本发明专利技术公开了一种小型管道地理信息系统测量装置及其测量方法。简易捷联惯性测量单元包括两个水平正交的加速度计和一个方位陀螺仪，两个水平正交的加速度计输出值用于计算纵摇角和横摇角，方位陀螺仪用于测量方位角；里程仪用于输出三维速度值；前置摄像头检测不同阀门连接管内头像，用于辨识管道内方向变化；侧扫声呐用于管道内径的测量、管道内缺陷的尺寸大小和管道的变形；数据处理单元对各传感器输出数据进行处理，保存在数据存储单元；跟踪模块用于与管道外控制单元进行通信，检测并记录通过地表地标的时间；本发明专利技术具有结构简单、测量精度高的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于管道地理信息系统测量领域，尤其涉及一种小型管道地理信息系统测 量装置及其测量方法。
技术介绍
管道是实现油气及其他资源远距离运输的最有效和快捷的手段。随着大量早期铺 设的管道已达到或超过服役期，由管道泄漏带来的环境污染，安全威胁及经济损失是不可 估量的。管道地理信息系统测量装置是在管道内实现管道缺陷检测及缺陷定位的最有效工 具，成为了目前各类管道周期性检测的首选。除此之外，泥石流，山体滑坡等自然因素也会 对已经铺设的管道进行位移及变形作用。采用管道地理信息系统测量装置实现对整个管 道地理位置的有效测量，分析管道的位移和变形对于管道潜在的危险预测能提供很好的帮 助，预防各类管道泄漏、爆炸等危险。 与此同时，随着天然气等资源已通过管道运输到各家各户，实现能源的清洁利用。 而一旦有燃气的泄漏将会对人民生命安全带来很大威胁和财产造成巨大损失。因此，实现 这类管道的有效测量，早期完成危险预测将具有重大意义。而此类管线铺设密集复杂，管道 内径小等特点也为管道的有效测量带来了巨大的挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种结构简单的，一种小型管道地理信息系统测量装置。本 专利技术的目的还包括提供一种测量精度高的，一种小型管道地理信息系统测量方法。 -种小型管道地理信息系统测量装置，包括壳体，还包括简易捷联惯性测量单元、 里程仪、前置摄像头、数据处理单元、数据存储单元、跟踪模块、侧扫声呐和电源模块， 简易捷联惯性测量单元包括两个水平正交的加速度计和一个方位陀螺仪，两个水 平正交的加速度计输出值用于计算纵摇角和横摇角，方位陀螺仪用于测量方位角； 里程仪用于输出三维速度值； 前置摄像头检测不同阀门连接管内头像，用于辨识管道内方向变化； 侧扫声呐用于管道内径的测量、管道内缺陷的尺寸大小和管道的变形； 数据处理单元对两个水平正交的加速度计、方位陀螺仪、里程仪、前置摄像头、侧 扫声呐的输出数据进行处理，保存在数据存储单元； 跟踪模块用于与管道外控制单元进行通信，检测并记录通过地表地标的时间； 电源模块用于给简易捷联惯性测量单元、里程仪、前置摄像头、数据处理单元、数 据存储单元、跟踪模块和侧扫声呐供电。 本专利技术一种小型管道地理信息系统测量装置，还可以包括： 1、电源模块、简易捷联惯性测量单元、数据处理单元、和数据存储单元由头到尾依 次安装在壳体内，里程仪为两个，且分别安装在壳体两侧，侧扫声呐为两个且分别安装在壳 体两侧，前置摄像头安装在壳体头部，跟踪模块安装在壳体尾部。一种小型管道地理信息系 统测量方法，包括以下几个步骤， 步骤一：测量装置上电，完成初始化及静态条件下的导航初始对准过程； 步骤二：测量装置在管线中遍历一遍，各传感器进行数据采集，完成对管道缺陷的 检测，数据处理单元完成对各传感器输出数据的处理，保存在数据存储单元； 步骤三：根据两个水平正交的加速度计、方位陀螺仪和里程仪输出的敏感数据完 成导航解算，计算出姿态、速度和位置信息； 步骤四：采用kalman滤波实现对航向和位置进行修正，通过前置摄像头对管内头 像的捕获数据，判断管道在拐弯处的头像特性和变化，确定拐弯角大小和弯曲半径，进而实 现对航向的修正，通过跟踪模块检测并记录通过地表地标，进而实现对位置的修正； 步骤五：根据侧扫声呐采集的信息计算出管道缺陷信息，实现管道变形辨识，确定 缺陷位置信息。 本专利技术一种小型管道地理信息系统测量方法，还可以包括： 1、通过导航解算计算出的姿态、速度和位置信息为， 测量装置的纵摇角为： 正交安装的两个加速度计的输出值分别为&和fy，与陀螺仪输出的旋转角速度为 wz，3&是由里程仪速度V&求导推导出的前向加速度，g是重力加速度； 测量装置横摇角为： 其中，Wle是地球自转角速率，於是炜度，Ve是东向速度，Rn是子午曲率半径，h是高 度值； 根据姿态角和里程仪输出的速度可以得到测量装置在三个方向的速度为： 有益效果： 本专利技术是针对小型管道地理信息系统实现精确的测量，对实现精确测量的捷联惯 导系统从体积和成本角度进行了有效改进。 本专利技术通过对管道测量装置在管道内运动时的姿态修正和位置修正，提高整个测 量装置的精度。不仅结合了传统的Kalman滤波算法进行前向滤波，同时考虑到数据处理的 非实时性要求，采用了先进的平滑技术来提高整个系统的测量精度。 本专利技术不仅能实现小型管道地理信息系统的精确测量，还能在原有大管径管道地 理信息系统测量装置的基础上，降低测量装置核心部分的结构复杂性，大大降低了整个测 量装置的成本。 本专利技术的实现能广泛应用于各类油、气、水、化学物质等运输的小型管道地理信息 系统的建立，将大大提高此类管道的运行安全，为管道的完整性管理提供有利保障。【附图说明】 图1小型管道地理信息系统测量装置结构示意图。 图2简易捷联惯性导航系统示意图。 图3小型管道地理信息系统测量装置实现流程图。【具体实施方式】 下面将结合附图对本专利技术做进一步详细说明。 一种小型管道地理信息系统测量装置。它包括简易捷联惯性测量单元，里程仪，前 置摄像头，数据处理单元，数据存储单元，跟踪模块，侧扫声呐和电源模块等。简易捷联惯性 测量单元由两个水平正交的加速度计和一个方位陀螺仪组成。两个水平正交的加速度计用 于测量管道地理信息系统测量装置在管道内位置的纵摇角和横摇角，方位陀螺仪测量装置 在管道内的方位角速率变化。里程仪用于测量装置在管道内运行的速度，并结合简易捷联 惯性测量单元实现对管道的三维位置和方向的精确测量。同时，前置摄像头用于管道内拐 弯角方向的辨识，用于修正管道方向变化。跟踪模块用于实现对管道内管道地理信息系统 测量装置的跟踪和固定间隔与地表地标的通信，实现地理位置修正。侧扫声呐用于测量管 道的内径，管道内缺陷的尺寸大小和管道的变形。数据处理单元实现对各部分测量传感器 的数据简易处理，并存储在数据存储单元中。电源模块实现对整个小型管道地理信息系统 测量装置在管道内运行时的能量供应。 本专利技术是在原有大管径管道地理信息系统测量装置的有效改进，不仅能实现小型 管道地理信息系统精确测量的需求，还能有效降低测量装置的成本。能广泛应用于各类小 内径管道地理信息系统的有效测量，实现管道完整性的有效管理。 本专利技术的小型管道地理信息系统测量装置主要实现对小型管道的裂纹及变形等 缺陷进行有效测量，同时对这些缺陷实现精确的定位，并建立基于整个管道地理位置和方 向的地理信息系统。主要采用安装在管道测量装置中心的简易捷联惯性测量单元和测量装 置尾部四周的里程仪来实现整个管道地理位置和方向的精确测量。同时采用测量装置前置 摄像头实现对管道方向变化的捕获修正检测系统的方位变化。而且，采用装置尾部无线跟 踪模块实现与管道外控制单元有效通信，并检测和记录通过地表地标的时间，用于位置有 效修正。管道的内径测量，及管道内缺陷的尺寸大小和管道的变形采用侧扫声呐确定。将 保存在数据存储单元中的数据进行离线处理，结合先进的滤波和平滑处理技术最终实现对 小型管道地理信息系统测量装置的各项功能指标。 简易捷联惯性测量单元与里程仪是这样实现对管道测量装置的三维姿态，速度和 位置的有效测量的。首先，水平正交安装的两个加速度计输出值用于计算测本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种小型管道地理信息系统测量装置，包括壳体，其特征在于：还包括简易捷联惯性测量单元、里程仪、前置摄像头、数据处理单元、数据存储单元、跟踪模块、侧扫声呐和电源模块，简易捷联惯性测量单元包括两个水平正交的加速度计和一个方位陀螺仪，两个水平正交的加速度计输出值用于计算纵摇角和横摇角，方位陀螺仪用于测量方位角；里程仪用于输出三维速度值；前置摄像头检测不同阀门连接管内头像，用于辨识管道内方向变化；侧扫声呐用于管道内径的测量、管道内缺陷的尺寸大小和管道的变形；数据处理单元对两个水平正交的加速度计、方位陀螺仪、里程仪、前置摄像头、侧扫声呐的输出数据进行处理，保存在数据存储单元；跟踪模块用于与管道外控制单元进行通信，检测并记录通过地表地标的时间；电源模块用于给简易捷联惯性测量单元、里程仪、前置摄像头、数据处理单元、数据存储单元、跟踪模块和侧扫声呐供电。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：高延滨，管练武，孙云龙，张帆，李舒桐，刘猛，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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