[发明专利]地下管线的惯性吹球测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种地下管线的惯性吹球测量系统及方法。地下管线的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三部分。基于该惯性吹球测量系统实现的惯性吹球测量方法通过对固定安装于惯性测量吹球中的惯性导航传感器组在快速通过被测管道过程中采集的数据进行处理，得到惯性测量吹球的三维加速度和三维角速度信息，并结合管道两端已知的三维位置信息，采用惯性导航解算及反向平滑解算方法计算出管道的三维位置信息。本发明能够有效克服现有管线仪对管道材质、形状、测量环境和操作流程等局限，并且成本低廉，操作方法也相对简单，仅需要将惯性测量吹球放入管道后让其快速通过即可，方便快捷，可以成倍缩短测量时间。

技术领域

本发明属于测量技术领域，具体涉及一种地下管线的惯性吹球测量系统及方法。

背景技术

目前常用地下管线定位方法中有地球物理方法（如电磁感应法、探地雷达法等）和非地球物理方法（如惯性陀螺仪定位法、声学探测法等），其中较有代表性的有基于电磁定位仪(Electromagnet Locator, EML)的电磁探测法、探地雷达(GroundProbing/Penetrating Radar, GPR)方法和磁探测法等，配套使用的仪器有美国DCI（DigitalControl Incorporated，DCI）公司生产的Eclipse系列和 Mark系列无线导向定位仪、英国雷迪(Radio-detection)公司生产的RD(Radio-Detection，RD)系列管线定位仪以及其它多种探地雷达等。这些方法大都是利用管线与周围介质物理特性的差异进行探测，其可用性均受到电磁干扰、铁磁干扰和管线埋深的影响。

为了应对上述问题，基于惯性导航系统技术的管线位置和姿态测量仪应运而生。惯性导航系统（inertial navigationsystem, INS）具有自主性完全、可靠性高、动态性能好等优点，但是由于其误差会随时间不断积累，因此常常需要其他的导航手段进行辅助与校正。很多高校和公司都研发了此类产品，如比利时REDUCT公司的DR4，广州大铁锐威科技有限公司的DT-GXY系列，零偏科技管线测量仪等。这些地下管道惯性测量仪进行管道测量时存在以下缺陷： 1）该类管线仪机身并不小巧，机身长度普遍为一米左右，无法适应和通过存在急转弯的管道，当管道转弯半径小时因无法通过导致无法进行测量。2）该类管线仪直径较大，一般要求待测管道直径不小于8厘米，难以适应小口径管道或微小管道等。3）该类管线仪通常采用电机牵引仪器通过管道的作业模式，实际作业时还需绞盘提供动力令管线测量仪通过管道，作业方式复杂，也因为该种动力提供方法，管线仪的通过速度一般为1米每秒左右，作业缓慢且效率较低。4）该类管线仪普遍对于内置的惯性测量单元（InertialMeasurement Unit，IMU）要求较高，需要采用价格高达上千甚至上万美元的高端MEMS IMU（Micro-Electro-MechanicalSystem Inertial Measurement Unit, MEMS IMU）或光纤IMU，采用精密机械结构，直接导致设备成本居高不下。因此亟需一种能够有效克服现有管线仪对管道材质、形状、测量环境和操作流程等局限，同时成本低廉、操作方法简单的管线测量方案。

发明内容

本发明提供一种地下管线的惯性吹球测量系统及方法，使用低成本MEMS惯导，通过缩短测量时间来抑制惯导误差的发散，获取所测管线的三维坐标，能够有效克服现有管线仪对管道材质、形状、测量环境和操作流程等局限。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案是一种地下管线的惯性吹球测量系统，包括惯性测量吹球、数据后处理单元和动力装置。