一種壓力管道的單線圖測繪系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種壓力管的道單線圖測繪系統(tǒng)及方法，其系統(tǒng)包括測量裝置和繪圖單元，繪圖單元安裝于平板電腦中，平板電腦通過平板支架安裝于測量裝置上并通過串口連接；繪圖單元包括系統(tǒng)管理模塊、串口通訊模塊、坐標(biāo)換算模塊、單線圖數(shù)據(jù)計算模塊和單線圖繪制模塊，串口通訊模塊、坐標(biāo)換算模塊和單線圖數(shù)據(jù)計算模塊依次連接，系統(tǒng)管理模塊分別與串口通訊模塊、單線圖數(shù)據(jù)計算模塊和單線圖繪制模塊連接；其方法包括管路的繪制、管路元素的繪制和管路集合管理。本測繪系統(tǒng)使用簡單，能夠與現(xiàn)有CAD軟件結(jié)合起來，實現(xiàn)在現(xiàn)場測量管路數(shù)據(jù)和繪制管路單線圖同步完成，能夠更好提高管路單線圖的繪制效率和質(zhì)量。
【專利說明】一種壓力管道的單線圖測繪系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及壓力管道的測量及繪圖【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種壓力管道的單線圖測 繪系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 壓力管道是工業(yè)生產(chǎn)及日常生活當(dāng)中廣泛使用的一種特種承壓設(shè)備，快速、準確、 詳細地測繪出壓力管道單線圖，對壓力管道整個行業(yè)（包括設(shè)計單位、安裝單位、使用單 位、監(jiān)察機構(gòu)和檢驗機構(gòu)）都是很有幫助的，既能產(chǎn)生良好的社會效益，又能產(chǎn)生良好的經(jīng) 濟效益。
[0003] 在管道安裝和檢驗等階段，傳統(tǒng)的測繪方法是：先在現(xiàn)場測量并通過手工繪制壓 力管道單線圖，然后在電腦上用CAD等軟件繪制電子版，最后打印出圖使用。該測繪方法 中，對人員的專業(yè)素質(zhì)要求很高，勞動強度較大而且繪制速度非常慢，效率低下。同時，由于 采用人工測繪，其測繪精度較低，容易造成錯漏，不利于施工及檢驗。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種使用方便、測繪速度較快且測 量精度較高的壓力管道的單線圖測繪系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明的另一目的在于通過上述系統(tǒng)實現(xiàn)一種壓力管道的單線圖測繪方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種壓力管道的單線圖測繪系統(tǒng)，包括測量裝置和繪圖單 元，繪圖單元安裝于平板電腦中，測量裝置上設(shè)有平板支架，平板電腦安裝于平板支架上， 測量裝置與平板電腦之間通過串口連接；
[0007] 繪圖單元包括系統(tǒng)管理模塊、串口通訊模塊、坐標(biāo)換算模塊、單線圖數(shù)據(jù)計算模 塊和單線圖繪制模塊，串口通訊模塊、坐標(biāo)換算模塊和單線圖數(shù)據(jù)計算模塊依次連接，系統(tǒng) 管理模塊分別與串口通訊模塊、單線圖數(shù)據(jù)計算模塊和單線圖繪制模塊連接；
[0008] 其中，測量裝置向繪圖單元提供方位角數(shù)據(jù)、俯仰角數(shù)據(jù)和距離數(shù)據(jù)，繪圖單元根 據(jù)方位角數(shù)據(jù)、俯仰角數(shù)據(jù)和距離數(shù)據(jù)，通過CAD軟件的二次開發(fā)接口在CAD繪圖軟件中 繪圖；串口通訊模塊用于與測量裝置之間進行數(shù)據(jù)傳輸；坐標(biāo)換算模塊用于將測量裝置獲 取的距離數(shù)據(jù)和角度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為當(dāng)前坐標(biāo)系下的坐標(biāo)數(shù)據(jù)；單線圖數(shù)據(jù)計算模塊用于計算 繪制單線圖所需的長度和方位；單線圖繪制模塊為CAD繪圖軟件；系統(tǒng)管理模塊主要用于 管線繪制參數(shù)、管路元素添加以及測量裝置獲得的各數(shù)據(jù)的管理。其中，CAD繪圖軟件，主 要包括管線繪制、管路元素繪制、管路集合管理等功能模塊；管路元素是指GB/T 6567. 1? 5-2008《技術(shù)制圖》標(biāo)準中所描述的管件、閥門、控制元件和傳感元件等；單線圖數(shù)據(jù)計算模 塊計算出來的長度和方向（以東、西、南、北、上、下表示方向）主要用于在CAD繪圖軟件中 繪制直線，然后確定管路元素的位置，再向指定位置添加以CAD塊文件表示的管路元素。
[0009] 所述測量裝置包括殼體、測距儀組件、水平軸編碼器、俯仰軸編碼器、處理器和 AHRS，測距儀組件、水平軸編碼器、俯仰軸編碼器、處理器和AHRS分別設(shè)于殼體內(nèi)，殼體底 部設(shè)有水平調(diào)節(jié)基座，水平軸編碼器通過水平軸與水平調(diào)節(jié)基座連接，俯仰軸編碼器通過 俯仰軸與測距儀組件連接，AHRS與測距儀組件連接，測距儀組件、水平軸編碼器、俯仰軸編 碼器和AHRS分別與處理器連接。
[0010] 所述測距儀組件包括激光測距儀和測距儀外殼，AHRS設(shè)于激光測距儀上，AHRS和 激光測距儀設(shè)于測距儀外殼內(nèi)。
[0011] 所述測距儀外殼的兩側(cè)分別設(shè)有固定板，測距儀外殼兩側(cè)分別通過俯仰軸與固定 板連接，位于測距儀外殼一側(cè)的俯仰軸上設(shè)有俯仰軸編碼器。固定板的作用主要是用于安 裝俯仰軸編碼器和處理器，方便其固定。激光測距儀上下俯仰時，測距儀外殼也隨著擺動， 此時俯仰軸轉(zhuǎn)動，俯仰軸編碼器通過測量俯仰軸的轉(zhuǎn)動角度，從而得到測距儀組件的俯仰 角度。
[0012] 所述殼體底部通過水平軸與水平調(diào)節(jié)基座連接，水平軸的端部設(shè)有水平軸編碼 器。使用時，整個測繪系統(tǒng)通過水平軸相對于水平調(diào)節(jié)基座轉(zhuǎn)動，水平軸編碼器測量的水平 軸轉(zhuǎn)動角度，即為測距儀組件的水平旋轉(zhuǎn)角度。
[0013] 所述水平軸的旋轉(zhuǎn)角度為0?360°，俯仰軸的俯仰角度為-45?65° (以水平 方向為〇° )。
[0014] 所述AHRS為三自由度的姿態(tài)航向參考系統(tǒng)（Attitude and Heading Reference System)，AHRS內(nèi)設(shè)有電子指南針；AHRS可以測量水平方位角和俯仰角度，在測繪系統(tǒng)使用 前，通過AHRS獲取水平方位角校正水平軸編碼器的零度，通過AHRS獲取俯仰角度校正俯仰 軸編碼器的零度。在測量過程中使用水平軸編碼器的角度和俯仰軸編碼器的角度分別作為 激光測距儀的水平旋轉(zhuǎn)角度和俯仰角度，從而避免了測量過程環(huán)境對AHRS干擾而帶來的 誤差；
[0015] 所述處理器為STM32微處理器，該處理器是基于單片機的嵌入式系統(tǒng)，它通過10 口采集俯仰軸編碼器及水平軸編碼器上的數(shù)據(jù)和手柄上按鈕是否按下去的狀態(tài)，通過串行 通訊接口與AHRS通訊獲取數(shù)據(jù)，并通過串行通訊接口與平板電腦進行通訊，將數(shù)據(jù)發(fā)送給 平板上。
[0016] 所述殼體頂部設(shè)有提手，方便測繪系統(tǒng)的攜帶和安裝；
[0017] 所述殼體一側(cè)設(shè)有測量手柄，測量手柄上設(shè)有測量開關(guān)，便于在調(diào)節(jié)激光測距儀 位置之后，直接通過按按鈕確認點并繪制單線圖，而無需回到平板上操作。
[0018] 上述系統(tǒng)使用時，其原理是：根據(jù)管道的走向和分支，先將待測繪的管道分成多 段，繪制管路和添加管路元素的關(guān)鍵在于獲取管路的起點、長度以及管路元素的位置，即需 要選擇管路上關(guān)鍵位置作為目標(biāo)點，并用測量裝置測算回目標(biāo)點的位置并計算相應(yīng)的長度 和方位。目標(biāo)點的選擇一般為管路轉(zhuǎn)彎位置、分支位置以及管路元素所在的位置。管路的測 繪過程如下：通過AHRS預(yù)設(shè)好測距儀組件后，選用一個目標(biāo)點作為起點，調(diào)節(jié)測距儀組件， 使其激光光斑對準目標(biāo)點，然后通過水平軸編碼器和俯仰軸編碼器分別測量測距儀組件的 水平旋轉(zhuǎn)角度和俯仰角度，并將各數(shù)據(jù)傳送給處理器，由處理器計算管道長度及方位，并 送至平板電腦；其它目標(biāo)點的測量方法相同，各目標(biāo)點數(shù)據(jù)送至平板電腦后，經(jīng)過繪圖單元 進行計算處理后，即可由CAD軟件完成繪圖。繪制管路的原理為：首先在CAD繪圖軟件中指 定一個點，并通過測繪裝置測量該點的坐標(biāo)，然后通過測繪裝置測量管路下一點的坐標(biāo)，繪 圖單元根據(jù)坐標(biāo)計算兩點之間管路的長度和方向，在CAD繪圖軟件中畫相應(yīng)的直線表示管 路；如果管路的長度和方向可以目測出來，則無需測量，直接輸入目測數(shù)據(jù)由繪圖單元繪制 直線表示管路。
[0019] 本發(fā)明通過上述系統(tǒng)實現(xiàn)一種壓力管道的單線圖測繪方法，根據(jù)GB/T6567. 1? 5-2008《技術(shù)制圖》標(biāo)準的要求，主要包括以下幾個方面：（1)管路的繪制，管路在CAD繪 圖軟件中以線的方式存在，通過獲取每段直管路的長度和方向后，對應(yīng)在CAD繪圖軟件中 繪線表示，通過管路可以看出整個管路系統(tǒng)的布局；(2)管路元素的繪制，即在表示管路的 線上，按指定位置添加相應(yīng)的管路元素塊文件（包括管件、閥門、控制元件和傳感元件等）； (3)管路集合管理，包括管路元素的自動編號、標(biāo)注、管路數(shù)據(jù)統(tǒng)計等。
[0020] 其中，管路的繪制包括以下步驟：
[0021] (1-1)安裝測繪系統(tǒng)，并以測繪系統(tǒng)的安裝位置為坐標(biāo)原點，以正東方向為X軸正 方向，正北方向為Y軸正方向，正上方為Z軸正方向，在平板電腦上的繪圖單元中建立笛卡 爾坐標(biāo)系的測量坐標(biāo)系；測繪系統(tǒng)安裝位置的選擇以在該位置能夠用肉眼觀察到大部分的 管路和管路元素為準，不需要選用參照物；
[0022] (1-2)根據(jù)管路的分布規(guī)則，或根據(jù)用戶肉眼能否目測管路的方向和終點與起點 之間的距離，判斷管路的終點是否可以估算；若可以估算，則輸入管路的長度及管路的方向 (即東、南、西、北、上或下等方向），并進入步驟（1-5);若不可以估算，則進入步驟（1-3);
[0023] (1-3)判斷管路的起點是否為估算值；
[0024] 若是估算值，則目測當(dāng)前位置能否同時測量到起點和終點（其判斷標(biāo)準以通過激 光測距儀能否測到起點與終點之間的距離為準）；若可以，則啟動測繪系統(tǒng)，在當(dāng)前位置上 分別測量起點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)和終點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，進入步驟（1-4);若不可以，則移動測繪系 統(tǒng)，重新進入步驟（1-1)，直至當(dāng)前位置可以同時測量到起點和終點；
[0025] 若不是估算值，說明起點坐標(biāo)值已經(jīng)存在，無需重新測量，則只需要在當(dāng)前位置上 測量終點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，進入步驟（1-4);
[0026] 該過程中，判斷管路的起點是否為估算值時，其判斷方法是：在選定起點之后，如 果起點是經(jīng)過測量數(shù)據(jù)測算之后繪制的，則是測量值，否則繪圖單元會顯示該起點為估算 值；
[0027] (1-4)通過起點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)和終點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，計算管路的長度及管路的方向；
[0028] (1-5)在CAD軟件中生成對應(yīng)管路的單線圖；完成測繪后，進入步驟（1-2)，開始繪 制下一條管路的單線圖；
[0029] (1-6)在CAD軟件中編輯并保存已完成測繪的管路的單線圖。
[0030] 其中，單線圖繪制模塊對管路元素的繪制使用插入圖形塊的方式。選中管路之后， 選中對應(yīng)的管路元素類型（各管路元素類型根據(jù)標(biāo)準GB/T 6567. 1?5-2008《技術(shù)制圖》 的要求繪制為CAD繪圖軟件的dwg塊文件），繪圖單元會自動根據(jù)管路的方位以及管路元素 的類型尋找對應(yīng)的管路元素塊文件，插入到管路指定的位置上，并將管路元素和管路關(guān)聯(lián) 起來，便于維護。
[0031] 該方法中，單線圖繪制模塊對管路的繪制包括兩種方式：
[0032] 第一種是自動連續(xù)測繪方式，在這種方式下，管路的長度和方位是通過測量數(shù)據(jù) 計算得到；首先選擇管路的起點，然后調(diào)整激光測距儀的激光方向，讓激光光斑對準目標(biāo) 點，確定目標(biāo)點之后，由坐標(biāo)換算模塊及單線圖數(shù)據(jù)計算模塊計算起點和目標(biāo)點的長度和 方位，并送至CAD軟件中，自動繪制管路；然后以該目標(biāo)點為起點，重新調(diào)整激光測距儀的 激光方向，依次繪制下一段管路。
[0033] 第二種方式是手動連續(xù)繪制方式，在這種方式下，管路的長度和方向都是通過人 工操作，在平板電腦的軟件界面上輸入。首先選擇管路的起點，然后估算管路目標(biāo)點距離起 點的長度以及管路的走向方位，然后在界面上輸入長度和方位，確定后自動在CAD軟件中 繪制管路；然后以該目標(biāo)點位起點，依次按上述步驟繪制下一段管路。
[0034] 管路元素的繪制具體為：
[0035] (2-1)根據(jù)標(biāo)準將管路元素繪制成CAD繪圖軟件的dwg塊文件，保存在指定的文件 夾；
[0036] (2-2)管路元素的添加：通過測量裝置測算或者用戶目測，獲得管路元素在管路 中的位置，通過CAD繪圖軟件界面提供的插入管路元素塊名稱選項，選擇所需的管路元素 并插入。
[0037] 管路集合管理具體為：
[0038] 完成管路的繪制及管路元素的繪制之后，將管路及管路元素劃分到不同的集合進 行管理（如：選中管路集合中的起始管路或者結(jié)束管路，按自動編號按鈕，則會將不同管路 元素按管路的走向進行編號；按管路標(biāo)注按鈕之后，通過設(shè)置標(biāo)注的數(shù)據(jù)，則用戶可用手在 CAD繪圖軟件上指定插入標(biāo)注的位置；選中管路集合之后，自動在界面顯示管路總長度、焊 點數(shù)等數(shù)據(jù)）。
[0039] 本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果：
[0040] 本壓力管道的單線圖測繪系統(tǒng)使用簡單，能夠與現(xiàn)有CAD軟件結(jié)合起來，實現(xiàn)在 現(xiàn)場測量管路數(shù)據(jù)和繪制管路單線圖同步完成，能夠更好提高管路單線圖的繪制效率和質(zhì) 量。
[0041] 另外，本壓力管道的單線圖測繪系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，可靈活地應(yīng)用于管道安 裝及檢驗現(xiàn)場；本測繪系統(tǒng)通過設(shè)置水平軸編碼器、俯仰軸編碼器和AHRS，結(jié)合測距儀組 件，可精確獲得管道上各目標(biāo)點的精確位置，測量結(jié)果快速而準確，相對于傳統(tǒng)全站儀而 言，更適合單線圖測繪系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集，而且更輕便更便宜。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0042] 圖1為本壓力管道的單線圖測繪系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043] 圖2為本壓力管道的單線圖測繪系統(tǒng)的原理示意圖。
[0044] 圖3為本壓力管道的單線圖測繪系統(tǒng)使用時的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0045] 圖4為本壓力管道的單線圖測繪方法中管路繪制的流程示意圖。

【具體實施方式】
[0046] 下面結(jié)合實施例及附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不 限于此。
[0047] 實施例
[0048] 本實施例一種壓力管道的單線圖測繪系統(tǒng)，包括測量裝置和繪圖單元，繪圖單元 安裝于平板電腦中，如圖3所示，測量裝置上設(shè)有平板支架12，平板電腦13安裝于平板支架 上，測量裝置與平板電腦之間通過串口連接；
[0049] 如圖2所示，繪圖單元包括系統(tǒng)管理模塊、串口通訊模塊、坐標(biāo)換算模塊、單線圖 數(shù)據(jù)計算模塊和單線圖繪制模塊，串口通訊模塊、坐標(biāo)換算模塊和單線圖數(shù)據(jù)計算模塊依 次連接，系統(tǒng)管理模塊分別與串口通訊模塊、單線圖數(shù)據(jù)計算模塊和單線圖繪制模塊連 接；
[0050] 其中，測量裝置向繪圖單元提供方位角數(shù)據(jù)、俯仰角數(shù)據(jù)和距離數(shù)據(jù)，繪圖單元根 據(jù)方位角數(shù)據(jù)、俯仰角數(shù)據(jù)和距離數(shù)據(jù)，通過CAD軟件的二次開發(fā)接口在CAD繪圖軟件中 繪圖；串口通訊模塊用于與測量裝置之間進行數(shù)據(jù)傳輸；坐標(biāo)換算模塊用于將測量裝置獲 取的距離數(shù)據(jù)和角度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為當(dāng)前坐標(biāo)系下的坐標(biāo)數(shù)據(jù)；單線圖數(shù)據(jù)計算模塊用于計算 繪制單線圖所需的長度和方位；單線圖繪制模塊為CAD繪圖軟件；系統(tǒng)管理模塊主要用于 管線繪制參數(shù)、管路元素添加以及測量裝置獲得的各數(shù)據(jù)的管理。其中，CAD繪圖軟件，主 要包括管線繪制、管路元素繪制、管路集合管理等功能模塊；管路元素是指GB/T 6567. 1? 5-2008《技術(shù)制圖》標(biāo)準中所描述的管件、閥門、控制元件和傳感元件等；單線圖數(shù)據(jù)計算模 塊計算出來的長度和方向（以東、西、南、北、上、下表示方向）主要用于在CAD繪圖軟件中 繪制直線，然后確定管路元素的位置，再向指定位置添加以CAD塊文件表示的管路元素。
[0051] 如圖1所示，測量裝置包括殼體1、測距儀組件、水平軸編碼器3、俯仰軸編碼器4、 處理器5和AHRS6,測距儀組件、水平軸編碼器、俯仰軸編碼器、處理器和AHRS分別設(shè)于殼體 內(nèi)，殼體底部設(shè)有水平調(diào)節(jié)基座7,水平軸編碼器通過水平軸與水平調(diào)節(jié)基座連接，俯仰軸 編碼器通過俯仰軸與測距儀組件連接，AHRS與測距儀組件連接，如圖2所示，測距儀組件、 水平軸編碼器、俯仰軸編碼器和AHRS分別與處理器連接。
[0052] 如圖1所示，測距儀組件包括激光測距儀2和測距儀外殼14, AHRS設(shè)于激光測距 儀上，AHRS和激光測距儀設(shè)于測距儀外殼內(nèi)。
[0053] 測距儀外殼的兩側(cè)分別設(shè)有固定板8,測距儀外殼兩側(cè)分別通過俯仰軸與固定板 連接，位于測距儀外殼一側(cè)的俯仰軸上設(shè)有俯仰軸編碼器。固定板的作用主要是用于安裝 俯仰軸編碼器和處理器，方便其固定。激光測距儀上下俯仰時，測距儀外殼也隨著擺動，此 時俯仰軸轉(zhuǎn)動，俯仰軸編碼器通過測量俯仰軸的轉(zhuǎn)動角度，從而得到測距儀組件的俯仰角 度。
[0054] 殼體底部通過水平軸與水平調(diào)節(jié)基座連接，水平軸的端部設(shè)有水平軸編碼器。使 用時，整個測繪系統(tǒng)通過水平軸相對于水平調(diào)節(jié)基座轉(zhuǎn)動，水平軸編碼器測量的水平軸轉(zhuǎn) 動角度，即為測距儀組件的水平旋轉(zhuǎn)角度。
[0055] 水平軸的旋轉(zhuǎn)角度為0?360°，俯仰軸的俯仰角度為-45?65° (以水平方向 為 0。）。
[0056] 本實施例中，AHRS采用三自由度的姿態(tài)航向參考系統(tǒng)（Attitude and Heading Reference System)，AHRS內(nèi)設(shè)有電子指南針；AHRS可以測量水平方位角和俯仰角度，在測 繪系統(tǒng)使用前，通過AHRS獲取水平方位角校正水平軸編碼器的零度，通過AHRS獲取俯仰角 度校正俯仰軸編碼器的零度。在測量過程中使用水平軸編碼器的角度和俯仰軸編碼器的角 度分別作為激光測距儀的水平旋轉(zhuǎn)角度和俯仰角度，從而避免了測量過程環(huán)境對AHRS干 擾而帶來的誤差；
[0057] 所述處理器采用STM32微處理器，該處理器是基于單片機的嵌入式系統(tǒng)，它通過 10 口采集俯仰軸編碼器及水平軸編碼器上的數(shù)據(jù)和手柄上按鈕是否按下去的狀態(tài)，通過串 行通訊接口與AHRS通訊獲取數(shù)據(jù)，并通過串行通訊接口與平板電腦進行通訊，將數(shù)據(jù)發(fā)送 給平板上。
[0058] 如圖3所示，殼體頂部設(shè)有提手9,方便測繪系統(tǒng)的攜帶和安裝；
[0059] 殼體一側(cè)設(shè)有測量手柄10,測量手柄上設(shè)有測量開關(guān)11，便于在調(diào)節(jié)激光測距儀 位置之后，直接通過按按鈕確認點并繪制單線圖，而無需回到平板上操作。
[0060] 上述系統(tǒng)使用時，其原理是：根據(jù)管道的走向和分支，先將待測繪的管道分成多 段，繪制管路和添加管路元素的關(guān)鍵在于獲取管路的起點、長度以及管路元素的位置，即需 要選擇管路上關(guān)鍵位置作為目標(biāo)點，并用測量裝置測算回目標(biāo)點的位置并計算相應(yīng)的長度 和方位。目標(biāo)點的選擇一般為管路轉(zhuǎn)彎位置、分支位置以及管路元素所在的位置。管路的測 繪過程如下：通過AHRS預(yù)設(shè)好測距儀組件后，選用一個目標(biāo)點作為起點，調(diào)節(jié)測距儀組件， 使其激光光斑對準目標(biāo)點，然后通過水平軸編碼器和俯仰軸編碼器分別測量測距儀組件的 水平旋轉(zhuǎn)角度和俯仰角度，并將各數(shù)據(jù)傳送給處理器，由處理器計算管道長度及方位，并送 至平板電腦；其它目標(biāo)點的測量方法相同，各目標(biāo)點數(shù)據(jù)送至平板電腦后，經(jīng)過繪圖單元進 行計算處理后，即可由CAD軟件完成繪圖。繪制管路的原理為：首先在CAD繪圖軟件中指 定一個點，并通過測繪裝置測量該點的坐標(biāo)，然后通過測繪裝置測量管路下一點的坐標(biāo)，繪 圖單元根據(jù)坐標(biāo)計算兩點之間管路的長度和方向，在CAD繪圖軟件中畫相應(yīng)的直線表示管 路；如果管路的長度和方向可以目測出來，則無需測量，直接輸入目測數(shù)據(jù)由繪圖單元繪制 直線表示管路。
[0061] 本實施例通過上述系統(tǒng)實現(xiàn)一種壓力管道的單線圖測繪方法，根據(jù)GB/ Τ6567. 1?5-2008《技術(shù)制圖》標(biāo)準的要求，主要包括以下幾個方面：（1)管路的繪制，管路 在CAD繪圖軟件中以線的方式存在，通過獲取每段直管路的長度和方向后，對應(yīng)在CAD繪圖 軟件中繪線表示，通過管路可以看出整個管路系統(tǒng)的布局；（2)管路元素的繪制，即在表示 管路的線上，按指定位置添加相應(yīng)的管路元素塊文件（包括管件、閥門、控制元件和傳感元 件等）；（3)管路集合管理，包括管路元素的自動編號、標(biāo)注、管路數(shù)據(jù)統(tǒng)計等。
[0062] 其中，如圖4所示，管路的繪制包括以下步驟：
[0063] (1-1)安裝測繪系統(tǒng)，并以測繪系統(tǒng)的安裝位置為坐標(biāo)原點，以正東方向為X軸正 方向，正北方向為Υ軸正方向，正上方為Ζ軸正方向，在平板電腦上的繪圖單元中建立笛卡 爾坐標(biāo)系的測量坐標(biāo)系；測繪系統(tǒng)安裝位置的選擇以在該位置能夠用肉眼觀察到大部分的 管路和管路元素為準，不需要選用參照物；
[0064] (1-2)根據(jù)管路的分布規(guī)則，或根據(jù)用戶肉眼能否目測管路的方向和終點與起點 之間的距離，判斷管路的終點是否可以估算；若可以估算，則輸入管路的長度及管路的方向 (即東、南、西、北、上或下等方向），并進入步驟（1-5);若不可以估算，則進入步驟（1-3); [0065] (1-3)判斷管路的起點是否為估算值；
[0066] 若是估算值，則目測當(dāng)前位置能否同時測量到起點和終點（其判斷標(biāo)準以通過 激光測距儀能否測到起點與終點之間的距離為準）；若可以，則啟動測繪系統(tǒng)，在當(dāng)前位置 上分別測量起點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)和終點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，進入步驟（1-4);若不可以，則移動測繪系 統(tǒng)，重新進入步驟（1-1)，直至當(dāng)前位置可以同時測量到起點和終點；
[0067] 若不是估算值，說明起點坐標(biāo)值已經(jīng)存在，無需重新測量，則只需要在當(dāng)前位置上 測量終點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，進入步驟（1-4);
[0068] 該過程中，判斷管路的起點是否為估算值時，其判斷方法是：在選定起點之后，如 果起點是經(jīng)過測量數(shù)據(jù)測算之后繪制的，則是測量值，否則繪圖單元會顯示該起點為估算 值；
[0069] (1-4)通過起點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)和終點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，計算管路的長度及管路的方向；
[0070] (1-5)在CAD軟件中生成對應(yīng)管路的單線圖；完成測繪后，進入步驟（1-2)，開始繪 制下一條管路的單線圖；
[0071] (1-6)在CAD軟件中編輯并保存已完成測繪的管路的單線圖。
[0072] 其中，單線圖繪制模塊對管路元素的繪制使用插入圖形塊的方式。選中管路之后， 選中對應(yīng)的管路元素類型（各管路元素類型根據(jù)標(biāo)準GB/T 6567. 1?5-2008《技術(shù)制圖》 的要求繪制為CAD繪圖軟件的dwg塊文件），繪圖單元會自動根據(jù)管路的方位以及管路元素 的類型尋找對應(yīng)的管路元素塊文件，插入到管路指定的位置上，并將管路元素和管路關(guān)聯(lián) 起來，便于維護。
[0073] 該方法中，單線圖繪制模塊對管路的繪制包括兩種方式：
[0074] 第一種是自動連續(xù)測繪方式，在這種方式下，管路的長度和方位是通過測量數(shù)據(jù) 計算得到；首先選擇管路的起點，然后調(diào)整激光測距儀的激光方向，讓激光光斑對準目標(biāo) 點，確定目標(biāo)點之后，由坐標(biāo)換算模塊及單線圖數(shù)據(jù)計算模塊計算起點和目標(biāo)點的長度和 方位，并送至CAD軟件中，自動繪制管路；然后以該目標(biāo)點為起點，重新調(diào)整激光測距儀的 激光方向，依次繪制下一段管路。
[0075] 第二種方式是手動連續(xù)繪制方式，在這種方式下，管路的長度和方向都是通過人 工操作，在平板電腦的軟件界面上輸入。首先選擇管路的起點，然后估算管路目標(biāo)點距離起 點的長度以及管路的走向方位，然后在界面上輸入長度和方位，確定后自動在CAD軟件中 繪制管路；然后以該目標(biāo)點位起點，依次按上述步驟繪制下一段管路。
[0076] 管路元素的繪制具體為：
[0077] (2-1)根據(jù)標(biāo)準將管路元素繪制成CAD繪圖軟件的dwg塊文件，保存在指定的文件 夾；
[0078] (2-2)管路元素的添加：通過測量裝置測算或者用戶目測，獲得管路元素在管路 中的位置，通過CAD繪圖軟件界面提供的插入管路元素塊名稱選項，選擇所需的管路元素 并插入。
[0079] 管路集合管理具體為：
[0080] 完成管路的繪制及管路元素的繪制之后，將管路及管路元素劃分到不同的集合進 行管理（如：選中管路集合中的起始管路或者結(jié)束管路，按自動編號按鈕，則會將不同管路 元素按管路的走向進行編號；按管路標(biāo)注按鈕之后，通過設(shè)置標(biāo)注的數(shù)據(jù)，則用戶可用手在 CAD繪圖軟件上指定插入標(biāo)注的位置；選中管路集合之后，自動在界面顯示管路總長度、焊 點數(shù)等數(shù)據(jù)）。
[0081] 如上所述，便可較好地實現(xiàn)本發(fā)明，上述實施例僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用 來限定本發(fā)明的實施范圍；即凡依本
【發(fā)明內(nèi)容】
所作的均等變化與修飾，都為本發(fā)明權(quán)利要 求所要求保護的范圍所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1. 一種壓力管道的單線圖測繪系統(tǒng)，其特征在于，包括測量裝置和繪圖單元，繪圖單元 安裝于平板電腦中，測量裝置上設(shè)有平板支架，平板電腦安裝于平板支架上，測量裝置與平 板電腦之間通過串口連接； 繪圖單元包括系統(tǒng)管理模塊、串口通訊模塊、坐標(biāo)換算模塊、單線圖數(shù)據(jù)計算模塊和單 線圖繪制模塊，串口通訊模塊、坐標(biāo)換算模塊和單線圖數(shù)據(jù)計算模塊依次連接，系統(tǒng)管理模 塊分別與串口通訊模塊、單線圖數(shù)據(jù)計算模塊和單線圖繪制模塊連接； 其中，測量裝置向繪圖單元提供方位角數(shù)據(jù)、俯仰角數(shù)據(jù)和距離數(shù)據(jù)，繪圖單元根據(jù)方 位角數(shù)據(jù)、俯仰角數(shù)據(jù)和距離數(shù)據(jù)，通過CAD軟件的二次開發(fā)接口在CAD繪圖軟件中繪圖； 串口通訊模塊用于與測量裝置之間進行數(shù)據(jù)傳輸；坐標(biāo)換算模塊用于將測量裝置獲取的距 離數(shù)據(jù)和角度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為當(dāng)前坐標(biāo)系下的坐標(biāo)數(shù)據(jù)；單線圖數(shù)據(jù)計算模塊用于計算繪制單 線圖所需的長度和方位；單線圖繪制模塊為CAD繪圖軟件；系統(tǒng)管理模塊主要用于管線繪 制參數(shù)、管路元素添加以及測量裝置獲得的各數(shù)據(jù)的管理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種壓力管道的單線圖測繪系統(tǒng)，其特征在于，所述測量裝置 包括殼體、測距儀組件、水平軸編碼器、俯仰軸編碼器、處理器和AHRS，測距儀組件、水平軸 編碼器、俯仰軸編碼器、處理器和AHRS分別設(shè)于殼體內(nèi)，殼體底部設(shè)有水平調(diào)節(jié)基座，水平 軸編碼器通過水平軸與水平調(diào)節(jié)基座連接，俯仰軸編碼器通過俯仰軸與測距儀組件連接， AHRS與測距儀組件連接，測距儀組件、水平軸編碼器、俯仰軸編碼器和AHRS分別與處理器 連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種壓力管道的單線圖測繪系統(tǒng)，其特征在于，所述測距儀組 件包括激光測距儀和測距儀外殼，AHRS設(shè)于激光測距儀上，AHRS和激光測距儀設(shè)于測距儀 外殼內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述一種壓力管道的單線圖測繪系統(tǒng)，其特征在于，所述測距儀外 殼的兩側(cè)分別設(shè)有固定板，測距儀外殼兩側(cè)分別通過俯仰軸與固定板連接，位于測距儀外 殼一側(cè)的俯仰軸上設(shè)有俯仰軸編碼器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種壓力管道的單線圖測繪系統(tǒng)，其特征在于，所述殼體底部 通過水平軸與水平調(diào)節(jié)基座連接，水平軸的端部設(shè)有水平軸編碼器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種壓力管道的單線圖測繪系統(tǒng)，其特征在于，所述水平軸的 旋轉(zhuǎn)角度為〇?360°，俯仰軸的俯仰角度為-45?65°。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種壓力管道的單線圖測繪系統(tǒng)，其特征在于，所述AHRS為三 自由度的姿態(tài)航向參考系統(tǒng)，AHRS內(nèi)設(shè)有電子指南針； 所述處理器為STM32微處理器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種壓力管道的單線圖測繪系統(tǒng)，其特征在于，所述殼體頂部 設(shè)有提手； 所述殼體一側(cè)設(shè)有測量手柄，測量手柄上設(shè)有測量開關(guān)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1?8任一項所述系統(tǒng)實現(xiàn)一種壓力管道的單線圖測繪方法，其特征 在于，主要包括三個方面：（1)管路的繪制；（2)管路元素的繪制；（3)管路集合管理； 其中，管路的繪制包括以下步驟： (1-1)安裝測繪系統(tǒng)，并以測繪系統(tǒng)的安裝位置為坐標(biāo)原點，以正東方向為X軸正方 向，正北方向為Y軸正方向，正上方為Z軸正方向，在平板電腦上的繪圖單元中建立笛卡爾 坐標(biāo)系的測量坐標(biāo)系； (1-2)根據(jù)管路的分布規(guī)則，或根據(jù)用戶肉眼能否目測管路的方向和終點與起點之間 的距離，判斷管路的終點是否可以估算；若可以估算，則輸入管路的長度及管路的方向，并 進入步驟（1-5);若不可以估算，則進入步驟（1-3); (1-3)判斷管路的起點是否為估算值； 若是估算值，則目測當(dāng)前位置能否同時測量到起點和終點；若可以，則啟動測繪系統(tǒng)， 在當(dāng)前位置上分別測量起點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)和終點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，進入步驟（1-4);若不可以，則 移動測繪系統(tǒng)，重新進入步驟（1-1)，直至當(dāng)前位置可以同時測量到起點和終點； 若不是估算值，則在當(dāng)前位置上測量終點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，進入步驟（1-4); (1-4)通過起點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)和終點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，計算管路的長度及管路的方向； (1-5)在CAD軟件中生成對應(yīng)管路的單線圖；完成測繪后，進入步驟（2)，開始繪制下一 條管路的單線圖； (1-6)在CAD軟件中編輯并保存已完成測繪的管路的單線圖。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述一種壓力管道的單線圖測繪方法，其特征在于，所述管路元素 的繪制具體為： (2-1)根據(jù)標(biāo)準將管路元素繪制成CAD繪圖軟件的dwg塊文件，保存在指定的文件夾； (2-2)管路元素的添加：通過測量裝置測算或者用戶目測，獲得管路元素在管路中的 位置，通過CAD繪圖軟件界面提供的插入管路元素塊名稱選項，選擇所需的管路元素并插 入； 所述管路集合管理具體為：完成管路的繪制及管路元素的繪制之后，將管路及管路元 素劃分到不同的集合進行管理。
【文檔編號】G06F17/50GK104155659SQ201410419275
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月22日
【發(fā)明者】陳鹍棠, 李茂東, 吳從容, 張松平, 向小勇, 馬瓊雄, 陳月軍, 李杞儀, 陳仲禹, 歐陽瑞伏, 陳偉華, 李榕根, 陳元利 申請人:廣州特種承壓設(shè)備檢測研究院, 華南理工大學(xué)廣州學(xué)院