管道陀螺儀在非開挖管線中的應(yīng)用

GSZ-160是一款基于MEMS慣性測(cè)量單元的三維姿態(tài)測(cè)量?jī)x器，該儀器在管道內(nèi)穿行過程中 可對(duì)自身三軸姿態(tài)角（或角速度 ）、當(dāng)前加速度，行進(jìn)里程進(jìn)行測(cè)量，通過積分算法對(duì)這些姿態(tài) 量進(jìn)行分析和計(jì)算以zui終獲得管道的三維姿態(tài)。
 
儀器測(cè)量效率高、數(shù)據(jù)連續(xù)，且測(cè)量過程不受管道埋設(shè)深度、管道材質(zhì)及現(xiàn)場(chǎng)電碰干擾的影響，是地下管道勘探與姿態(tài)測(cè)量的*設(shè)備。

近年來，城市管線敷設(shè)過程大量運(yùn)用了非開挖施工技術(shù)。此類管線埋藏深，難以測(cè)定其準(zhǔn)確位置，增加了后期交叉管線施工的安全風(fēng)險(xiǎn)。為了解決該類管線的定位問題，本文著重介紹了慣性陀螺儀在非開挖施工管線定位測(cè)量中的應(yīng)用，并將其與導(dǎo)向儀進(jìn)行了對(duì)比分析。通過實(shí)例，驗(yàn)證了慣性陀螺儀定位技術(shù)在非開挖施工管線定位測(cè)量中的可行性，并且有著其他測(cè)量技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

 隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，燃?xì)狻⑴潘㈦娏Α⑼ㄐ拧⒄羝⒒さ刃袠I(yè)經(jīng)常需要穿越鐵路、公路、河流等障礙物敷設(shè)管道，而基于城市市容環(huán)境的考慮，在城市利用非開挖技術(shù)敷設(shè)管線的情況也越來越多。由于敷設(shè)的管線埋深、位置信息都不準(zhǔn)確的特點(diǎn)，常規(guī)的管線探測(cè)儀（RD8000、T5000、地質(zhì)雷達(dá)）等自身的局限性（探測(cè)深度淺、易受電磁干擾、探測(cè)環(huán)境條件差）無法獲得準(zhǔn)確的管線位置信息。導(dǎo)致后期交叉施工時(shí)易破壞、損壞后修復(fù)成本高，極易造成人員傷亡的事故。

傳統(tǒng)地下管線定位技術(shù)遇到的挑戰(zhàn)

1、實(shí)際探測(cè)深度受到很大限制，很難在埋深>10米以上的情況下準(zhǔn)確測(cè)量地下管線的埋設(shè)位置和深度

2、容易受測(cè)量環(huán)境背景的電磁干擾影響

3、電磁感應(yīng)法管線儀、地質(zhì)雷達(dá)等不能完成城市地下空間發(fā)展的要求

4、非開挖施工的特殊性

在城市規(guī)劃管理過程中，因地下管線位置信息的不準(zhǔn)確，也會(huì)造成地下空間資源浪費(fèi)，為了獲取非開挖管線與探測(cè)管線位置的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，科學(xué)的利用地下空間，盡量避免管線切改，消除潛在的地下事故隱患，可用管線慣性陀螺儀來對(duì)地下管線進(jìn)行準(zhǔn)確定位，來解決傳統(tǒng)探測(cè)手段不能解決的實(shí)際問題。

JZ-4.8非開挖慣性陀螺儀是一款基于MEMS慣性測(cè)量單元的三維姿態(tài)測(cè)量?jī)x器，該儀器在管道內(nèi)穿行過程中 可對(duì)自身三軸姿態(tài)角（或角速度 ）、當(dāng)前加速度，行進(jìn)里程進(jìn)行測(cè)量，通過積分算法對(duì)這些姿態(tài)量進(jìn)行分析和計(jì)算以終獲得管道的三維姿態(tài)。

儀器測(cè)量效率高、數(shù)據(jù)連續(xù)，且測(cè)量過程不受管道埋設(shè)深度、管道材質(zhì)及現(xiàn)場(chǎng)電碰干擾的影響，是地下管道勘探與姿態(tài)測(cè)量的設(shè)備。

JZ4.8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3個(gè)轉(zhuǎn)角速速和3個(gè)線加速度延定位儀坐標(biāo)系的分量，經(jīng)過坐標(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an、ae進(jìn)行一次積分，與北、東向初始速度Vno、Veo得到定位儀的速度分量。

將速度V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，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、動(dòng)參考坐標(biāo)系；

陀螺儀管線精準(zhǔn)定位儀的組成

硬件：由測(cè)量單元和行進(jìn)部分組成

軟件：用于對(duì)測(cè)量單元采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)算并生成點(diǎn)坐標(biāo)和管線空間圖形圖

各種尺寸的測(cè)量單元

慣性陀螺儀現(xiàn)場(chǎng)操作過程