一種測量地下管道空間位置的方法技術

本發明專利技術屬于慣性測量技術領域，涉及一種測量地下管道空間位置的方法。所述的方法根據獲得的管道兩端的空間位置信息和管道的里程數據、慣性數據，分別以管道兩端的空間位置為初值，進行時間順序和逆序的慣導解算及慣性/里程儀組合濾波計算，并融合獲得的兩組處理結果，獲得管道的空間位置。該技術不受管道材質、管道埋深或周圍環境地質條件限制，可彌補傳統管道定位方法的不足，達到快速、準確、安全定位地下管道的目的。

【技術實現步驟摘要】
一種測量地下管道空間位置的方法
本專利技術屬于慣性測量
，涉及一種測量地下管道空間位置的方法。
技術介紹
地下管道越來越密集，許多管道需要維護、診斷和修理，臨近其它管道的維護和檢測時常會影響到鄰近管道的正常運行。這些管道隸屬于不同的公司和產權單位，需要各管道部門之間交換管道準確信息，以確保臨近管道施工時，不會損壞到自己的管道。管道空間位置技術是當前城市規劃建設的重要發展方向，國內多個大城市已相繼出臺政策加強對管道驗收要求相關規定。目前，主要的管道測量方法有探地雷達、地下管道探測儀等。其中探地雷達易受雜散電波、地質環境等因素的影響，在目標管道周圍有空洞、水穴、電纜干擾的情況下易產生誤指示，對于埋設較深或管徑小于100mm的管道難以探明。地下管道探測儀不能完全滿足非開挖等施工公司的需要，尤其是實際探測深度受到很大限制，很難在10米以下的深度準確測量地下管道的埋設位置。管道慣性測量技術是一種國際上領先的三維精確定位管道新技術，將陀螺儀原理與計算機三維計算技術整合在一起，巧妙地綜合利用陀螺儀導航技術、重力場、計算機矢量計算等交叉學科原理，自動生成基于X、Y、Z三維坐標的地下管道空間位置曲線圖，從而實現精確定位大埋深管道而不再受管道材質、管道埋深或周圍環境地質條件限制，其定位精度達2.5‰。該技術可應用于非開挖、燃氣、排水、電力、化工、通訊等領域，可彌補傳統管道定位方法的不足，達到快速、準確、安全定位地下管道的目的。除器件小型化、器件精度等技術限制，高精度的測量數據處理方法是主要的技術瓶頸。
技術實現思路
本專利技術的目的為：提出一種高精度且工程實用的測量地下管道空間位置測量的方法。本專利技術的技術方案為：一種測量地下管道空間位置的方法，其特征為：所述的方法根據獲得的管道兩端的空間位置信息和管道的里程數據、慣性數據，分別以管道兩端的空間位置為初值，進行時間順序和逆序的慣導解算及慣性/里程儀組合濾波計算，并融合獲得的兩組處理結果，獲得管道的空間位置。作為本技術方案的一種改進，所述的方法包括如下步驟：步驟一，獲取管道兩端的空間位置信息，以及管道的里程數據和慣性數據，慣性數據包括角增量、速度增量；步驟二，分別以管道兩端的空間位置為初值，進行時間順序和逆序的慣導解算及慣性/里程儀組合濾波計算，獲得兩組測量結果及精度評估；步驟三，融合步驟二中獲得的兩組處理結果，獲得管道的空間位置。作為本技術方案的一種改進，濾波的狀態為：xSINS＝[(φ)T(δvn)T(δP)T(εb)T(▽b)T]xOD＝[δKodδαθδαψ]T其中，x為組合濾波濾波狀態向量，xSINS為與慣導對應的15維狀態狀態向量，φ為三維慣導姿態誤差，δvn為三維慣導速度誤差，δP為三維慣導位置誤差，εb為三軸陀螺漂移，▽b為三軸加速度計零位，xOD為里程計相關的三維誤差狀態，δKod為里程儀刻度系數誤差，δαθ為里程儀俯仰方向的安裝角偏差，δαψ為里程儀航向方向的安裝角偏差。作為本技術方案的一種改進，通過后向捷聯慣性算法進行時間逆序的慣導解算。作為本技術方案的一種改進，通過后向慣性/里程組合模型進行時間逆向濾波計算。作為本技術方案的一種改進，根據以下公式，對進行時間順序和逆序的慣導解算及慣性/里程儀組合濾波計算后得到的數據進行融合，其中，為時間順序測量的三維坐標結果，Pf為時間順序組合濾波的方差陣，為時間逆序測量的三維坐標結果，Pb為時間逆序組合濾波的方差陣。本專利技術的有益效果為：本專利技術是一種地下管道空間位置的測量方法。本專利技術采用雙向慣性解算及組合濾波處理及融合的方法測定管道空間位置，計算方法架構簡單可靠，具有較好的工程適用性。該技術不受管道材質、管道埋深或周圍環境地質條件限制，可彌補傳統管道定位方法的不足，達到快速、準確、安全定位地下管道的目的。具體實施方式根據獲得的管道兩端的空間位置信息和管道的里程數據、慣性數據，分別以管道兩端的空間位置為初值，進行時間順序和逆序的慣導解算及慣性/里程儀組合濾波計算，并融合獲得的兩組處理結果，獲得管道的空間位置。本專利技術提供了一種地下管道空間位置的測量方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1、獲取管道兩端的空間位置信息，以及管道的里程數據和慣性數據，慣性數據包括角增量、速度增量；步驟2、分別以管道兩端的空間位置為初值，進行時間順序和逆序的慣導解算及慣性/里程儀組合濾波計算，獲得兩組測量結果及精度評估；步驟3、融合步驟二中獲得的兩組處理結果，獲得管道的空間位置。在步驟2中，慣性/里程儀組合濾波方法采用卡爾曼濾波算法，濾波狀態選用如下18維狀態向量：xSINS＝[(φ)T(δvn)T(δP)T(εb)T(▽b)T]xOD＝[δKodδαθδαψ]T這里，x為組合濾波濾波狀態向量；xSINS為與慣導對應的15維狀態狀態向量；φ為三維慣導姿態誤差；δvn為三維慣導速度誤差；δP為三維慣導位置誤差；εb為三軸陀螺漂移；▽b為三軸加速度計零位；xOD為里程計相關的三維誤差狀態；δKod為里程儀刻度系數誤差；δαθ為里程儀俯仰方向的安裝角偏差；δαψ為里程儀航向方向的安裝角偏差。在步驟2中，通過后向捷聯慣性算法進行時間逆序的慣導解算。在后向捷聯算法中，首先進行姿態更新得到然后進行速度更新和位置更新。具體后向捷聯姿態算法為：這里，為當前時刻姿態四元數表示；為前一時刻姿態四元數表示；為從當前時刻到前一時刻的導航系姿態變化，一般管道測量距離僅幾百米，導航系的變化可忽略；為前一時刻到當前時刻的機體系姿態變化；φk為根據陀螺采樣計算得到的旋轉矢量。在步驟2中，通過后向慣性/里程組合模型進行時間逆向濾波計算。具體后向組合濾波的量測方程與時間順序組合一樣，后向組合系統模型如下：這里，τ后向組合的時間變量為；x為濾波狀態；F為時間順序濾波的狀態轉移矩陣；w為時間順序濾波的系統噪聲。進一步的，在步驟3中，根據以下公式，對進行時間順序和逆序的慣導解算及慣性/里程儀組合濾波計算后得到的數據進行融合，其中，為時間順序測量的三維坐標結果，Pf為時間順序組合濾波的方差陣，為時間逆序測量的三維坐標結果，Pb為時間逆序組合濾波的方差陣。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種測量地下管道空間位置的方法，其特征為：所述的方法根據獲得的管道兩端的空間位置信息和管道的里程數據、慣性數據，分別以管道兩端的空間位置為初值，進行時間順序和逆序的慣導解算及慣性/里程儀組合濾波計算，并融合獲得的兩組處理結果，獲得管道的空間位置。

【技術特征摘要】
1.一種測量地下管道空間位置的方法，其特征為：所述的方法根據獲得的管道兩端的空間位置信息和管道的里程數據、慣性數據，分別以管道兩端的空間位置為初值，進行時間順序和逆序的慣導解算及慣性/里程儀組合濾波計算，并融合獲得的兩組處理結果，獲得管道的空間位置。2.根據權利要求1所述的一種測量地下管道空間位置的方法，其特征為：所述的方法包括如下步驟：步驟一，獲取管道兩端的空間位置信息，以及管道的里程數據和慣性數據，慣性數據包括角增量、速度增量；步驟二，分別以管道兩端的空間位置為初值，進行時間順序和逆序的慣導解算及慣性/里程儀組合濾波計算，獲得兩組測量結果及精度評估；步驟三，融合步驟二中獲得的兩組處理結果，獲得管道的空間位置。3.根據權利要求1所述的一種測量地下管道空間位置的方法，其特征為，濾波的狀態為：xOD＝[δKodδαθδαψ]T其中，x為組合濾波濾波狀態...

【專利技術屬性】
技術研發人員：夏家和，屈紅星，張崇陽，劉安寧，王立波，
申請(專利權)人：中國航空工業第六一八研究所，
類型：發明
國別省市：陜西,61