一种钻探系统的钻探路线地面航向计算方法技术方案

本发明专利技术公开了一种钻探系统的钻探路线地面航向计算方法，所述钻探系统包括具备GPS数据采集功能的导向仪，其特征在于：包括如下步骤：1)对钻探路线上的当前点的数据进行记录，利用导向仪得到当前点的GPS坐标数据(La，Ln)；2)对GPS坐标数据(La，Ln)作地平面投射运算，得出平面坐标(x,y)，并把平面坐标(x,y)和原始的GPS坐标数据(La，Ln)一同保存；3)判断当前点是否为钻探路线施工的起始点，如果是，进入步骤3.1)；如果不是，进入步骤3.2)；3.1)初始化偏航角P为0，将偏航角记录保存；3.2)按下列公式计算当前点的偏航角P：P＝atan((x

【技术实现步骤摘要】
一种钻探系统的钻探路线地面航向计算方法


[0001]本专利技术涉及非开挖
，尤其是一种钻探系统的钻探路线地面航向计算方法。

技术介绍

[0002]随着城市建设的大规模发展，需要在城市中铺设截污管或能源(液化气、天然气等) 供应管，较常用的方法是开挖槽来埋管埋线，这会造成环境污染，引起交通堵塞，并且存在施工安全隐患。
[0003]在非开挖技术出现之前，如果需要铺设地下管道，通常需要动用挖掘机在路面挖出一条有一定深度的壕沟来，铺设管道后再把壕沟回填。这种施工方法，不但费时、费力，还会对路面设施及交通造成危害。在某些环境下，如遇到河流、建筑物等时，开挖壕沟是不可能的。
[0004]因此，目前也已开发使用了非开挖技术，即一种利用岩土钻掘手段，在路面不挖沟、不破坏大面积地表层的情况下，铺设、修复和更换地下管线的施工技术。使用非开挖技术具有周期短、成本低、污染少、安全性能好等优点，而且不会影响正常的交通秩序。
[0005]在非开挖行业横向钻井施工中，根据施工性质，有一些工程对挖掘路线的弯度变化有着及其严格的要求。因此，施工过程中必须有一定的工序和办法来监督记录钻头行进的轨迹，以确保施工后地下管线的弯度控制在限定的范围之内。
[0006]目前在垂直切面已有既经济又成熟的方法，那就是使用重力加速传感器实时测量钻杠的在垂直方向的角度变化。然而在地面水平方向，虽然可以使用指南针，但由于环境的影响，其可靠性还不足以达到工程使用要求。为了确定钻头的行进航向，通常的做法是在挖掘行进的路线上铺设人工磁场，并通过偏航仪对磁场的感应来计算航向的变化。虽然这种人工地磁施工方法是可行的，但其施工费用也是很昂贵的。除了在施工路线上需要铺设人工磁场外，还需要使用电线通过钻杆连接钻头上的偏航仪及其他传感器。因此，亟需一种简便而又成本低的航向计算方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，提供一种钻探系统的钻探路线地面航向计算方法，既能有效提高施工速度，又能降低施工成本。
[0008]本专利技术解决上述技术问题所采用的第一个技术方案为：一种钻探系统的钻探路线地面航向计算方法，所述钻探系统包括具备GPS数据采集功能的导向仪，其特征在于：包括如下步骤：
[0009]1)对钻探路线上的当前点的数据进行记录，利用导向仪得到当前点的GPS坐标数据 (La，Ln)；
[0010]2)对GPS坐标数据(La，Ln)作地平面投射运算，得出平面坐标(x,y)，并把平面坐标 (x,y)和原始的GPS坐标数据(La，Ln)一同保存；
[0011]3)判断当前点是否为钻探路线施工的起始点，如果是，进入步骤3.1)；如果不是，进入步骤3.2)；
[0012]3.1)初始化偏航角P为0，将偏航角记录保存；
[0013]3.2)按下列公式计算当前点的偏航角P：
[0014]P＝atan((x-x-1
)/(y-y-1
))，其中(x-1
，y-1
)是前一点的平面坐标；将偏航角记录保存；
[0015]4)计算偏航角变化Δ＝P-P-1
，其中P-1
为前一点的偏航角。
[0016]优选的，所述导向仪包括能够接收钻探系统的探棒所处位置信息的地下定位器和地面定位器，所述地面定位器包括第一GPS接收器。
[0017]为便于提高GPS定位精度，所述地面定位器还包括差分数据接收器和GPS矫正计算模块，所述第一GPS接收器和差分数据接收器的输出端还与GPS矫正计算模块的输入端连接；所述钻探系统还包括固定基点矫正器，所述固定基点矫正器包括第二GPS 接收器、差分计算模块、能够向导向仪的差分数据接收器发送信号的差分数据发射器和基点位置输入模块，所述第二GPS接收器和基点位置输入模块的输出端均连接到差分计算模块的输入端，所述差分计算模块的输出端连接差分数据发射器的输入端；在步骤 1)中，利用导向仪的第一GPS接收器对当前点进行GPS位置信息采集，利用固定基点校正器对采集到的GPS通过GPS矫正计算模块进行矫正。
[0018]优选的，所述方法在综合显示及计算装置上实现，所述综合显示及计算装置包括用户界面、根据导向仪的GPS数据进行偏航角计算的偏航角计算模块以及用于将偏航角存储到存储设备的钻杆数据记录模块，所述偏航角计算模块、钻杆数据记录模块与用户界面连接。
[0019]为便于钻机手根据不同维度的倾角决定钻杆的钻探路线，所述综合显示及计算装置还包括能从导向仪获取倾角的水平倾角采集模块，所述水平倾角采集模块与用户界面连接。
[0020]本专利技术解决上述技术问题所采用的第二个技术方案为：一种钻探系统的钻探路线地面航向计算方法，所述钻探系统包括具备GPS数据采集功能的导向仪，其特征在于：包括如下步骤：
[0021]1)利用导向仪实时获取当前的GPS坐标数据(La，Ln)，并且不作记录；
[0022]2)对GPS坐标数据(La，Ln)作地平面投射运算，得出平面坐标(x,y)，并把平面坐标 (x,y)和原始的GPS坐标数据(La，Ln)一同保存；
[0023]3)判断当前点是否为施工的起始点，如果是，进入步骤3.1)；如果不是，进入步骤 3.2)；
[0024]3.1)初始化偏航角P为0，将偏航角记录保存；
[0025]3.2)按下列公式计算当前点的偏航角P：
[0026]P＝atan((x-x-1
)/(y-y-1
))，其中(x-1
，y-1
)是前一点的平面坐标；将偏航角记录保存；
[0027]4)计算偏航角变化Δ＝P-P-1
，其中P-1
为前一点的偏航角，并且在用户界面显示，然后回到步骤1)，直到当前钻杆钻进结束。
[0028]优选的，所述导向仪包括能够接收钻探系统的探棒所处位置信息的地下定位器和
地面定位器，所述地面定位器包括第一GPS接收器。
[0029]为便于提高GPS定位精度，所述地面定位器还包括差分数据接收器和GPS矫正计算模块，所述第一GPS接收器和差分数据接收器的输出端还与GPS矫正计算模块的输入端连接；所述钻探系统还包括固定基点矫正器，所述固定基点矫正器包括第二GPS 接收器、差分计算模块、能够向导向仪的差分数据接收器发送信号的差分数据发射器和基点位置输入模块，所述第二GPS接收器和基点位置输入模块的输出端均连接到差分计算模块的输入端，所述差分计算模块的输出端连接差分数据发射器的输入端；在步骤 1)中，利用导向仪的第一GPS接收器对当前点进行GPS位置信息采集，利用固定基点校正器对采集到的GPS通过GPS矫正计算模块进行矫正。
[0030]优选的，所述方法在综合显示及计算装置上实现，所述综合显示及计算装置包括用户界面、根据导向仪的GPS数据进行偏航角计算的偏航角计算模块以及用于将偏航角存储到存储设备的钻杆数据记录模块，所述偏航角计算模块、钻杆数据记录模块与用户本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钻探系统的钻探路线地面航向计算方法，所述钻探系统包括具备GPS数据采集功能的导向仪(3)，其特征在于：包括如下步骤：1)对钻探路线上的当前点的数据进行记录，利用导向仪(3)得到当前点的GPS坐标数据(La，Ln)；2)对GPS坐标数据(La，Ln)作地平面投射运算，得出平面坐标(x,y)，并把平面坐标(x,y)和原始的GPS坐标数据(La，Ln)一同保存；3)判断当前点是否为钻探路线施工的起始点，如果是，进入步骤3.1)；如果不是，进入步骤3.2)；3.1)初始化偏航角P为0，将偏航角记录保存；3.2)按下列公式计算当前点的偏航角P：P＝atan((x-x-1
)/(y-y-1
))，其中(x-1
，y-1
)是前一点的平面坐标；将偏航角记录保存；4)计算偏航角变化Δ＝P-P-1
，其中P-1
为前一点的偏航角。2.根据权利要求1所述的钻探系统的钻探路线地面航向计算方法，其特征在于：所述导向仪(3)包括能够接收钻探系统的探棒(4)所处位置信息的地下定位器(31)和地面定位器(32)，所述地面定位器(32)包括第一GPS接收器(321)。3.根据权利要求2所述的钻探系统的钻探路线地面航向计算方法，其特征在于：所述地面定位器(32)还包括差分数据接收器(322)和GPS矫正计算模块(324)，所述第一GPS接收器(321)和差分数据接收器(322)的输出端还与GPS矫正计算模块(324)的输入端连接；所述钻探系统还包括固定基点矫正器(5)，所述固定基点矫正器(5)包括第二GPS接收器(51)、差分计算模块(52)、能够向导向仪(3)的差分数据接收器(322)发送信号的差分数据发射器(53)和基点位置输入模块(54)，所述第二GPS接收器(51)和基点位置输入模块(54)的输出端均连接到差分计算模块(52)的输入端，所述差分计算模块(52)的输出端连接差分数据发射器(53)的输入端；在步骤1)中，利用导向仪(3)的第一GPS接收器(321)对当前点进行GPS位置信息采集，利用固定基点校正器(5)对采集到的GPS通过GPS矫正计算模块(324)进行矫正。4.根据权利要求1所述的钻探系统的钻探路线地面航向计算方法，其特征在于：所述方法在综合显示及计算装置上实现，所述综合显示及计算装置包括用户界面(91)、根据导向仪(3)的GPS数据进行偏航角计算的偏航角计算模块(92)以及用于将偏航角存储到存储设备的钻杆数据记录模块(95)，所述偏航角计算模块(92)、钻杆数据记录模块(95)与用户界面(91)连接。5.根据权利要求4所述的钻探系统的钻探路线地面航向计算方法，其特征在于：所述综合显示及计算装置还包括能从导向仪(3)获取倾角的水平倾角采集模块(94)，所述水平倾角采集模块(94)与用户界面(91)连接。6.一种钻探系统的钻...

【专利技术属性】
技术研发人员：金键，张志余，
申请(专利权)人：黄山金地电子有限公司，
类型：发明
国别省市：