陀螺仪精确定位地下管线技术简介11-8
地下管线探测新技术
地下管线探测新技术-地下管线惯性定位技术目前，基于惯性技术的管道测量技术已经开始引起了国内外部分研究者的关注，初步研究成果验证了这种方法的可行性和优势。
所谓惯性技术(Inertial Technology)，是研究利用惯性传感器（陀螺仪、加速度计）、进行导航与制导的一门学科。
它具有如下优点：(a)自主性强，它可以不依赖任何外界系统的支持，而单独进行导航。
(b)不受环境、载体机动和无线电干扰的影响，可连续的输出包括基准在内的全部导航参数，实时导航数据更新率高。
(c)具有非常好的短期精度和稳定性。
惯性技术特点不受外界干扰，不受管道埋深影响，适应各种口径材质管道，测量速度快，测量精度高。
惯性技术应用于地下管线定位，需要解决两个问题小型化问题：近年来微机电系统(MEMS)、光纤陀螺等的出现使得惯导系统不断朝着高精度、低成本、小型化方向发展，也使得惯性技术应用于小口径地下管线测量成为可能。
漂移问题：在线测量时漂移的消除是地下管线定位精度提高的关键。
二、地下管线惯性定位仪的组成1、硬件：由主机和轮系部分组成2、软件：用于对测量单元采集的数据进行处理计算并生成点坐标和三维空间图形图三、技术参数1、数据类型：XYZ三维空间坐标2、标准文件格式：AutoCAD、Excel、Word、TXT等多种输出格式3、最大测量深度：无限制；或0-400米4、测量精度：0.10%*管长5、适用各种管材四、地下管线惯性定位技术作为新的地下管线定位方法，具有哪些技术特点：1、测量不受地形限制，不受深度限制，不受电磁干扰；2、定位精度高；3、适合于任何材质的地下管道；4、自动生成三维空间曲线图；5、地下管线惯性定位技术对解决大埋深地下管线精确定位有重要作用；6、单管井盲管测试技术；7、各向异性轮系设计，通过性好。
五、地下管线惯性定位仪使用的局限性1、运行管道目前无法使用2、穿越管道等前期准备比较略繁复3、软件功能强大，操作略复杂的4、精度越高成本越大。
智能地下管线仪的技术参数介绍
智能地下管线仪的技术参数介绍智能地下管线仪是一种用于探测地下地形和管线的仪器，不仅可以便捷地获取地下地貌信息，还可以发现隐藏在地下管道网络中的物质和结构。
以下是智能地下管线仪的一些重要技术参数的介绍。
接收器参数频率范围智能地下管线仪接收器的频率是指其在探测过程中能接收到的频率范围。
一般来说，频率范围越宽，探测管线的覆盖范围就越广泛。
智能地下管线仪的频率范围通常为10kHz到100kHz之间。
接收器灵敏度智能地下管线仪的接收器灵敏度意味着其可以侦测的最小信号强度。
通常，这个参数数值越小，仪器可以侦测到的信号就越微弱，探测结果就越精准。
噪声水平智能地下管线仪在探测地下管道时，会被周围环境的电磁噪声干扰，噪声水平指探测器可以抵御环境噪声的程度。
通常情况下，噪声水平越低，仪器的精度就越高。
传感器参数传感器类型智能地下管线仪通常使用磁性传感器和电容传感器，这两种传感器可以侦测到地下物体的磁场和电场改变。
磁性传感器有高阻抗、高灵敏度和高信噪比等优势；电容传感器有无直接接触物体的能力，便于实现非接触探测。
传感器数量智能地下管线仪通常使用多个传感器，这些传感器可以在不同角度对地下管线进行探测。
通常情况下，传感器数量越多，仪器的探测范围越广，探测效果也更好。
传感器分辨率智能地下管线仪的传感器分辨率指的是其能够分辨出地下物体的最小尺寸，也可以理解为探测器对物体的精度。
通常情况下，传感器的分辨率越高，探测精度越高。
数据处理参数采样率智能地下管线仪的采样率指的是每秒钟探测的次数。
通常情况下，采样率越高，探测的数据越精确，但同时也会导致仪器的存储空间需求增大。
数据类型智能地下管线仪通常能够获取多种数据类型，例如时域数据、频域数据和瞬态数据等。
不同数据类型可用于不同的探测任务，时域数据可以适用于高分辨率探测，而频域数据则可以用于分析不同频率的信号。
数据处理算法智能地下管线仪的数据处理算法通常包括FFT变换、小波变换和瞬态分析等。
惯性导向(陀螺)仪在非开挖地下管线测量中的应用
惯性导向（陀螺）仪在非开挖地下管线测量中的应用摘要：牵引管施工技术作为一种成熟的地下管线施工技术,因其施工方便,对地面交通影响小等特点近年来频频应用在地下管线施工中，如何准确的采集牵引施工的管线的平面位置和高程数据是传统测绘工作的难点。
据此，介绍了一种新型的测量牵引管空间位置的仪器——惯性导向（陀螺）仪，本文简要介绍陀螺仪的原理，硬件组成，软件组成，结合实际测试数据，阐述了其在地下管线数据采集中的应用，并与全站仪实测数据和管线钻探仪的施工导向数据相比较，结果表明，该方法能够满足地下管线数据采集的要求，具有简便,高效，可靠的特点，是传统地下管线数据采集方法的有力补充。
关键词：陀螺仪;牵引管;测试;比较0引言随着国务院办公厅《关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》的下发，各城市都相继开展了地下管线的普查及后继管理工作。
众所周知，现势性强的地下管网信息资料为领导决策、城乡规划、城乡建设提供详实依据，必须对地下管线信息系统中的管线数据实施动态更新才能确保管线数据的现势性。
因此规划主管部门在加强管线规划管理同时要加强管线竣工测量数据采集的管理。
1传统的地下管线定位的方法和局限性目前，传统的地下管线物探的主要方法是电磁法，电磁波法，磁法，地震波法等，最常用的是电磁法，代表性仪器是地下管线探测仪，其原理是发射机发射电磁波，管线接收到发射机的电磁波后向远处传播，接收机根据接收到的远处的电磁波的信号强弱来定位。
此种方法有多种局限性1、仅适用于金属管线，非金属管线此种方法行不通2、此种方法难以跨越大的地形障碍，过河、过路、过建筑物的管线将没办法探测，3、管线埋设得越深，地面接收到管线辐射的电磁波越弱，探测的精度越低。
埋深超10米的管线用此种方法行不通。
4、受周边电磁波干扰大，管线埋设复杂的地段对管线的位置和埋深很容易造成误判。
2陀螺仪的原理旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力作用时是不会改变的，根据此原理制成的仪器就叫做陀螺仪，现代陀螺仪是一种能够精确测定物体方位的仪器，是一种惯性导航仪器。
陀螺仪工作基本原理 管线探测
陀螺仪工作基本原理管线探测陀螺仪是一种用于测量和监测物体角速度的设备，其基本原理是基于角动量守恒定律和陀螺效应。
在管线探测领域中，陀螺仪可以被用来监测管道的位置、方向和移动状态，以帮助管理和维护管道系统。
本文将介绍陀螺仪的工作原理、在管线探测中的应用以及相关的技术发展和挑战。
一、陀螺仪工作原理1.角动量守恒定律陀螺仪的工作原理基于角动量守恒定律，即一个旋转的物体在没有外力作用下，角动量要恒定不变。
当陀螺仪旋转时，由于角动量守恒定律的作用，其转动轴会维持在一个固定的方向上，这使得陀螺仪可以用于测量物体的旋转状态。
2.陀螺效应陀螺效应是指当一个旋转的物体在受到外力作用时，会产生一个与外力垂直的附加力。
在陀螺仪中，当其转动轴受到外力作用时，会产生陀螺效应，使得陀螺仪产生一个与外力垂直的力，从而可以反映出外力作用的方向和大小。
综合以上两点，陀螺仪可以通过测量其旋转轴的角速度变化来确定物体的旋转状态，同时利用陀螺效应可以判断外力的作用方向和大小，从而实现对物体的旋转状态的监测和测量。
二、陀螺仪在管线探测中的应用1.定位与导航陀螺仪可以被用于管线探测中的定位与导航任务。
通过安装陀螺仪在探测器设备中，可以实时监测管道的位置、方向和移动状态，从而帮助管理人员更准确地掌握管线的位置信息，避免管道破损和泄漏等安全隐患。
2.弯曲监测在管线系统中，管道的弯曲状态是很常见的，然而弯曲程度过大会对管道系统的稳定性和可靠性造成不利影响。
通过安装陀螺仪设备可以实时监测管道的弯曲程度和变化趋势，及时发现并处理管道变形问题，预防管道破损和漏水等安全风险。
3.地下管线探测地下管线探测是管道管理中的一项重要任务，而陀螺仪可以作为一种高精度的地下管线探测工具。
通过安装陀螺仪设备在地下管线探测器中，可以提高地下管线的探测精度，减少误差和漏测情况，为地下管线的检测和排查提供技术支持。
以上介绍了陀螺仪在管线探测中的应用，可以看出陀螺仪在管线探测中具有重要的作用和意义，可以提高管线的安全性和可靠性。
地下管线惯性(陀螺)定仪仪NAV M900L900
地下管线惯性定位仪（陀螺仪）NAV M900/L900系列地下管线惯性定位仪（陀螺仪）NAV M900/L900系列是零偏科技针对小口径地下管道的精确定位问题，采用小型低精度惯性器件，利用组合导航和在线补偿技术，获得管道的精确三维地理信息，在管道长度不限的情况下，测量管径可小达70mm，定位误差(米) 优于0.1%，该产品经过1200米长管道验证，技术水平国际领先。
零偏科技拥有国内专业的研究地下管线惯性定位技术和碟形飞行器技术的团队。
致力于惯性定位、信息融合和人工智能等技术的应用和推广，核心技术产品包括地下管线惯性定位仪、智慧管道管理系统、测控系统和无人机系统等。
经过近二十年的潜心研究和打磨，公司的地下管线惯性定位技术被中国机械工业联合会专家鉴定为具有国际领先水平，解决了传统仪器在复杂城市环境下测量结果不准确的问题，可为城市地下空间的规划、设计和施工提供可靠的数据；碟形无人机是一款工业应用碟形飞行器，解决了复杂环境下的飞行安全性和准确性问题，可用于室内、超低空的无人机检测、巡检等。
地下管线惯性定位仪（陀螺仪）NAV M900/L900系列是零偏科技随着市场细分明显，特别开发出的高性能产品，具备小，轻，精等优势，其重量仅0.6kg，能够在极其恶略的环境下工作，适应内径小至70mm的1200米长管道测量，可水下30-50m作业。
该产品序列是零偏科技铸造细微品质的代表。
测量管径内径范围70mm-1050mm,更大范围可定制，操作简单，具备图形、报表，AutoCAD、Excel、Word、TXT等输出功能，数据导出便利，兼容性强。
主要特点能准确测量地下管线三维位置数据操作简单，测管长度更长，测量速度快、测量精度高、测量结果可靠不受地下管线埋深以及探测距离影响不受地下管线材料材质、口径的影响不受地下管线所处地质环境外界磁场影响适用现有管线准确探测和竣工管线准确测量领域适用多种文件输出，可合成管线三维图、主视图、俯视图和侧视图等解决非开挖施工的管线难探测的问题解决大埋深管线探测难探测的问题国内生产，军工品质。
地下管道探测定位中惯性陀螺仪运用分析
地下管道探测定位中惯性陀螺仪运用分析摘要：本文将从当前地下管道探测定位的概况出发，阐述惯性陀螺仪工作的基本原理，对ABM-30微型惯性陀螺仪在地下管道探测定位中的主要运用进行分析与探究，希望为相关人员提供一些帮助和建议，更好地开展地下管道探测定位工作。
关键词：惯性陀螺仪；探测定位；地下管道引言：伴随国内科技水平和管道探测定位需求的不断提高，惯性陀螺仪探测定位法应运而生。
惯性陀螺仪探测定位法的出现，弥补了传统管道探测定位法的缺陷和不足之处，提高了探测定位精准度和效率，有必要对其进行推广与应用。
因此，研究地下管道探测定位中惯性陀螺仪运用具有一定现实意义。
一、当前地下管道探测定位的概况现阶段，城市地下管线系统通常难以将管道深度、管道位置等信息数据准确提供出来，这对国内日益复杂的地下管道网络维护与管理产生了一定负面影响。
城市中的排水系统、排污系统、燃气管路、供暖系统、供水系统、电力管线等地下管道和线路错综复杂，加上历史遗留问题和科技水平限制，地下管道埋藏深度及位置的探测定位成为了人们面临的重要问题。
地下管道传统的探测定位工作主要采用电磁场感应法、物理探测法等，这些探测定位方法各具优势，但会在不同程度上受到附近干扰、地下管道埋深、地下管道材质所影响，降低定位的准确度，不利于工程施工。
另外，国内电力管道一般为定向非开挖穿越，这样一来，埋入深度便会远超现有仪器检测范围，导致以上探测定位方法难以得到有效运用。
近些年，惯性陀螺仪探测定位技术出现并投入使用，适用于地下管道的相关探测定位工作。
惯性陀螺仪先向待探测的地下管道中拖入定位装置，再借助陀螺仪进行定位，对计算机技术、惯性导航技术加以整合，自动记录和跟踪定位装置整体运动轨迹，装置三维坐标能够显示于计算机屏幕上，并将地下管道中心、标记位置图纸等数据信息显示出来。
具体管道探测的过程中，惯性陀螺仪几乎不会受到地质条件、附近环境、地下管道深度、地下管道材料等因素的影响，只需要在地下管道中放入惯性陀螺仪并使其移动即可，从而对地下管道进行高精度探测定位。
陀螺仪
陀螺仪的结构、功能、特性、原理、应用2009-06-04 13:48:04 作者：phpcms来源：浏览次数：1358 文字大小：【大】【中】【小】陀螺仪-陀螺仪结构陀螺仪的装置，一直是航空和航海上航行姿态及速率等最方便实用的参考仪表。
从力学的观点近似的分析陀螺的运动时，可以把它看成是一个刚体，刚体上有一个万向支点，而陀螺可以绕着这个支点作三个自由度的转动，所以陀螺的运动是属于刚体绕一个定点的转动运动。
更确切地说，一个绕对称铀高速旋转的飞轮转子叫陀螺。
将陀螺安装在框架装置上，使陀螺的自转轴有角转动的自由度，这种装置的总体叫做陀螺仪，陀螺仪的基本部件有：(1) 陀螺转子(常采用同步电机、磁滞电机、三相交流电机等拖动方法来使陀螺转子绕自转轴高速旋转，并见其转速近似为常值)；(2) 内、外框架(或称内、外环，它是使陀螺自转轴获得所需角转动自由度的结构)；(3) 附件(是指力矩马达、信号传感器等)。
陀螺仪-特性陀螺仪陀螺仪被用在飞机飞行仪表的心脏地位，是由于它的两个基本特性：一为定轴性（rigidity），另一是逆动性（precession），这两种特性都是建立在角动量守恒的原则下。
定轴性当陀螺转子以极高速度旋转时，就产生了惯性，这惯性使得陀螺转子的旋转轴保持在空间，指向一个固定的方向，同时反抗任何改变转子轴向的力量，这种物理现象称为陀螺仪的定轴性或惯性。
其惯性随以下的物理量而改变：惯性愈大转子旋转半径愈大，惯性愈大转子旋转速度愈大，惯性愈大。
逆动性在运转中的陀螺仪，如果外界施一作用或力矩在转子旋转轴上，则旋转轴并不沿施力方向运动，而是顺着转子旋转向前90度垂直施力方向运动，此现象即是逆动性。
逆动性的大小也有三个影响的因素：外界作用力愈大，其逆动性也愈大；转子的转动惯量（moment of inertia）愈大，逆动性愈小；转子的角速度愈大，逆动性愈小。
而逆动方向可根据逆动性原理取决于施力方向及转子旋转方向。
惯性陀螺仪在非开挖管线探测工程中的成果精度分析
惯性陀螺仪在非开挖管线探测工程中的成果精度分析随着城市建设的不断发展，地下管线的密集程度也在不断增加。
为了保证城市的正常运行和发展，对地下管线进行准确定位和检测显得尤为重要。
传统的开挖方式虽然可以对地下管线进行检测，但是会造成一定的损坏，同时也会增加成本和工期。
非开挖管线探测工程应运而生。
惯性陀螺仪使用先进的惯性导航技术，可以实现对地下管线的高精度测量。
惯性导航是利用物体固有的惯性特性进行导航的一种技术，其具有高精度、高分辨率和无需外部参考的特点。
惯性陀螺仪通过测量地下管线的姿态和角速度等信息，可以计算出管线的具体位置和形态。
这种非接触式的测量方式不仅可以减少对地下管线的破坏，同时也提高了测量的准确性。
惯性陀螺仪具有较高的测量精度。
惯性陀螺仪采用的先进的测量原理和算法，可以实现对地下管线的高精度测量。
对于地下管线的直径、走向、起伏等参数，惯性陀螺仪的测量精度可以达到毫米级甚至更高。
这对于定位和检测地下管线的位置和形态非常重要，对于工程的实施和管理也提供了重要的依据。
惯性陀螺仪具有较高的适应性。
地下管线的探测工作通常在复杂的地下环境中进行，比如大型城市的市区、公路等场景。
这些场景通常存在较多的干扰源，如地下设施、复杂的地下土层等。
惯性陀螺仪具有较强的抗干扰能力，可以在这些复杂环境中进行高精度的测量。
惯性陀螺仪也具有高温、低温、高湿等环境的适应性，能够在各种极端环境下正常工作。
惯性陀螺仪在非开挖管线探测工程中具有较高的成果精度。
它的高精度测量、高适应性和高抗干扰能力，为地下管线的探测提供了重要的技术支持。
随着技术的不断发展，惯性陀螺仪的精度和性能也将不断提高，将为非开挖管线探测工程的发展带来更多的机遇和挑战。
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由示踪探头法得到的启发
实现大埋深管线定位测量需满足如下条件:
探头可以进入管道中 无需发射和接收电磁信号 能够实现自动测量管线位置 可以实现连续测量和记录
航天、航空中的惯性导航系统---陀螺仪
陀螺仪原理
• 陀螺仪的原理：一个旋转物体 的旋转轴所指的方向在不受外 力影响时，是不会改变的。 • 人们根据这个道理，用它来保 持方向，制造出来的东西就叫 陀螺仪(gyroscope) 。 • 陀螺仪在工作时要给它一个力， 使它快速旋转起来，一般能达 到每分钟几十万转，可以工作 很长时间。陀螺仪用多种方法 读取轴所指示的方向，并自动 将数据信号传给控制系统。
传统地下管线定位技术遇到的挑战
• 实际探测深度受到很大限制，很难在埋深＞10米 以上的情况下准确测量地下管线的埋设位置和深 度 • 容易受测量环境背景的电磁干扰影响 • 电磁感应法管线仪、探地雷达等不能完全城市地 下空间发展的要求。 • 非开挖等施工的特殊性
非开挖施工技术的普及带来的问题
穿越管线的埋深已超出目前仪器设备的探测能力
各种尺寸的测量单元
现场操作过程
选择适合被测管道的测量单元
初始化设定
在管道中测量
数据下载
数据处理
成果生成
技术参数
• 数据输出: 1、数据类型：XYZ三维空间坐标 2、标准文件格式：.csv文件、.csr文件 3、最大测量深度：无限制；或0-1000米 4、测量精度：0.25%*管长 5、弯曲半径：？？ 6、适用各种管材
陀螺仪原理 示意图
陀螺仪的应用和发展
• 现代陀螺仪是一种能够精确地确定运动物体的方位的仪器，它是现代 航空，航海，航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器，它的 发展对一个国家的工业，国防和其它高科技的发展具有十分重要的战 略意义。 • 传统的惯性陀螺仪主要是指机械式的陀螺仪，机械式的陀螺仪对工艺 结构的要求很高，结构复杂，它的精度受到了很多方面的制约。 • 现代陀螺仪的发展已经进入了一个全新的阶段。1976年 等提出了现 代光纤陀螺仪的基本设想，到八十年代以后，现代光纤陀螺仪就得到 了非常迅速的发展，与此同时激光谐振陀螺仪也有了很大的发展。 • 由于光纤陀螺仪具有结构紧凑，灵敏度高，工作可靠等等优点，所以 目前光纤陀螺仪在很多的领域已经完全取代了机械式的传统的陀螺仪， 成为现代导航仪器中的关键部件。和光纤陀螺仪同时发展的除了环式 激光陀螺仪外，还有现代集成式的振动陀螺仪，集成式的振动陀螺仪 具有更高的集成度，体积更小，也是现代陀螺仪的一个重要的发展方 向。
管线探测仪工作原理
• B) 接收机内部的线圈感 应到这个交变的电磁场， 从而探测到地下管线的 走向、位置和深度。
• A) 发射机产生一个交变电 磁场，并施加到管线,该电 磁信号沿管线传播。
探地雷达GPR
探测管线原理
Depth [m]
Time [ns]
Length [m]
示踪线或示踪探头法
管道摄像检测仪
E E E0
∫ V = ∫a dt+ V
将速度V北和V东进行变换并再次积分得到定位仪的位置变化量，与初始经纬坐标相加， 即得到定位仪的地理位置经纬坐标。
(2)几种常用的坐标系：惯性坐标系、地球坐标系、地理坐标系、载体坐标系、陀螺坐标系、 动参考坐标系；ຫໍສະໝຸດ 陀螺仪管线精确定位仪的组成
1、硬件：由测量单元和 行进部分组成 2、软件：用于对测量单 元采集的数据进行处 理计算并生成点坐标 和管线空间图形图
管线探测新技术
Gyroscope Inertial Accurate Mapping Technology 李强 雷迪有限公司 2007年11月12日
地下管线定位的基本技术方法
– 现有资料收集（管线调查） – 电磁感应法(金属管线探测仪) – 探地雷达 (GPR) – 声学探测 – 扎探 – 其它
陀螺仪进行管线定位的原理示意图
陀螺仪进行管线定位的原理
(1)陀螺仪和加速度计分别测量定位仪的相对惯性空间的的3个转角速度和3个线加速度延 定位仪坐标系的分量,经过坐标变换,把加速度信息转化为延导航坐标系的加速度。并运算 出定位仪的位置、速度、航向和水平姿态。 例如：将北向加速度计和东向加速度计测得的运动加速度aN、aE进行一次积分，与北、东 向初始速度VN0、VE0得到定位仪的速度分量， 既： VN= aNdt+ VN0
谢谢！
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• 非开挖、燃气、排水、 电力、化工、通讯等 行 • 新管线的敷设、工程 验收 • 老管线的修复、定位、 防止外力破坏
案例：河床底部地形测量
总 结
陀螺仪三维精确定位技术作为新的地下管线定位方 法，具有以下技术特点：
1、测量不受地形限制，不受深度限制，不受电磁干扰； 2、定位精度高； 3、适合于任何材质的地下管道； 4、自动生成三维空间曲线图，并与GIS无缝兼容。 5、陀螺仪三维精确定位技术可作为管线定位仪、GPR探地雷达、CCTV摄 像系统等检测方法的有力补充手段，对解决精确定位大埋深地下管线 有重要作用 使用的局限性 1、运行管道中无法使用 2、穿越管道比较繁复 3、数据量大软件操作复杂 4、精度越高成本越大