慣性陀螺儀管線探測(cè)方案6-3改

慣性陀螺儀管線探測(cè)方案 -13-慣性陀螺儀管線測(cè)量方案目錄一、項(xiàng)目概況 -2-1.1引言 -2-1.2傳統(tǒng)地下管線定位技術(shù)遇到的挑戰(zhàn) -2-二、慣性陀螺儀在地下管線中的應(yīng)用 -3-2.1陀螺儀的工作原理 -3-2.2精確定位系統(tǒng) -4-2.3三維坐標(biāo)獲取 -4-三、慣性陀螺儀的組成結(jié)構(gòu) -5-3.1硬件部分 -5-3.2軟件部分 -5-四、陀螺儀使用流程 -6-4.1測(cè)量流程圖 -6-4.2數(shù)據(jù)采集 -6-4.3數(shù)據(jù)下載處理 -8-五、優(yōu)缺點(diǎn)與局限性 -11-5.1慣性陀螺儀優(yōu)點(diǎn) -11-5.2慣性陀螺儀局限性 -11-六、應(yīng)用案例 -12-6.1案例背景 -12-6.2現(xiàn)場(chǎng)狀況 -12-6.3測(cè)量 -12-6.4測(cè)量成果 -13-6.5對(duì)比結(jié)論 -13-項(xiàng)目概況1.1項(xiàng)目背景隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，燃?xì)狻⑴潘?、電力、通信、排水、蒸汽、化工等行業(yè)經(jīng)常需要穿越鐵路、公路、河流等障礙物敷設(shè)管道，基于城市市容環(huán)境的考慮，在城市建成區(qū)利用非開(kāi)挖技術(shù)敷設(shè)管線的情況也越來(lái)越多，由于敷設(shè)的管線埋深、位置信息都不準(zhǔn)確的特點(diǎn)，而常規(guī)的管線探測(cè)儀（RD8000,T5000,探地雷達(dá)等）自身的局限性（探測(cè)深度淺、易受電磁干擾、探測(cè)環(huán)境條件較差）無(wú)法獲得精確的管線位置信息，導(dǎo)致后期交叉施工時(shí)易破壞、損壞后修復(fù)成本高，極易造成人員傷亡的事故。同時(shí)在城市規(guī)劃管理過(guò)程中，因地下管線位置的信息不準(zhǔn)確，也造成地下空間資源浪費(fèi)，為了獲取非開(kāi)挖管線與探測(cè)管線位置的準(zhǔn)確性，科學(xué)的利用地下空間，最大限度避免管線切改，消除潛在的地下事故隱患，可利用慣性陀螺儀來(lái)對(duì)地下管線進(jìn)行精確的定位，來(lái)解決傳統(tǒng)探測(cè)手段不能解決的實(shí)際問(wèn)題。1.2傳統(tǒng)地下管線定位技術(shù)遇到的挑戰(zhàn)（1）實(shí)際探測(cè)深度受到很大限制，很難在埋深大于10米以上的情況下準(zhǔn)確測(cè)量地下管線的埋深位置和深度。（2）容易受環(huán)境背景的電磁干擾情況。（3）電磁感應(yīng)法管線儀、探地雷達(dá)等不能安全城市地下空間發(fā)展的要求。（4）非開(kāi)挖等施工的特殊性。慣性陀螺儀在地下管線中的應(yīng)用2.1陀螺儀的工作原理繞一個(gè)支點(diǎn)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的剛體稱為陀螺，許多人小時(shí)候玩過(guò)的陀螺就是一例子，一個(gè)旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外力影響時(shí)，是不會(huì)改變的。人們根據(jù)這個(gè)道理，用它來(lái)保持方向，制造出來(lái)的東西就叫陀螺儀（gyroscope）。陀螺儀在工作時(shí)要給它一個(gè)力，使它快速旋轉(zhuǎn)起來(lái)，一般能達(dá)到每分鐘幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)，可以工作很長(zhǎng)時(shí)間，陀螺儀用多種方法讀取軸所指示的方向，并自動(dòng)將數(shù)據(jù)信號(hào)傳給控制系統(tǒng)。陀螺儀原理示意圖如圖2.1所示。2.1陀螺儀原理示意圖2.2精確定位系統(tǒng)慣性陀螺儀管道定位系統(tǒng)基于慣性導(dǎo)航技術(shù)研發(fā)而成，依靠高精度的陀螺儀，由電腦快速運(yùn)算獲取地下管線的三維坐標(biāo)，主要用于管道的位置探測(cè)，并可將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入GIS、AutoCAD、Solidworks等軟件，尤其適合非開(kāi)挖行業(yè)頂管施工的竣工測(cè)量。便捷的外業(yè)操作配合先進(jìn)的數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng)，能快速精確的得到被測(cè)管道的空間三維坐標(biāo)信息。設(shè)備測(cè)量不受外界環(huán)境及管道材質(zhì)等因素干擾，出廠校準(zhǔn)精度可達(dá)15cm/500m。2.3三維坐標(biāo)獲取陀螺儀和加速度計(jì)分別測(cè)量定位儀的相對(duì)慣性空間的的3個(gè)轉(zhuǎn)角速度和3個(gè)線加速度延定位儀坐標(biāo)系的分量，經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換，把加速度信息轉(zhuǎn)化為沿導(dǎo)航坐標(biāo)系的加速度，并運(yùn)算出定位儀的位置、速度、航向和水平姿態(tài)。譬如將北向加速度計(jì)和東向加速度計(jì)測(cè)得的運(yùn)動(dòng)加速度an、ae進(jìn)行一次積分，與北、東向初始速度vn0、ve0得到定位儀的速度分量，即：（1）vn=∫andt+vn0（2）ve=∫aedt+ve0將速度vn和ve進(jìn)行變換并再次積分得到定位儀的位置變化量，與初始經(jīng)緯坐標(biāo)相加，即得到定位儀的地理位置經(jīng)緯坐標(biāo)。2.4ABM-90技術(shù)參數(shù)1.最大測(cè)量距離300m。2.探棒長(zhǎng)度504mm。3.探棒外徑42mm。4.最高測(cè)量速度2m/s。5.電池是鋰電池與續(xù)航時(shí)間4h。6.數(shù)據(jù)格式：AutoCAD,CSV,Excel，xml。慣性陀螺儀的組成結(jié)構(gòu)陀螺儀由硬件部分與軟件部分組成。3.1硬件部分陀螺儀的硬件部分由測(cè)量單元、行進(jìn)單元、外部控制單元、PC機(jī)和牽引鋼繩兩部分組成。測(cè)量單元由帶有滑輪的探棒構(gòu)成，工作時(shí)穿入被測(cè)管道內(nèi)部，經(jīng)牽引繩旺夫拖動(dòng)并在管道內(nèi)穿越二個(gè)來(lái)回，測(cè)量單元將自動(dòng)記錄被測(cè)各點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)。各部主體結(jié)構(gòu)如圖3.1.1所示。3.1.1陀螺儀主體結(jié)構(gòu)示意圖3.2軟件部分軟件部分位于PC機(jī)內(nèi)，包括通訊、計(jì)算、顯示和數(shù)據(jù)管理等模塊，其中通訊模塊主要是用于通過(guò)PC機(jī)相關(guān)命令進(jìn)行測(cè)量單元的數(shù)據(jù)下載和清空；計(jì)算模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)測(cè)量單元的數(shù)據(jù)下載和清空；顯示模塊包括了數(shù)據(jù)顯示和圖形顯示，數(shù)據(jù)管理模塊包括數(shù)據(jù)的打開(kāi)、存儲(chǔ)和對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的對(duì)比功能。對(duì)測(cè)量單元采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并生成管線分布三維曲線圖。陀螺儀使用流程4.1測(cè)量流程圖前期準(zhǔn)備前期準(zhǔn)備特征點(diǎn)地形測(cè)量管道區(qū)域地面縱橫面測(cè)量?jī)啥丝诳刂泣c(diǎn)測(cè)量REDUCT測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)處理及數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)后處理4.2數(shù)據(jù)采集（1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，預(yù)先測(cè)量被測(cè)管線的內(nèi)徑，選擇合適于測(cè)量管道的測(cè)量主機(jī)及輪組并將輪組編號(hào)輸入系統(tǒng)。如ABM-90管徑區(qū)間及滑輪組（0308）最大管徑可測(cè)200mm如圖4.1.1所示。需要大于200尺寸的需要選擇其他型號(hào)的支架。圖4.1.1管徑選擇安裝示意圖（2）對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行清理內(nèi)存及初始化。如圖4.1.2所示圖4.1.2（3）管道內(nèi)部測(cè)量通過(guò)測(cè)量?jī)x器對(duì)管道的兩端測(cè)取坐標(biāo)，對(duì)陀螺儀兩端固定牽引繩，將陀螺儀面部箭頭指示方向放入管道內(nèi)部，開(kāi)機(jī)后從管線遠(yuǎn)端拉動(dòng)牽引繩，測(cè)量主機(jī)從管道中拉出。重復(fù)測(cè)量一個(gè)來(lái)回掉頭在測(cè)量一次使數(shù)據(jù)更精確，測(cè)量完成后關(guān)機(jī)。4.3數(shù)據(jù)下載處理（1）填寫(xiě)基本信息（2）數(shù)據(jù)下載（3）測(cè)量數(shù)據(jù)圖形（4）數(shù)據(jù)處理五、優(yōu)缺點(diǎn)與局限性5.1慣性陀螺儀優(yōu)點(diǎn)（1）無(wú)探測(cè)深度限制、適用于所有管埋方式、可測(cè)量所有材質(zhì)的管道、不受地形地物的影響、只要是空管管道在哪里，就可以測(cè)到哪里。（2）儀器的精度值可達(dá)到500m只有15cm的誤差。（3）操作簡(jiǎn)單，容易上手，易懂，管道測(cè)量資料在測(cè)量后可直接獲取。（4）定位方式與數(shù)據(jù)采集與電磁波或磁場(chǎng)無(wú)關(guān)，無(wú)受干擾之慮。（5）不需要作業(yè)人員于道路上使用追蹤定位，降低了人員安全隱患，也降低了交通事故的發(fā)生。（6）多種數(shù)據(jù)格式輸出，支持EXCEL、TXT、CAD等各種數(shù)據(jù)格式，便于客戶進(jìn)行各種處理。（7）所有數(shù)據(jù)，除入口點(diǎn)與出口點(diǎn)為了利用GPS等獲取資料外，其余資料由慣性陀螺儀自行運(yùn)算，消除了人為誤差因素，并可進(jìn)行重復(fù)驗(yàn)證。（8）每一臺(tái)儀器都有專屬電腦，每臺(tái)電腦均有專屬密碼保護(hù)，唯有透過(guò)資料線才能傳輸數(shù)據(jù)，資料保密性高。5.2慣性陀螺儀局限性（1）運(yùn)行管道無(wú)法使用。（2）精度越高成本越高。（3）穿越管線比較頻繁。（4）數(shù)據(jù)量大軟件操作復(fù)雜六、應(yīng)用案例6.1案例背景我司為某用戶提供儀器測(cè)量服務(wù)，在管道存放基地內(nèi)搭設(shè)一條管道做模擬現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。

6.2現(xiàn)場(chǎng)狀況管道：采用160cm口徑電力電纜管。

狀態(tài)：搭設(shè)場(chǎng)地距離地面最高處3.5m左右，水平左右偏離1m左右，人工固定于支撐架上。資