管道检测中管道定位系统的研究

　　管道的安全性在油气传输中有着非常重要的地位,一旦管道出现问题,油气的输送就会受到影响。定期检测损伤能使管道安全、高效地运行,对损伤进行精确定位,是评估及修复管道缺陷所必需的[1]。关于管道的检测,主要采用卫星定位系统、管道探测仪、地探雷达、CPS接收机、全站仪、泄露检测仪器等专用工具,油田一般聘请外来施工队伍完成[2]。到目前为止全国还没有任何一个油田有自己的管线检测队伍。由于在国内的很多石油、天然气的管线都建在五、六十年代,限于当时的条件以及一些历史因素,很多地下管道的建设都不十分规范,同时对管道线路的描述也不是十分详细[3]。这给现在以及今后的维修和改造造成了一定的麻烦。随着时间的推移,管线出现的问题将不断增加,维修量也随之增大。管道检测是通过一个带有检测和清理功能的载体来完成的。如果在载体上加导航系统,就可以在进行缺陷检测和管道清理的同时,完成对管道地理位置的测定。这样做可以将管道的轨迹数据和缺陷检测数据相结合,既减少了后处理的工作量、对缺陷进行了精确定位,又给管线的维修带来方便,节省了大量的时间和资金。

　　1　原理

　　管道定位系统的基本原理是牛顿力学第二运动定律:即F=ma。也就是惯性导航定位系统的原理。惯性导航系统分为平台式和捷联式两种[4]。平台式系统是将加速度计和陀螺仪安装在一个或几个平台上进行测量数据的系统。它用一个由机电框架系统组成的物理平台建立起一个实体的参考坐标系。惯性敏感器件被固定在这个坐标系上,测量出载体的加速度、角速度沿该坐标系的分量[5]。然后在这个坐标系上进行定位计算,求出各项定位参数。捷联式系统是加速度计和陀螺仪直接装在运动的物体上的系统。捷联式系统没有上述的框架系统,而是把惯性敏感器件直接安装在运动的物体上,测量出载体的加速度和角速度沿载体坐标系的分量,然后再将测量的结果转换到参考坐标系中[4]。在参考坐标系中进行定位计算,求出定位参数。考虑到工程中实际应用情况,选择用捷联式惯性导航系统完成管道定位装置的研究。

　　2　工作流程

　　如果要了解载体的运动情况,需要知道载体的6个信息,分别是对空间三个轴的加速度信息和旋转信息。加速度计和陀螺仪固定在载体上,分别输出载体的加速度和角速度信息,用软件处理所获得的数据,跟踪和测量载体坐标系和导航坐标系。本系统的工作流程如图1所示:

　　这种方法的重要性在于它减小了系统的尺寸、降低了成本、提高了系统的可靠性、且对低功耗系统极为有利[6]。但是由于在本系统中,惯性元件被直接安装在载体上因而载体全部的角运动和线运动都会传递到惯性元件上,引起各种动态误差,从而大大降低了惯性元件的精度,尤其是陀螺的精度。这种没有实体平台的导航系统会引入很大的误差。要靠后续的滤波处理来提高精度[7]。