，可以将这些值与校准时产生的值和之前的值进行比较，以确定当确定电磁场240的幅度时接收器210位于什么位置。

正如这里所使用的，所述图是信号的幅度或其它特征的二维或三维表示，如磁场强度，与空间位置相互关联。所述图可以是可显示图像或存储在存储器中的信息。所述图的图像可以利用阴影、颜色、梯度形状、或任何其它已知方法来区别幅度或特征。

图6A、6B和6C示出了根据本发明的线路定位器200的操作。在图6A中，精确空间定位电路235包括如图3和4中所示的加速计。在图6B中，精确空间定位电路235包括三角测量系统。在图6C中，精确空间定位电路235包括测距系统。

如图6A中所示，其中精确空间定位电路235包括诸如如图3所示的加速计300、305和310、或者如图4所示的加速计400和405的加速计的线路定位器200的实施例在所关心区域600的上方物理地移动。所关心区域600可以包括地下线路150以及其它线路、障碍物或引起失真的结构。在一些实施例中，操作者可以通过如按下线路定位器200上的按钮来触发对电磁场的测量。在一些实施例中，线路定位器200可以按照定时的时间间隔自动获得数据。

图6B示出了其中精确空间定位电路235包括三角测量系统的线路定位器200的实施例。如图6B所示，将多个发射器分布在关心区域600附近的已知位置处。发射器603、604和605位于关心区域600周围。通常，在此方法中，可以使用任意数量的发射器(包括一个)。线路定位器200包括接收器601和天线602。发射器603、604和605能够以不同频率进行发射。接收器601接收来自发射器603、604和605的每一个的发射，并确定天线602与发射器603、604和605中的每一个之间的距离。正如所知道的那样，可以按照许多方法来实现天线602与发射器603、604和605中的任意一个之间的距离的确定，包括确定当接收器601移动时所跨越的波长数，或者通过监视从发射器603、604和605中接收到的信号的强度。可以仅使用发射器603、604和605中的单独一个，其中天线602包括两个分离的天线，以便确定线路定位器200与发射器603、604和605中单独一个之间的方向。

图6C示出了其中精确空间定位电路235包括测距仪608的线路定位器200的实施例的使用。测距仪608可以是激光测距仪或其它测距机构。正如所理解的那样，测距仪608可以通过反射来自固定物体607的辐射来确定到固体对象607的距离及方向。

虽然本公开涉及使用电磁场的幅度来确定物体的位置，但是其它装置也可以与这里所述的电路和系统一起使用。例如，利用接收器和发射器的声学检测、利用地下水线路进行的声音的声学检测、不使用发射器的电场或磁场检测等。

上述本发明的实施例仅为示例性的，并不用于进行限定。已经图示并描述了本发明的实施例、应用和优点，在不脱离这里所图示和描述的本发明概念的范围或精神的情况下，存在许多可能实施例、应用和优点。因而，本发明的范围应当仅受到所附权利要求的限制。

Claims (35)

1.一种线路定位系统，包括：

至少一个检测器，用于测量电磁场的幅度；

精确空间定位系统，用于提供相对于位于所关心区域中的参考位置的空间位置；以及

处理系统，用于使电磁场的幅度与空间位置相关联。

2.根据权利要求1所述的线路定位系统，其特征在于所述精确空间定位系统包括一个或多个加速计。

3.根据权利要求1所述的线路定位系统，其特征在于所述精确空间定位系统包括接收器，用于从一个或多个相对于参考位置定位的本地发射器接收信号，所述精确空间定位系统根据在接收器的天线处接收到的信号来确定所述线路定位器相对于参考位置的位置。

4.根据权利要求1所述的线路定位系统，其特征在于所述精确空间定位系统包括测距仪，所述测距仪用于根据所检测到的来自相对于参考位置定位的物体的辐射反射，确定线路定位系统的运动。

5.根据权利要求1所述的线路定位系统，其特征在于所述处理系统产生多个空间位置处的电磁场的图。

6.根据权利要求1所述的线路定位系统，其特征在于还包括发射器，进行耦合以从地下线路中感应出电磁场。

7.根据权利要求1所述的线路定位系统，其特征在于所述处理系统确定电磁场是否存在失真。

8.根据权利要求1所述的线路定位系统，其特征在于所述处理系统将电磁场幅度及空间位置存储在存储器中。

9.根据权利要求8所述的线路定位系统，其特征在于所述处理系统根据存储在存储器中的电磁场的幅度和空间位置来确定地下线路的位置。

10.根据权利要求1所述的线路定位系统，其特征在于：将所述电磁场的幅度和空间位置下载到计算机，所述计算机将所述电磁场和空间位置与所述电磁场和空间位置的预期值进行比较。

11.根据权利要求10所述的线路定位系统，其特征在于所述计算机根据所述电磁场和空间位置来确定地下线路的位置。

12.一种利用线路定位器确定地下线路的位置的方法，包括：

确定由线路定位器在一位置处检测到的信号的幅度；

使用线路定位器的位置与参考位置之间的差值，确定所述位置的空间定位；以及

将所述空间定位和在所述空间定位处的信号幅度进行关联。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述确定位置的空间定位包括：检测线路定位器的运动以及根据线路定位器的运动确定位置上的差值。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于检测线路定位器的运动包括：检测线路定位器的加速度。

15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于确定幅度包括：确定在多个位置处的信号幅度，确定位置的空间定位包括：确定多个位置的每一个相对于参考位置的差值，并且所述方法还包括：根据每个幅度及相关联的位置差值来产生一个图。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于还包括：根据信号相对于空间定位的形状确定在多个位置的地下区域中的地下线路的数量。

17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于还包括：根据所述图来确定一个或多个线路中的一个线路位置。

18.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述信号与磁场相关，并且所述方法还包括根据位置的空间定位和磁场的幅度来确定磁场的失真。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于还包括：当确定一个或多个线路位于所述区域的地下时，向线路定位器的用户提供失真指示信号。

20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于还包括：根据所述失真来校正所检测到的电磁场的幅度。

21.根据权利要求12所述的方法，其特征在于确定位置的空间定位包括：确定所述位置和参考位置之间的平面上的差值。

22.根据权利要求12所述的方法，其特征在于确定位置的空间定位包括确定所述位置和参考位置之间x和y坐标上的差值。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于确定x和y坐标上的差值包括确定x、y和z坐标上的差值。

24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于利用至少一个加速计以检测x、y和z坐标上的运动，来确定所述位置和参考位置之间的x、y和z坐标上的差值。

25.根据权利要求12所述的方法，其特征在于确定位置的空间定位包括：根据从两个或多个本地发射器中接收到的信号对线路定位器的位置进行三边测量。

26.根据权利要求12所述的方法，其特征在于确定位置的空间定位包括：根据从一个或多个本地发射器中接收到的信号对线路定位器的位置进行三角测量。

27.根据权利要求12所述的方法，其特征在于确定位置的空间定位包括：确定线路定位器相对于固定陆标的距离。

28.一种用于确定地下线路的位置的线路定位器，包括：

至少一个检测器；

检测电路，包括与所述至少一个检测器相连的输入和输出；以及

确定装置，用于使用所述线路定位器的位置与包括输出的参考位置之间的差值，确定空间定位。

29.根据权利要求28所述的线路定位器，其特征在于所述确定空间定位的装置包括用于确定x和y坐标上的差值的装置。

30.根据权利要求28所述的线路定位器，其特征在于所述确定空间定位的装置包括用于确定x、y和z坐标上的差值的装置。

31.根据权利要求28所述的线路定位器，其特征在于还包括发射器，用于提供一信号，所述信号的反射由所述至少一个检测器来检测。

32.根据权利要求28所述的线路定位器，其特征在于所述确定空间定位的装置包括用于产生在多个位置处的信号的幅度图的装置，所述多个位置的每一个是通过确定多个位置的每一个与参考位置之间的差值确定的。

33.根据权利要求28所述的线路定位器，其特征在于所述确定空间定位的装置包括用于根据从两个或多个本地发射器中接收到的信号对线路定位器的位置进行三角测量的装置。

34.根据权利要求28所述的线路定位器，其特征在于所述确定空间定位的装置包括用于根据从两个或多个本地发射器中接收到的信号对线路定位器的位置进行三边测量的装置。

35.根据权利要求28所述的线路定位器，其特征在于所述确定空间定位的装置包括用于确定陆标和线路定位器的位置与参考位置之间的距离的装置。

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