陀螺仪精确定位地下管线技术简介

陀螺仪精确定位地下管线技术简介第1页/共25页现有资料收集（管线调查）电磁感应法(金属管线探测仪)探地雷达(GPR)声学探测扎探其它地下管线定位的基本技术方法第2页/共25页管线探测仪工作原理A)发射机产生一个交变电磁场，并施加到管线,该电磁信号沿管线传播。B)接收机内部的线圈感应到这个交变的电磁场，从而探测到地下管线的走向、位置和深度。第3页/共25页Time[ns]Depth[m]Length[m]探地雷达GPR探测管线原理第4页/共25页示踪线或示踪探头法第5页/共25页管道摄像检测仪第6页/共25页传统地下管线定位技术遇到的挑战实际探测深度受到很大限制，很难在埋深＞10米以上的情况下准确测量地下管线的埋设位置和深度容易受测量环境背景的电磁干扰影响电磁感应法管线仪、探地雷达等不能完全城市地下空间发展的要求。非开挖等施工的特殊性第7页/共25页非开挖施工技术的普及带来的问题穿越管线的埋深已超出目前仪器设备的探测能力竣工资料缺乏准确性和完整性给管线管理带来很大隐患第8页/共25页由示踪探头法得到的启发实现大埋深管线定位测量需满足如下条件:探头可以进入管道中无需发射和接收电磁信号能够实现自动测量管线位置可以实现连续测量和记录航天、航空中的惯性导航系统---陀螺仪第9页/共25页陀螺仪原理陀螺仪的原理：一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。人们根据这个道理，用它来保持方向，制造出来的东西就叫陀螺仪(gyroscope)。陀螺仪在工作时要给它一个力，使它快速旋转起来，一般能达到每分钟几十万转，可以工作很长时间。陀螺仪用多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统。第10页/共25页陀螺仪原理示意图第11页/共25页陀螺仪的应用和发展现代陀螺仪是一种能够精确地确定运动物体的方位的仪器，它是现代航空，航海，航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器，它的发展对一个国家的工业，国防和其它高科技的发展具有十分重要的战略意义。传统的惯性陀螺仪主要是指机械式的陀螺仪，机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高，结构复杂，它的精度受到了很多方面的制约。现代陀螺仪的发展已经进入了一个全新的阶段。1976年等提出了现代光纤陀螺仪的基本设想，到八十年代以后，现代光纤陀螺仪就得到了非常迅速的发展，与此同时激光谐振陀螺仪也有了很大的发展。由于光纤陀螺仪具有结构紧凑，灵敏度高，工作可靠等等优点，所以目前光纤陀螺仪在很多的领域已经完全取代了机械式的传统的陀螺仪，成为现代导航仪器中的关键部件。和光纤陀螺仪同时发展的除了环式激光陀螺仪外，还有现代集成式的振动陀螺仪，集成式的振动陀螺仪具有更高的集成度，体积更小，也是现代陀螺仪的一个重要的发展方向。

第12页/共25页陀螺仪进行管线定位的原理示意图第13页/共25页陀螺仪进行管线定位的原理(1)陀螺仪和加速度计分别测量定位仪的相对惯性空间的的3个转角速度和3个线加速度延定位仪坐标系的分量,经过坐标变换,把加速度信息转化为延导航坐标系的加速度。并运算出定位仪的位置、速度、航向和水平姿态。例如：将北向加速度计和东向加速度计测得的运动加速度aN、aE进行一次积分，与北、东向初始速度VN0、VE0得到定位仪的速度分量，既：VN=∫aNdt+VN0

VE=∫aEdt+VE0

将速度V北和V东进行变换并再次积分得到定位仪的位置变化量，与初始经纬坐标相加，即得到定位仪的地理位置经纬坐标。(2)几种常用的坐标系：惯性坐标系、地球坐标系、地理坐标系、载体坐标系、陀螺坐标系、动参考坐标系；第14页/共25页陀螺仪管线精确定位仪的组成1、硬件：由测量单元和行进部分组成

2、软件：用于对测量单元采集的数据进行处理计算并生成点坐标和管线空间图形图第15页/共25页各种尺寸的测量单元第16页/共25页现场操作过程选择适合被测管道的测量单元初始化设定在管道中测量数据下载第17页/共25页数据处理第18页/共25页成果生成第19页/共25页技术参数数据输出:1、数据类型：XYZ三维空间坐标2、标准文件格式：.csv文件、.csr文件3、最大测量深度：无限制；或0-1000米4、测量精度：0.25%*管长5、弯曲半径：？？6、适用各种管材第20页/共25页可应用的行业非开挖、燃气、排水、电力、化工、通讯等行新管线的敷设、工程验收老管线的修复、定位、防止外力破坏第21页/共25页案例：河床底部地形测量第22页/共25页总结陀螺仪三维精确定位技术作为新的地下管线定位方法，具有以下技术特点：1、测量不受地形限制，不受深度限制，不受电磁干扰；2、定位精度高；3、适合于任何材质的地下管道；4、自动生成三维空间曲线图，并与GIS无缝兼容。5、陀螺仪三维精确定位技术可作为管线定位仪、GPR探地雷达、CCTV摄像系统等检测方法的有力补充手段，对解决精确定位大埋深地下管线有重要作用使用的局限性1、运行管道中无法使用2、穿越管道比较繁复3、数据量大软件操作复杂4、精度越高成本越大第23页/共25页