一种基于管道段长度及管道连接器检测的管道内定位装置及定位方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107654852A(43)申请公布日2018.02.02(21)申请号201710880802.XG01C21/16(2006.01)(22)申请日2017.09.26G01C21/00(2006.01)(71)申请人哈尔滨工程大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号申请人哈尔滨航士科技发展有限公司上海航士海洋科技有限公司(72)发明人管练武王萌刘繁明何昆鹏高延滨霍亮胡文彬许德新宋玉寰丛晓丹(74)专利代理机构哈尔滨市伟晨专利代理事务所(普通合伙)23209代理人张伟(51)Int.Cl.F17D5/06(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图3页(54)发明名称一种基于管道段长度及管道连接器检测的管道内定位装置及定位方法(57)摘要一种基于管道段长度及管道连接器检测的管道内定位装置及定位方法，属于管道测绘技术领域，本发明为解决小径管道检测定位系统定位和定向精度低的难题。主体内由密封空腔组成，从左至右依次安装数据存储单元、数据处理单元、MEMS捷联惯性测量单元和电源模块；主体外壁两端分别对称且等间距安装多个里程轮和支撑轮，管道缺陷检测传感器安装在主体外壁里程轮和支撑轮之间，三者由塑料密封圈隔离。此外，基于管道段长度及管道连接器检测的定位方法以复连续小波变换检测管道连接器，一方面为管道定位系统在直管道段提供方位角和俯仰角误差修正，另一方面结合管道段长度信息库为管道定位系统提供位置误差修正，从而实现管道缺陷的精确定位。CN107654852ACN107654852A权利要求书1/2页1.一种基于管道段长度及管道连接器检测的管道内定位装置，其特征在于：包括数据存储单元(1)、数据处理单元(2)、MEMS捷联惯性测量单元(3)、电源模块(4)、里程轮(5)、管道缺陷检测传感器(6)、塑料密封圈(7)、支撑轮(8)和主体(9)；所述主体(9)内由密封空腔组成，从左至右依次安装有数据存储单元(1)、数据处理单元(2)、MEMS捷联惯性测量单元(3)和电源模块(4)；主体(9)外壁两端分别对称且等间距安装有多个里程轮(5)和支撑轮(8)，管道缺陷检测传感器(6)安装在主体(9)外壁里程轮(5)和支撑轮(8)之间，管道缺陷检测传感器(6)与里程轮(5)和支撑轮(8)由塑料密封圈(7)隔离。2.一种基于权利要求1所述的管道段长度及管道连接器检测的管道内定位装置实现的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，采集数据并分析推导；采用管道测量装置完成整个被检测管道的检测后，从存储器中读取MEMS捷联惯性测量单元中的陀螺仪和加速度计的数据，以及里程轮数据；由MEMS惯性测量单元输出的数据推导管道测量装置在管道内运动的旋转角速度和线性加速度值，同时，结合管道测量装置进行检测的初始条件，采用捷联惯性导航算法可计算出管道测量装置在管道内运动的姿态角、速度和位置信息；步骤二，采用复连续小波变换方法分析数据；分析管道测量装置的旋转角速度和线性加速度信号，可得出管道测量装置在管道内运行时间与不同时刻所对应的管道连接器的关系，管道连接器检测结果可为直管道段内惯性辅助管道检测定位系统的方向角和俯仰角误差修正做准备；步骤三，方向角、俯仰角和速度误差计算；根据管道连接器检测结果，将由捷联惯性导航算法在每个直管道段计算出来的方向角APJ(j)和俯仰角PPJ(j)与对应直管道首次由捷联惯性导航算法计算出的方向角ASINS和俯仰角PSINS分别作差，可得出整个直管道段惯性辅助管道检测定位系统的方向角和俯仰角误差；由捷联惯性导航算法计算出来的三维速度Ve,SINS，Vn,SINS和Vu,SINS与管道测量装置尾部里程仪测量的轴向速度vodo，以及管道测量装置在管道内横向和纵向的非完整性约束提供的零速经过坐标变换再作差可得出速度误差，为三维速度误差修正做准备；步骤四，三维位置误差修正；由捷联惯性导航算法在初始位置已知的情况下，经过对加速度信息二次积分和坐标变换后，计算得到三维位置信息rn，然而，基于加速度二次积分的位置算法其误差是随时间累积的，因此需要定期对位置误差进行修正，这里借助单管道段长度已知计算出的管道长度定期对惯性导航解算的位置误差做修正，从而使最大位置误差限制在单管道段长度的范围内，解决了位置误差随时间累积的问题；步骤五，误差补偿；根据步骤三和步骤四中得出的被检测管道在直管道段的俯仰角和方向角误差，三维连续速度误差和三维离散位置误差为观测量，采用Kalman滤波估计技术，估计并补偿惯性传感器误差和捷联惯性导航系统误差，同时，存储相应的系统预测状态和更新状态变量，以及对应的预测和更新协方差阵，用于数据平滑处理；步骤六，数据平滑处理；在步骤五的基础上，以状态变量和协方