[发明专利]基于声波共振的非开挖导向钻头的声波定位系统及方法

说明书

本发明公开一种基于声波共振的非开挖导向钻头的声波定位系统及方法，该系统包括路由模块、扬声模块、接收模块和定位模块，利用路由模块接收操作指令，并根据该操作指令生成与广播同步指令，利用扬声模块接收同步指令并广播声波信号，非开挖导向钻头接收到该声波信号后会产生共振声波信号，利用接收模块接收同步指令，并从地表N个位置采集共振声波信号，然后向定位模块传输该共振声波信号，利用定位模块接收同步指令和共振声波信号，并根据同步指令、共振声波信号声强以及共振声波信号采集位置，通过多球定点法解算出非开挖导向钻头的位置。本发明提供的系统不需要额外改造钻头，结构简单、操作快速、仪器轻便，成本低，适用所有非开挖导向钻头。

技术领域

本发明涉及无线定位技术领域，尤其是一种基于声波共振的非开挖导向钻头的声波定位系统及方法。

背景技术

非开挖技术被广泛用于给排水、通信、能源等领域的地下管线施工，受地层条件影响施工时易出现偏离预定轨道的情况。为避免初步的导向钻进时出现跑钻、别钻等事故，目前施工较为常用的措施是使用定位导向设备对钻头进行跟踪定位。电磁信号定位是现在最为常用的定位方法之一。

现有的电磁信号定位存在的主要不足是需要额外改造钻头、成本高昂、使用繁琐、对设备要求高等。

发明内容

本发明提供一种基于声波共振的非开挖导向钻头的声波定位系统及方法，用于克服现有技术中需要额外改造钻头、成本高昂、使用繁琐、对设备要求高等缺陷。

为实现上述目的，本发明提出一种基于声波共振的非开挖导向钻头的声波定位系统，包括：

路由模块，用于接收操作指令，根据所述操作指令生成同步指令并广播所述同步指令；

扬声模块，用于接收所述同步指令，并广播声波信号；非开挖导向钻头接收到所述声波信号后产生共振声波信号；

接收模块，用于接收所述同步指令，并从地表N个位置采集共振声波信号，然后向定位模块传输所述共振声波信号，其中N≥3；

定位模块，用于接收所述同步指令和所述共振声波信号，并根据所述同步指令、共振声波信号声强以及共振声波信号采集位置，通过多球定点法解算出所述非开挖导向钻头的当前位置。

为实现上述目的，本发明还提出一种基于声波共振的非开挖导向钻头的声波定位方法，采用如上述所述的声波定位系统进行非开挖导向钻头的声波定位。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：

1、本发明提供的基于声波共振的非开挖导向钻头的声波定位系统包括路由模块、扬声模块、接收模块和定位模块，利用路由模块接收操作指令，并根据该操作指令生成与广播同步指令，利用扬声模块接收同步指令并广播声波信号，非开挖导向钻头接收到该声波信号后会产生共振声波信号，利用接收模块接收同步指令，并从地表N个位置采集共振声波信号，然后向定位模块传输该共振声波信号，利用定位模块接收同步指令和共振声波信号，并根据同步指令、共振声波信号声强以及共振声波信号采集位置，通过多球定点法解算出所述非开挖导向钻头的当前位置。本发明提供的声波定位系统无需额外改造钻头，结构简单、操作快速、仪器轻便，成本低，适用于所有非开挖导向钻头。

2、本发明提供的基于声波共振的非开挖导向钻头的声波定位系统利用低频声波信号在均质土层的优良传播特性，将之作为声波定位系统的可靠数据来源，从而不需要额外改造钻头。

3、本发明提供的基于声波共振的非开挖导向钻头的声波定位系统通过多球定点思路的新型定位算法来解算非开挖导向钻头的当前位置。通过室内外实验，证明在较小范围内（4m×4m×4m），该定位算法能将平均定位误差锁定在0.06m以内，具有良好的定位效果。

附图说明