惯性定位技术在深埋地下管线探测中应用

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1、惯性定位技术在深埋地下管线探测中应用　　摘要：地下管线是城市的重要基础设施。深埋地下管线精确探测一直是管线探测领域的重点和难点。本文着重阐述和分析惯性定位技术探测深埋地下管线的技术原理、施工方法、及技术特点。关键词：深埋地下管线精确探测、惯性定位技术中图分类号：P2文章编码1、前言地下管线是城市重要的基础设施。随着我国城市建设的日益加速和工业建设的大力进行，大量的管线被以直埋、顶管等各类方式铺设于城市地下空间。由于城市浅层空间日趋饱和，以及避让障碍物、规避不利地形等原因，地下管线的铺设已日趋向深部空间发展。大部分管线施工单

2、位在建设过程中，因为施工管理问题，或因施工环境、技术条件等的限制，不能对新建管线进行竣工测绘，多数管线空间位置信息缺失，给后续工程建设及管线安全运行埋下了重大隐患。因此如何对深埋地下管线进行精确探测，是摆在所在所有管线探测工作者面前的重点和难题。我院（宁波市测绘设计研究院）在长期工作实践中，逐渐摸索总结出多套有效探测深埋地下管线的方法。6本文将以惯性定位技术为例，着重介绍该法在深埋地下管线探测中的应用。2、技术原理惯性定位是以惯性定律为原理，以陀螺仪(gyroscope)作为技术核心，用来感测与维持方向，是基于角动量守恒定

3、律的理论设计出来的。即：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。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。将惯性定位仪置于管道内，并使其沿管道移动，移动的同时定位仪即能实时测量管道水平及垂直方向数据，并存储入记忆体。移动结束后，将定位仪中数据传输至工作电脑中，使用专业处理软件进行计算处理，便可得到管道精确地三维空间坐标。由3个陀螺仪和3个加速度仪构成的方位测量器（OMU）作为主要测量系统，

4、分别测量定位仪的相对惯性空间的的3个转角速度和3个线加速度沿定位仪坐标系的分量，经过坐标变换，把加速度信息转化为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。陀螺仪用来测量水平角（Heading），俯仰角（Pitch）和侧滚位置（Roll）的变化，来确定惯性定位装置的姿态。6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：VN=∫aNdt+VN0(1)VE=∫aEdt+VE0(2)将速度VN、VE进行变换并再次积分：(3)(4)得到

5、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。3、实施方案3.1硬件主要硬件：惯性定位仪、全站仪、计算机惯性定位仪：由保护箱、惯性探测棒、工作电脑、控制器几部分组成。3.2技术实施方案惯性定位技术实施方案为：（1）施工前，须进行资料收集和测量工作，取得待测区域最新地形图，并测量待测管道入口、出口的三维坐标值。若作业点在人孔内，进入人孔前需先行抽水及通风，并按缺氧作业环境守则进行作业。（2）管路路径探测作业前，须先进行管路试通作业，确认该施测管路通畅无阻，如有阻塞之情形，申请业主裁决是否更改管路或取

6、消该管的作业。6（3）完成试通作业后，将惯性定位仪置于待测管道入口处，开启惯性定位仪，并与入口处静止仪器约30秒后并与出口处以机器或人力进行拖曳。随着仪器在孔道内移动，仪器内陀螺仪即时记录惯性定位仪移动之时，其路径距离的移动及轨迹坐标的变化距离。拖至出口处亦需静止30秒，至此始完成一次探测作业，于此反复探测二次以上得最精确之成果。3.3数据处理探测作业完成后，需利用专业处理软件对探测数据进行计算处理。首先将惯性定位仪中探测数据下载至工作电脑中，然后将测量管道的起始点和终点坐标输入软件中，再选择有效的数据范围，最后便可生成管

7、线空间位置信息数据。根据处理所得之数据判断本次资料是否可用，如不满足要求，则需重新进行探测作业，直至取得最精确之成果。待取得最精确之成果后，存储该笔资料的相关数据，并配合测量所得之现场地形图与制图软件内进行管线资料编辑、套绘。4、应用实例宁波市南外环10KV电力管线精确探测工程6宁波市南外环10KV电力管线精确探测工程项目实施地点位于宁波市南外环华嘉桥下。由于宁波市南北高架建设的需要，须在测区范围内进行桩位钻探作业。为避免桩位钻探过程中对高压电缆管线的破坏，宁波市通途建设有限公司委托我院运用先进的DR-HDD-4.2型惯性

8、定位仪对华嘉桥下穿越称沟漕的10千伏高压电力管线进行精确探测。本工程所测电力管道全长68.076m，惯性管道定位仪共采集管线特征点69个，测量点间距1m，管线最大埋设深度10.95m，平均深度6.2米。探测管道轨迹平面和高程成果如图1、图2所示。图1：电力管线平面图图2：电力管线纵断面图探测成果精度如下