一种水下管道位置坐标测量方法技术

一种水下管道位置坐标测量方法，包括定位获取装置首先获取水面上第一位置的第一坐标位置数据；水下机器人从第一位置下潜至水中第二位置，同时惯导系统采集第一路径的第一运动数据；水下机器人到达第二位置后，根据第一坐标位置数据和第一运动数据得出管道坐标P；其中，第二位置在被测管道正上方河床上；水下机器人从第二位置上浮至水面第三位置，并通过定位获取装置获取第三位置的第二位置信息；水下机器人从第二位置上浮至水面第三位置的过程中，惯导系统采集第二路径的第二运动数据；根据第二位置信息和第二运动数据得出管道坐标P；对第一坐标数据和第二坐标数据求平均值，得出管道的位置坐标，该方法操作，位置计算精确，实用性较强。

【技术实现步骤摘要】
一种水下管道位置坐标测量方法
本专利技术涉及管道测量，具体为一种水下管道位置坐标测量方法。
技术介绍
管道的位置坐标作为实施管道运营管理与安全生产中必不可少的基础信息，是管道完整性数据不可或缺的组成部分。缺失管道位置数据不仅使管道施工、检测、维护、开挖修复等正常生产活动无法开展，更导致其他工程单位在施工过程中给埋地管道的安全带来无法估量的威胁。使用GNSS定位获取位置坐标，是一项成熟的技术，其基本原理是通过测量四颗或四颗以上已知位置的卫星与GNSS接收机的距离，通过距离交会的方式来确定接收机的位置。目前世界上的GNSS包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的Galileo以及中国的BDS。GNSS定位技术同样适用于对管道位置坐标的测量，常规做法是，工程人员在管道正上方地面使用GNSS接收机获取坐标数据，利用此方法，在GNSS接收机能接收卫星信号的前提下，可测量管道任意位置的坐标。但是，在测量敷设在水下的管道位置时，由于卫星导航需要接收三颗以上的卫星信号进行空间定位，当定位目标与外界环境封闭，无法接收固定频率信号情况下卫星导航就无法应用，使用GNSS接收机也就无法对水下管道实施位置坐标的测量。惯性导航由于只根据物体自身运动的惯性信号进行定位，因此不受环境的影响，是一种自主导航技术。根据牛顿定律，在测定运载体所受的加速度后，通过对时间的一次积分得速度变化，二次积分得位置变化。因为惯导系统其不受外界干扰，适用水下无卫星信号环境下的路径测量。此外，管网的测绘数据一直是国家要求严格保密的重要数据资料，必须防范不法分子通过网络黑客攻击、木马等手段非法窃取保密数据。地理数据标明了国家领域范围内地理要素的详细坐标，属于国家绝密数据，一旦泄露将给国家能源安全造成极大的威胁。国家能源安全造成极大的威胁。国家近期颁布的一系列法规对涉密地图数据成果在生产、处理、保管、提供、使用等各环节都做了详细的规定，提出了更高的保密要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种精确测量水下管道位置坐标的方法，以解决现有技术中的不足。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种水下管道位置坐标测量方法，包括设置在水下机器人上的定位获取装置首先获取水面上第一位置的第一坐标位置数据；水下机器人从第一位置下潜至水中第二位置，同时设置在所述水下机器人上的惯导系统采集第一路径的第一运动数据；水下机器人到达第二位置后，根据所述第一坐标位置数据和所述第一运动数据得出管道坐标P；其中，所述第二位置在所述被测管道正上方河床上；水下机器人从第二位置上浮至水面第三位置，并通过所述定位获取装置获取所述第三位置的第二位置信息；所述水下机器人从第二位置上浮至水面第三位置的过程中，惯导系统采集第二路径的第二运动数据；根据所述第二位置信息和所述第二运动数据得出管道坐标P；对第一坐标数据和第二坐标数据求平均值，得出所述管道的位置坐标。优选的，所述定位获取装置通过其上的连接器与所述水下机器人电路连接；当所述水下机器人在水下时，所述水下机器人、定位获取装置、惯导系统，通过脐带电缆与工作母船上控制端计算机系统相连，获得水上电源的电力，所述定位获取装置和惯导系统通过脐带电缆将数据实时传输到母船上的计算机。优选的，所述第一坐标位置数据包括经度、纬度、高程信息；所述第二坐标位置数据包括经度、纬度、高程信息。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术的水下管道位置坐标测量方法通过水下机器人ROV实现管道位置坐标测量。ROV在水面上能通过定位获取装置(北斗卫星系统)获取精确的位置坐标信息，高精度的光纤陀螺仪和加速度计组成的惯导系统能够精准地测量出ROV在水中的运动状态，进而解算出ROV的运动路径。将水面上获取的坐标数据与本专利技术解算出的载体运动数据相结合，即可计算出水下管道的准确位置坐标。此方法可以测量水下管道任意位置的精确坐标信息，具有不受水体环境影响，测量结果精度高，实用性强等优点。附图说明图1是本专利技术测量过程示意图；图2是坐标系的变换关系示意图；图3是载体速度矢量导致经纬度变化关系示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术工作人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术测量原理及计算依据：定义：地理坐标系为导航坐标系，简称n系且使用ENU(东北天)指向；载体坐标系为b系且使用XYZ表达；惯性空间坐标系为i系；载体横轴为X轴，纵轴为Y轴；载体旋转体系为ωx为俯仰角，ωy为横滚角，ωz为航向角；载体旋转顺序为：航向—俯仰—横滚。本专利技术的捷联式惯导解算概述根据牛顿力学定理，加速度的一次积分为速度，速度的一次积分为位移，角速度的一次积分为角度。陀螺仪输出载体的角运动信息，加速度计输出载体线运动信息。可以通过解算陀螺仪与加速度计的输出数据，结合初始位置信息，即可解算出载体水中运动的路径，完成载体的姿态更新、载体的速度更新、载体的位置更新。解算出载体水中运动过程的三维位移分量，从而解算出管道的位置。载体姿态解算方法惯性器件敏感载体的运动信息，其中加表输出的是载体在b系中的线加速度；陀螺输出的是载体在惯性空间的角速度；则需要获取载体在n系中的运动路径，必须将线加速度数据与角速度数据转换成n系下的表达。根据矢量旋转前后的坐标表达，可用该矢量在坐标系中的投影与其旋转角度构成的三角函数表达，如图2所示，矢量r跟随坐标系XOY旋转X′OY′坐标系，矢量r的模不变，但是r’在坐标系XOY的表达发生变化。设这个旋转关系是由n系旋转至b系，则有：式中：rn为在n系下的一个矢量，rb为b系下的一个矢量；为矢量rb在n系下的投影转换矩阵；CZ、CY、CX分别是载体绕Z轴、Y轴、X轴旋转时的转换矩阵。根据公式(1)、(2)可以推导出方向余弦的微分方程，考虑到高精度惯导组的采样频率高达数百赫兹以上，并且水下机器人(ROV)在水中的角机动并不激烈。不可交换误差极其微小，姿态更新解算可以直接使用罗德里格旋转公式，即为：ωe＝[0ωecosLωesinL]T(7)式中，m与m-1为姿态更新的时间间隔t中的区间端点；(θm×)为θm构成的反对称矩阵；ωi为陀螺输出的角速度，ωb为载体相对于b系的角速度，ωe为地球自转分量，ωn为载体运动相对于地球的角速度，如图3所示；VN、VE分别是载体在n系中的北向速度与东向速度；R1为载体在其位置的子午圈曲率半径，R0为载体在其位置的卯酉圈曲率半径；H为高程。根据公式(1)至公式(8)，可以实时更新水下机器人(ROV)的姿态信息。载体速度解算方法从哥氏加速度推本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水下管道位置坐标测量方法，其特征在于，包括：/n设置在水下机器人(2)上的定位获取装置(1)首先获取水面上第一位置(3)的第一坐标位置数据；/n水下机器人(2)从第一位置(3)下潜至水中第二位置(4)，同时设置在所述水下机器人(2)上的惯导系统采集第一路径(7)的第一运动数据；水下机器人(2)到达第二位置(4)后，根据所述第一坐标位置数据和所述第一运动数据得出管道坐标P1；其中，所述第二位置(4)在所述被测管道正上方河床上；/n水下机器人(2)从第二位置(4)上浮至水面第三位置(5)，并通过所述定位获取装置(1)获取所述第三位置(5)的第二位置信息；所述水下机器人(2)从第二位置(4)上浮至水面第三位置(5)的过程中，惯导系统采集第二路径(8)的第二运动数据；根据所述第二位置信息和所述第二运动数据得出管道坐标P2；/n对第一坐标数据和第二坐标数据求平均值，得出所述管道的位置坐标。/n

【技术特征摘要】
1.一种水下管道位置坐标测量方法，其特征在于，包括：
设置在水下机器人(2)上的定位获取装置(1)首先获取水面上第一位置(3)的第一坐标位置数据；
水下机器人(2)从第一位置(3)下潜至水中第二位置(4)，同时设置在所述水下机器人(2)上的惯导系统采集第一路径(7)的第一运动数据；水下机器人(2)到达第二位置(4)后，根据所述第一坐标位置数据和所述第一运动数据得出管道坐标P1；其中，所述第二位置(4)在所述被测管道正上方河床上；
水下机器人(2)从第二位置(4)上浮至水面第三位置(5)，并通过所述定位获取装置(1)获取所述第三位置(5)的第二位置信息；所述水下机器人(2)从第二位置(4)上浮至水面第三位置(5)的过程中，惯导系统采集第二路径(8)的第二运动数据；根...

【专利技术属性】
技术研发人员：慕庆波，李秀芹，卫杰，李耀明，朱亚凯，刘胜山，
申请(专利权)人：中石化管道技术服务有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12