1、管線探測(cè)新技術(shù)管線探測(cè)新技術(shù)Gyroscope Inertial Accurate Mapping Technology 李強(qiáng)雷迪有限公司2007年11月12日 現(xiàn)有資料收集（管線調(diào)查）現(xiàn)有資料收集（管線調(diào)查） 電磁感應(yīng)法電磁感應(yīng)法(金屬管線探測(cè)儀金屬管線探測(cè)儀) 探地雷達(dá)探地雷達(dá) (GPR) 聲學(xué)探測(cè)聲學(xué)探測(cè) 扎探扎探 其它其它地下管線定位的基本技術(shù)方法地下管線定位的基本技術(shù)方法管線探測(cè)儀工作原理管線探測(cè)儀工作原理A) 發(fā)射機(jī)產(chǎn)生一個(gè)交變電發(fā)射機(jī)產(chǎn)生一個(gè)交變電磁場(chǎng)，并施加到管線磁場(chǎng)，并施加到管線,該電該電磁信號(hào)沿管線傳播。磁信號(hào)沿管線傳播。B) 接收機(jī)內(nèi)部的線圈感接收機(jī)內(nèi)部的線圈感應(yīng)到這個(gè)交

2、變的電磁場(chǎng)，應(yīng)到這個(gè)交變的電磁場(chǎng)，從而探測(cè)到地下管線的從而探測(cè)到地下管線的走向、位置和深度。走向、位置和深度。Time nsDepth mLength m探地雷達(dá)探地雷達(dá)GPR 探測(cè)管線原理探測(cè)管線原理示蹤線或示蹤探頭法示蹤線或示蹤探頭法管道攝像檢測(cè)儀管道攝像檢測(cè)儀傳統(tǒng)地下管線定位技術(shù)遇到的挑戰(zhàn)傳統(tǒng)地下管線定位技術(shù)遇到的挑戰(zhàn) 實(shí)際探測(cè)深度受到很大限制，很難在埋深實(shí)際探測(cè)深度受到很大限制，很難在埋深10米米以上的情況下準(zhǔn)確測(cè)量地下管線的埋設(shè)位置和深以上的情況下準(zhǔn)確測(cè)量地下管線的埋設(shè)位置和深度度 容易受測(cè)量環(huán)境背景的電磁干擾影響容易受測(cè)量環(huán)境背景的電磁干擾影響 電磁感應(yīng)法管線儀、探地雷達(dá)等不能完全

3、城市地電磁感應(yīng)法管線儀、探地雷達(dá)等不能完全城市地下空間發(fā)展的要求。下空間發(fā)展的要求。 非開(kāi)挖等施工的特殊性非開(kāi)挖等施工的特殊性非開(kāi)挖施工技術(shù)的普及帶來(lái)的問(wèn)題非開(kāi)挖施工技術(shù)的普及帶來(lái)的問(wèn)題穿越管線的埋深已超出目前儀器設(shè)備的探測(cè)能力穿越管線的埋深已超出目前儀器設(shè)備的探測(cè)能力竣工資料缺乏準(zhǔn)確性和完整性竣工資料缺乏準(zhǔn)確性和完整性給管線管理帶來(lái)很大隱患給管線管理帶來(lái)很大隱患由示蹤探頭法得到的啟發(fā)由示蹤探頭法得到的啟發(fā)實(shí)現(xiàn)大埋深管線定位測(cè)量需滿足如下條件實(shí)現(xiàn)大埋深管線定位測(cè)量需滿足如下條件:探頭可以進(jìn)入管道中探頭可以進(jìn)入管道中無(wú)需發(fā)射和接收電磁信號(hào)無(wú)需發(fā)射和接收電磁信號(hào)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)測(cè)量管線位置能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)

4、測(cè)量管線位置可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)量和記錄可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)量和記錄航天、航空中的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)航天、航空中的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)-陀螺儀陀螺儀陀螺儀原理陀螺儀原理陀螺儀的原理：一個(gè)旋轉(zhuǎn)物體陀螺儀的原理：一個(gè)旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外的旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外力影響時(shí)，是不會(huì)改變的。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)的東西就叫持方向，制造出來(lái)的東西就叫陀螺儀陀螺儀(gyroscope) 。陀螺儀在工作時(shí)要給它一個(gè)力，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)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)，可以工作到每分鐘幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)，可以工作很長(zhǎng)

5、時(shí)間。陀螺儀用多種方法很長(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)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)。將數(shù)據(jù)信號(hào)傳給控制系統(tǒng)。陀螺儀原理陀螺儀原理示意圖示意圖陀螺儀的應(yīng)用和發(fā)展陀螺儀的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)代陀螺儀是一種能夠精確地確定運(yùn)動(dòng)物體的方位的儀器，它是現(xiàn)代現(xiàn)代陀螺儀是一種能夠精確地確定運(yùn)動(dòng)物體的方位的儀器，它是現(xiàn)代航空，航海，航天和國(guó)防工業(yè)中廣泛使用的一種慣性導(dǎo)航儀器，它的航空，航海，航天和國(guó)防工業(yè)中廣泛使用的一種慣性導(dǎo)航儀器，它的發(fā)展對(duì)一個(gè)國(guó)家的工業(yè)，國(guó)防和其它高科技的發(fā)展具有十分重要的戰(zhàn)發(fā)展對(duì)一個(gè)國(guó)家的工業(yè)，國(guó)防和其它高科技的發(fā)展具有十分重要的戰(zhàn)略意義。略意義。傳統(tǒng)的慣

6、性陀螺儀主要是指機(jī)械式的陀螺儀，機(jī)械式的陀螺儀對(duì)工藝傳統(tǒng)的慣性陀螺儀主要是指機(jī)械式的陀螺儀，機(jī)械式的陀螺儀對(duì)工藝結(jié)構(gòu)的要求很高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它的精度受到了很多方面的制約。結(jié)構(gòu)的要求很高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它的精度受到了很多方面的制約?，F(xiàn)代陀螺儀的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)全新的階段。現(xiàn)代陀螺儀的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)全新的階段。1976年年 等提出了現(xiàn)等提出了現(xiàn)代光纖陀螺儀的基本設(shè)想，到八十年代以后，現(xiàn)代光纖陀螺儀就得到代光纖陀螺儀的基本設(shè)想，到八十年代以后，現(xiàn)代光纖陀螺儀就得到了非常迅速的發(fā)展，與此同時(shí)激光諧振陀螺儀也有了很大的發(fā)展。了非常迅速的發(fā)展，與此同時(shí)激光諧振陀螺儀也有了很大的發(fā)展。由于光纖陀螺儀具有結(jié)構(gòu)

7、緊湊，靈敏度高，工作可靠等等優(yōu)點(diǎn)，所以由于光纖陀螺儀具有結(jié)構(gòu)緊湊，靈敏度高，工作可靠等等優(yōu)點(diǎn)，所以目前光纖陀螺儀在很多的領(lǐng)域已經(jīng)完全取代了機(jī)械式的傳統(tǒng)的陀螺儀，目前光纖陀螺儀在很多的領(lǐng)域已經(jīng)完全取代了機(jī)械式的傳統(tǒng)的陀螺儀，成為現(xiàn)代導(dǎo)航儀器中的關(guān)鍵部件。和光纖陀螺儀同時(shí)發(fā)展的除了環(huán)式成為現(xiàn)代導(dǎo)航儀器中的關(guān)鍵部件。和光纖陀螺儀同時(shí)發(fā)展的除了環(huán)式激光陀螺儀外，還有現(xiàn)代集成式的振動(dòng)陀螺儀，集成式的振動(dòng)陀螺儀激光陀螺儀外，還有現(xiàn)代集成式的振動(dòng)陀螺儀，集成式的振動(dòng)陀螺儀具有更高的集成度，體積更小，也是現(xiàn)代陀螺儀的一個(gè)重要的發(fā)展方具有更高的集成度，體積更小，也是現(xiàn)代陀螺儀的一個(gè)重要的發(fā)展方向。向。 陀螺儀進(jìn)

8、行管線定位的原理示意圖陀螺儀進(jìn)行管線定位的原理示意圖陀螺儀進(jìn)行管線定位的原理陀螺儀進(jìn)行管線定位的原理(1)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)角速度和個(gè)轉(zhuǎn)角速度和3個(gè)線加速度延個(gè)線加速度延定位儀坐標(biāo)系的分量定位儀坐標(biāo)系的分量,經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換,把加速度信息轉(zhuǎn)化為延導(dǎo)航坐標(biāo)系的加速度。并運(yùn)算把加速度信息轉(zhuǎn)化為延導(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)。出定位儀的位置、速度、航向和水平姿態(tài)。例如：將北向加速度計(jì)和東向加速度計(jì)測(cè)得的運(yùn)動(dòng)加速度例如：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

9、一次積分，與北、東進(jìn)行一次積分，與北、東向初始速度向初始速度VN0、VE0得到定位儀的速度分量，得到定位儀的速度分量， 既：既： VN= aNdt+ VN0 VE= aEdt+ VE0 將速度將速度V北和北和V東進(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，東進(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)。即得到定位儀的地理位置經(jīng)緯坐標(biāo)。(2)幾種常用的坐標(biāo)系：慣性坐標(biāo)系、地球坐標(biāo)系、地理坐標(biāo)系、載體坐標(biāo)系、陀螺坐標(biāo)系、幾種常用的坐標(biāo)系：慣性坐標(biāo)系、地球坐標(biāo)系、地理坐標(biāo)系、載體坐標(biāo)系、陀螺坐標(biāo)系、動(dòng)參考坐標(biāo)系；動(dòng)參考坐標(biāo)系；陀螺儀管

10、線精確定位儀的組成陀螺儀管線精確定位儀的組成1、硬件：由測(cè)量單元和、硬件：由測(cè)量單元和行進(jìn)部分組成行進(jìn)部分組成 2、軟件：用于對(duì)測(cè)量單、軟件：用于對(duì)測(cè)量單元采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處元采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)算并生成點(diǎn)坐標(biāo)理計(jì)算并生成點(diǎn)坐標(biāo)和管線空間圖形圖和管線空間圖形圖 各種尺寸的測(cè)量單元各種尺寸的測(cè)量單元現(xiàn)場(chǎng)操作過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)操作過(guò)程選擇適合被測(cè)管道的測(cè)量單元選擇適合被測(cè)管道的測(cè)量單元初始化設(shè)定初始化設(shè)定在管道中測(cè)量在管道中測(cè)量數(shù)據(jù)下載數(shù)據(jù)下載數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理成果生成成果生成技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù) 數(shù)據(jù)輸出:1、數(shù)據(jù)類型：XYZ三維空間坐標(biāo)2、標(biāo)準(zhǔn)文件格式：.csv文件、.csr文件3、最大測(cè)量深度：無(wú)限制；或0-

11、1000米4、測(cè)量精度：0.25%*管長(zhǎng)5、彎曲半徑：？6、適用各種管材可應(yīng)用的行業(yè)可應(yīng)用的行業(yè) 非開(kāi)挖、燃?xì)狻⑴潘?、電力、化工、通訊等?新管線的敷設(shè)、工程驗(yàn)收 老管線的修復(fù)、定位、防止外力破壞案例：河床底部地形測(cè)量河床底部地形測(cè)量總 結(jié)陀螺儀三維精確定位技術(shù)作為新的地下管線定位方陀螺儀三維精確定位技術(shù)作為新的地下管線定位方法，具有以下技術(shù)特點(diǎn)：法，具有以下技術(shù)特點(diǎn)：1 1、測(cè)量不受地形限制，不受深度限制，不受電磁干擾；、測(cè)量不受地形限制，不受深度限制，不受電磁干擾；2 2、定位精度高；、定位精度高；3 3、適合于任何材質(zhì)的地下管道；、適合于任何材質(zhì)的地下管道；4 4、自動(dòng)生成三維空間曲線圖，并與、自動(dòng)生成三維空間曲線圖，并與GISGIS無(wú)縫兼容。無(wú)縫兼容。5 5、陀螺儀三維精確定位技術(shù)可作為管線定位儀、陀螺儀三維精確定位技術(shù)可作為管線定位儀、GPRGPR探地雷達(dá)、探地雷達(dá)、CCTVCCTV攝攝像系統(tǒng)等檢測(cè)方法的有力補(bǔ)充手段，對(duì)解決精確定位大埋深地下管