[发明专利]地下管线的惯性吹球测量系统及方法

权利要求书

1.一种地下管线的惯性吹球测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，确定待测管道的吹入点和吹出点；

步骤2，将惯性测量吹球放置在吹入点静置一定时间，并启动传感器组进行数据采集，数据记录仪按照时间顺序同步记录和存储传感器组的测量数据；

步骤3，执行吹球操作，数据记录仪按照时间顺序同步记录和存储传感器组的测量数据；

步骤4，当惯性测量吹球到达管道吹出点时进行收球操作，静置一定时间后，完成一次数据采集；

收球操作指保证惯性测量吹球到达吹出点时立即停下，或者不让惯性测量吹球停下，利用高速相机设备连续拍摄，确定惯性测量吹球通过吹出点的时间；在处理惯性测量吹球停下后采集的静止数据时，加入速度为零和航向不变两个约束条件，减小惯导的误差累积；

步骤5，调换吹入点与吹出点；

步骤6，重复执行步骤2-步骤5，直至完成所需测量次数后停止数据采集；

步骤7，根据步骤2获取的惯性测量吹球在吹入点静置时间段内的数据，得到惯性测量吹球的陀螺初始零偏；

步骤8，根据步骤2获取的惯性测量吹球在吹入点静置时间段内的数据，计算惯性测量吹球的初始横滚角与初始俯仰角；

步骤9，利用机械编排算法对步骤3获取的惯性测量吹球运动数据进行处理，获取惯性测量吹球的行进轨迹；

步骤10，根据步骤9获取的惯性测量吹球行进轨迹与步骤1中吹入点和吹出点的三维坐标进行组合解算，并做多次迭代，获取初始航向角；

利用步骤1中获取的吹入点和吹出点的三维坐标连线获取轨迹向量测量值，利用步骤9获取的惯性测量吹球行进轨迹得到轨迹向量估计值，通过计算轨迹向量的估计值与测量值之间的差异来迭代获取惯导解算的初始航向角；

步骤11，根据步骤10获取的初始航向角、步骤8获取的初始横滚角和初始俯仰角、步骤3获取的惯性测量吹球运动数据和步骤4获取的到达后静置数据进行反向平滑或DR航位推算，获取管道三维坐标序列；

上述惯性吹球测量方法基于惯性吹球测量系统实现，惯性吹球测量系统包括惯性测量吹球、数据后处理单元和动力提供装置；

惯性测量吹球包括测量球载体、传感器组和数据记录仪，测量球载体包括外壳和用于固定内部传感器组和数据记录仪的安装支架，支架与外壳固定连接，传感器组和数据记录仪刚性固定安装在测量球载体内部；传感器组包括惯性测量单元IMU、速度传感器和磁力计，或者包括惯性测量单元IMU和速度传感器，或者仅包含惯性测量单元IMU，IMU由三个陀螺、三个加速度计和数据处理器构成，用于测量惯性测量吹球的三轴非引力加速度和三轴角速度向量，或者采用两轴陀螺和单轴加速度计，用于测量惯性测量吹球航向轴和俯仰轴的加速度、前向轴角速度向量，磁力计用于测量磁场强度和方向、定位设备的方位；数据记录仪按照时间顺序同步记录和存储传感器组的测量数据；

数据后处理单元用于事后处理数据记录仪中记录的原始数据；

动力提供装置为惯性测量吹球提供动力，使其在被测量的管道中快速运动，按照特定的步骤完成管道测量的数据采集工作。

2.如权利要求1所述的一种地下管线的惯性吹球测量方法，其特征在于：步骤1中取管道的测量起始点与测量结束点为吹入点和吹出点，并通过测量设备分别获取吹入点和吹出点的三维位置坐标。

3.如权利要求1所述的一种地下管线的惯性吹球测量方法，其特征在于：步骤3中进行吹球操作前需保证惯性测量吹球位于吹入点处，吹球操作指将动力提供装置与管道口对接，让惯性测量吹球快速通过被测管道。

4.如权利要求1所述的一种地下管线的惯性吹球测量方法，其特征在于：步骤5中调换吹入点与吹出点指每一次吹球操作结束后对调吹入点与吹出点的位置，上一次的吹出点作为下一次测量的吹入点。

5.如权利要求1所述的一种地下管线的惯性吹球测量方法，其特征在于：步骤7中将静置时段内各轴角速度测量值的平均值用作各轴陀螺的初始零偏误差，并在后续的操作中将各轴的初始零偏减去，以压制陀螺随机测量噪声的影响。