RU2152059C1 - Device for positioning of underground pipeline trajectory - Google Patents

Device for positioning of underground pipeline trajectory Download PDF

Info

Publication number
RU2152059C1
RU2152059C1 RU99110650A RU99110650A RU2152059C1 RU 2152059 C1 RU2152059 C1 RU 2152059C1 RU 99110650 A RU99110650 A RU 99110650A RU 99110650 A RU99110650 A RU 99110650A RU 2152059 C1 RU2152059 C1 RU 2152059C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
analog
outputs
component
digital converter
magnetometers
Prior art date
Application number
RU99110650A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
П.К. Плотников
А.И. Синев
В.Ю. Мусатов
Original Assignee
Саратовский государственный технический университет
Инженерно-технический центр "Орггаздефектоскопия"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Саратовский государственный технический университет, Инженерно-технический центр "Орггаздефектоскопия" filed Critical Саратовский государственный технический университет
Priority to RU99110650A priority Critical patent/RU2152059C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2152059C1 publication Critical patent/RU2152059C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

FIELD: instruments. SUBSTANCE: device has non-magnetic rod, satellite navigation system receiver, portable computer with analog-to-digital converter and indication system, and eight detectors for measuring intensity of magnetic field. Detectors for measuring intensity of magnetic field are designed as three-component magnetometers which are mounted on rigid non- magnetic rod, which is connected to housing. Magnetometers are distributed over its axis, so that three measuring coordinate trihedral axes are parallel to each other and to measuring axes of detectors of orientation device, which is designed as strap-down inertial system, which has three-component unit of apparent acceleration meters, and three-component unit of gyro angular velocity detectors, which are rigidly mounted on housing. System for information processing is designed as portable computer with analog-to-digital converter and indication system. Outputs of three-component magnetometers, as well as outputs of three-component unit of apparent acceleration meters and three-component unit of gyro angular velocity detectors are connected to inputs of analog-to-digital converter, which outputs are connected to inputs of portable computer, which output is connected to indication system. Port of portable computer is connected to output of satellite navigation system receiver. Members of positioning system are connected to single housing, which has straps to be carried by human operator. EFFECT: increased functional capabilities, decreased weight and size. 5 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к устройствам для наземного позиционирования трассы ферромагнитного трубопровода, расположенного под землей. The invention relates to measuring technique, in particular, to devices for ground positioning of the route of a ferromagnetic pipe located underground.

Известно устройство для определения расположения магистральных трубопроводов (Пат. РФ 1804636А3 кл. G 01 V 3/11, БИ N 11, 1993), используемое для обнаружения, определения местоположения и глубины залегания магистральных трубопроводов, состоящее из датчика магнитного поля, входного усилителя, фильтра, логарифмического усилителя, выпрямителя, стрелочного индикатора, корпуса с меткой и линией для ориентации. Недостатками этого устройства является низкая точность измерений из-за применения одного однокомпонентного датчика магнитного поля, ориентация и координаты которого определяются приблизительно; кроме того, для применения этого устройства необходимо пропускать по отыскиваемому трубопроводу ток определенной частоты, на которую настраивается фильтр устройства. Во время эксплуатации устройства оператор должен перемещаться вместе с устройством поперек оси трубопровода в различные точки пространства для определения глубины залегания трубопровода. При таком методе точность определения глубины низка, а эксплуатация неудобна. A device for determining the location of main pipelines (Pat. RF 1804636A3 class G 01 V 3/11, BI N 11, 1993), used to detect, determine the location and depth of the main pipelines, consisting of a magnetic field sensor, input amplifier, filter , a logarithmic amplifier, a rectifier, a dial indicator, a housing with a mark and a line for orientation. The disadvantages of this device is the low accuracy of the measurements due to the use of one single-component magnetic field sensor, the orientation and coordinates of which are determined approximately; in addition, to use this device, it is necessary to pass a current of a certain frequency through which the filter of the device is tuned through the pipeline being searched. During operation of the device, the operator must move along with the device across the axis of the pipeline to various points in space to determine the depth of the pipeline. With this method, the accuracy of determining the depth is low, and operation is inconvenient.

Известно устройство для обнаружения разделителей или скребков в нефтепроводах (А.с. СССР 897324/29-14 кл. F 06 l 47 fl60 1964, БИ N 18, 1965 г.), выполненное с крестовиной в виде взаимноперпендикулярных штанг с установленными на их концах магниточувствительными элементами, каждая пара которых расположена на концах одной штанги, и в одну электрическую цепь включен по градиентометрической схеме индикатор, определяющий направление трубопровода, а в другую - индикатор, показывающий место нахождения разделителя или скребка. К недостаткам этого устройства относятся невозможность определения глубины залегания трубопровода и большие погрешности определения градиента магнитного поля из-за нарушения параллельности осей чувствительностей датчиков, расположенных на одной штанге, а также колебаний, возникающих при движении оператора с устройством. Эксплуатация этого устройства затруднена необходимостью перемещать крупногабаритную горизонтальную крестовину. Кроме того, оба устройства требуют дополнительных вычислений, производимых оператором по результатам измерения магнитного поля для определения численного значения глубины трубопровода и его координат.A device for detecting dividers or scrapers in oil pipelines (A.S. USSR 897324 / 29-14 class. F 06 l 47 fl 60 1964, BI N 18, 1965), made with a cross in the form of mutually perpendicular rods installed on them the ends with magnetically sensitive elements, each pair of which is located at the ends of one rod, and an indicator defining the direction of the pipeline is included in one electric circuit according to a gradiometric diagram, and an indicator indicating the location of the separator or scraper in the other is included. The disadvantages of this device include the inability to determine the depth of the pipeline and the large errors in determining the gradient of the magnetic field due to a violation of the parallelism of the sensitivity axes of sensors located on the same boom, as well as fluctuations that occur when the operator moves with the device. The operation of this device is complicated by the need to move a large horizontal cross. In addition, both devices require additional calculations performed by the operator according to the results of magnetic field measurements to determine the numerical value of the pipeline depth and its coordinates.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой системе является система для измерения смещения зарытого в землю трубопровода, т.е. система позиционирования трассы подземного трубопровода (Пат. США 4.727.329 кл. G 01 V 3/08. Изобретения стран мира, вып. 110, N 11, 1988). На движущемся транспортном средстве размещен датчик, регистрирующий напряженность магнитного поля в нескольких разнесенных друг от друга точках. Выходные сигналы регистрируются самописцем для определения точки максимальной напряженности магнитного поля на основании измерений, выполненных датчиком. Угол места транспортного средства относительно некоторой опорной точки измеряется устройством, определяющим любые изменения угла места земной поверхности непосредственно над проверяемой секцией трубопровода. На основе результатов измерений определяется расстояние по вертикали между датчиком и секцией трубопровода в точке, соответствующей максимуму напряженности магнитного поля. Недостатками этого устройства являются невозможность определения дальности до трубопровода на земной поверхности. Необходимо обязательно находиться над трубой, чтобы определять глубину ее залегания. Кроме того, система обладает большими массой и габаритами. Установка системы на транспортном средстве делает невозможным ее применение для многих участков трассы трубопроводов (например, в зонах слабых грунтов и т.д). Closest to the technical nature of the claimed system is a system for measuring the displacement of a pipeline buried in the ground, i.e. underground pipeline route positioning system (US Pat. 4.727.329 class G 01 V 3/08. Inventions of the world, issue 110, No. 11, 1988). On a moving vehicle there is a sensor that records the magnetic field strength at several points spaced from each other. The output signals are recorded by the recorder to determine the point of maximum magnetic field strength based on the measurements made by the sensor. The vehicle elevation angle relative to some reference point is measured by a device that determines any changes in the elevation angle of the earth’s surface directly above the pipeline section under test. Based on the measurement results, the vertical distance between the sensor and the pipe section is determined at a point corresponding to the maximum magnetic field strength. The disadvantages of this device are the inability to determine the distance to the pipeline on the earth's surface. It is necessary to be above the pipe in order to determine the depth of its occurrence. In addition, the system has a large mass and dimensions. Installation of the system on a vehicle makes it impossible to use it for many sections of the pipeline route (for example, in areas of weak soils, etc.).

Задачей изобретения является снижение массы и габаритов системы для обеспечения возможности ее переноски и использования человеком-оператором, а также расширение функциональных возможностей за счет автоматизированного определения не только глубины залегания трубы, но и дальности оператора до нее, магнитного курса оператора и трубы, а также географических координат оператора и трассы трубопровода. The objective of the invention is to reduce the mass and dimensions of the system to ensure the possibility of its transportation and use by a human operator, as well as expanding functionality by automatically determining not only the depth of the pipe, but also the distance of the operator to it, the magnetic course of the operator and pipe, as well as geographical coordinates of the operator and pipeline route.

Поставленная задача решается тем, что в систему позиционирования трассы подземного трубопровода, состоящую из датчика напряженности магнитного поля с усилителем, системы обработки информации и устройства ориентации, дополнительно внесены немагнитная штанга, приемник спутниковой навигационной системы, бортовой компьютер с аналого-цифровым преобразователем и системой индикации, а также восемь датчиков напряженности магнитного поля так, что датчики напряженности магнитного поля в совокупности выполнены в виде трех трехкомпонентных магнитометров, укрепленных на жесткой немагнитной штанге, соединенной с корпусом, причем магнитометры разнесены вдоль ее оси, так что три триэдра измерительных осей параллельны соответственно друг другу и измерительным осям датчиков устройства ориентации, в качестве которого применена бесплатформенная инерциальная система, состоящая из трехкомпонентного блока измерителей кажущихся ускорений и трехкомпонентного блока гироскопических датчиков угловых скоростей, жестко установленных на корпусе, в качестве системы обработки информации использован бортовой компьютер с аналого-цифровым преобразователем и системой индикации, выходы трехкомпонентных магнитометров, а также выходы трехкомпонентного блока измерителей кажущегося ускорения и трехкомпонентного блока гироскопических датчиков угловых скоростей соединены со входами аналого-цифрового преобразователя, выходы которого соединены со входами бортового компьютера, к выходу которого присоединена система индикации, к порту бортового компьютера присоединен выход приемника спутниковой навигационной системы, элементы системы позиционирования прикреплены к общему корпусу, который имеет лямки для закрепления на человеке-операторе. The problem is solved in that a non-magnetic rod, a satellite navigation receiver, an on-board computer with an analog-to-digital converter and an indication system are added to the positioning system of the underground pipeline route, which consists of a magnetic field strength sensor with an amplifier, an information processing system and an orientation device, as well as eight magnetic field sensors so that the magnetic field sensors in the aggregate are made in the form of three three-component m agnitometers mounted on a rigid non-magnetic rod connected to the housing, and the magnetometers are spaced along its axis, so that the three trihedra of the measuring axes are parallel to each other and the measuring axes of the sensors of the orientation device, which is used as a strapdown inertial system consisting of a three-component block of apparent meters accelerations and a three-component block of gyroscopic angular velocity sensors, rigidly mounted on the housing, as an information processing system and an on-board computer with an analog-to-digital converter and indication system was used, the outputs of the three-component magnetometers, as well as the outputs of the three-component block of apparent acceleration meters and the three-component block of gyroscopic angular velocity sensors are connected to the inputs of the analog-to-digital converter, the outputs of which are connected to the inputs of the on-board computer, to the output which the display system is connected to, the output of the satellite navigation system receiver is connected to the on-board computer port, The positioning system tapes are attached to a common case, which has straps for fastening on a human operator.

На фиг. 1 приведена функциональная схема системы позиционирования (СП) трассы подземного трубопровода; на фиг. 2 - схема поворотов корпуса и штанги с блоком акселерометров, блоком гироскопических датчиков угловой скорости (ДУС) и трехкомпонентных магнитометров (ТММ) в системе координат OU1U2U3, связанной с трубопроводом; на фиг. 3 - схема размещения системы позиционирования на операторе; на фиг. 4 - кинематическая схема блока акселерометров, блока ДУС и ТММ; на фиг. 5 - схема корпуса, к которому крепятся элементы СП.In FIG. 1 shows a functional diagram of a positioning system (SP) of an underground pipeline route; in FIG. 2 is a diagram of body and rod rotations with a block of accelerometers, a block of gyroscopic angular velocity sensors (TLS) and three-component magnetometers (TMM) in the coordinate system OU 1 U 2 U 3 associated with the pipeline; in FIG. 3 - layout of the positioning system on the operator; in FIG. 4 is a kinematic diagram of a block of accelerometers, a block of DUS and TMM; in FIG. 5 - diagram of the housing to which the elements of the joint venture are attached.

Система позиционирования трассы подземного трубопровода включает в свой состав бесплатформенную инерциальную систему ориентации (БИСО), состоящую из трехкомпонентного гироскопического измерителя угловой скорости в виде блока ДУС 1, состоящего, например, из двух двухкомпонентных роторных вибрационных гироскопов РВГ-1М (угловая скорость дрейфа 10 град/ч) производства Арзамасского НПП "Темп-Авиа", и трехкомпонентного измерителя кажущегося ускорения в виде блока акселерометров 2, состоящего, например, из миниатюрных твердотельных акселерометров АК-5 (класс точности 10-3 м/с2) производства Арзамасского НПП "Темп-Авиа". Два двухкомпонентных гироскопических ДУС 1 и три акселерометра 2 устанавливаются на корпусе так, что их измерительные оси образуют параллельные триэдры, и вместе с аналоговой электроникой гироскопов, аппаратурой термостатирования образуют инерциальный блок (ИБ) 3. Через разъемы ИБ 3 подключается к источнику питания в виде аккумуляторной батареи 4, а выходы ИБ 3 соединены с входами многоканального аналого-цифрового преобразователя АЦП 5 (например, 16-канальная 16-разрядная плата АЦП PCL-816). ИБ 3 вырабатывает в виде напряжения постоянного тока сигналы трех составляющих угловой скорости ИБ в проекциях на оси системы координат A1 X'1 X'2 X'3 и трех составляющих линейного ускорения в проекциях на те же оси. С оператором, ИБ и корпусом, на котором закреплены ИБ и штанга с ТММ, а также первым ТММ связана правая ортогональная СК A1 X'1 X'2 X'3, причем ось А1, X'1 направлена вперед по движению оператора вдоль продольной оси, ось A1X'2 - по нормали оператора. Ось A1X'3 образует с первыми двумя ортогональную тройку осей и направлена вправо по движению оператора. В СП используются 9 магнитометров, например, магниторезистивных датчиков, собранных как три ТММ 6 и подключенных к источнику питания 4. ТММ 6 вырабатывают сигналы трех составляющих вектора магнитного поля в точках установки в проекциях на оси Аi X'1X'2X'3 (i = 1,2,3). Выходы ТММ 6 подключены к блоку усилителей 7 (состоящих, например, из операционных усилителей К 140 УД7), которые усиливают сигналы ТММ 6 для подачи на АЦП 5. Все элементы СП установлены на общем корпусе 8 (например, из алюминиевого сплава Д16), представляющем собой горизонтальную пластину для установки ИБ, которая жестко соединена с вертикальным каркасом, прилегающем к спине оператора и с помощью лямок 9 крепящемся к оператору. ТММ 6 жестко установлены на немагнитной штанге 10 (выполненной, например, из алюминиевого сплава Д16), так что их измерительные оси образуют параллельные друг другу ортогональные трехгранники, причем штанга 10 жестко соединена с корпусом 8. В состав СП входит также бортовой компьютер (БК) 11 со встроенным источником питания и дисплеем. Кроме того, на руке оператора закрепляется дублирующая система индикации (ЖКИ) 12 (выполненная, например, на полупроводниковых знаковых индикаторах АЛС 340А, коммутация сегментов которых обеспечивается с помощью дешифраторов, например на микросхемах К155ИД1). Вход ЖКИ 12 подключен к выходу БК 11 (например, параллельному порту Centronix). ЖКИ 12 осуществляет вывод текущих параметров (магнитный курс оператора и трубы, дальность и глубина залегания трубопровода относительно оператора). К порту (например, последовательному RS-232) БК 11 подключен выход приемника спутниковой навигационной системы (СНС) 13. (Это, например, приемник GPS/ГЛОНАСС в виде электронной платы GG24 фирмы Ashtech). Выходы АЦП 5 подключены ко входам БК 11. В качестве БК 11 используется компьютер блокнотного или карманного классов, имеющий систему ввода информации и систему индикации 12 (клавиатуру, ЖК-дисплей), достаточные быстродействие и системные ресурсы, собственный источник питания. Например, типа Casio Cassiopeia (175х89х25 мм, 391 г, 2 батареи АА, время работы 15-30 ч, 2 Мбайт ОЗУ, порт RS-232, разъем PC-карты, ЖК-экран размера 114x64 мм) или NEC Mobile Pro 750 C (250x127x38 мм, 900 г, литиево-ионные батареи, время работы 7-9 ч, 16 Мбайт ОЗУ, разъем PC-карты, разъем флэш-памяти, экран 206 мм по диагонали).The underground pipeline route positioning system includes a strapdown inertial orientation system (BISO), consisting of a three-component gyroscopic angular velocity meter in the form of a DUS 1 unit, consisting, for example, of two two-component rotary vibration gyroscopes RVG-1M (angular drift velocity 10 deg / deg h) production of the Arzamas NPP Temp-Avia, and a three-component apparent acceleration meter in the form of a block of accelerometers 2, consisting, for example, of miniature solid-state accelerometers etrov AK-5 (classification accuracy of 10 -3 m / s 2) Production Arzamasskiy SPE "Temp-Air". Two two-component gyroscopic control systems 1 and three accelerometers 2 are mounted on the housing so that their measuring axes form parallel trihedra, and together with the analog gyroscope electronics and thermostatic control equipment form an inertial unit (IS) 3. Through connectors, IB 3 is connected to a power source in the form of a battery batteries 4, and the outputs of IB 3 are connected to the inputs of the multi-channel analog-to-digital converter of the ADC 5 (for example, the 16-channel 16-bit ADC board PCL-816). IB 3 generates in the form of a DC voltage the signals of three components of the angular velocity of IB in projections on the axis of the coordinate system A 1 X ' 1 X' 2 X ' 3 and three components of linear acceleration in projections on the same axis. The right orthogonal SK A 1 X ' 1 X' 2 X ' 3 is connected with the operator, the information security system and the housing on which the information security device and the bar with the TMM are fixed, as well as the first TMM, and the axis A 1 , X' 1 is directed forward along the operator along longitudinal axis, axis A 1 X ' 2 - along the normal to the operator. The axis A 1 X ' 3 forms with the first two orthogonal three axes and is directed to the right along the movement of the operator. The joint venture uses 9 magnetometers, for example, magnetoresistive sensors assembled as three TMM 6 and connected to a power supply 4. TMM 6 generates signals of the three components of the magnetic field vector at the installation points in the projections on the axis A i X ' 1 X' 2 X ' 3 (i = 1,2,3). The outputs of TMM 6 are connected to a block of amplifiers 7 (consisting, for example, of operational amplifiers K 140 UD7), which amplify the signals of TMM 6 for supply to the ADC 5. All elements of the joint venture are installed on a common housing 8 (for example, from aluminum alloy D16), which represents a horizontal plate for installing the information security device, which is rigidly connected to a vertical frame adjacent to the back of the operator and using straps 9 attached to the operator. TMM 6 is rigidly mounted on a non-magnetic rod 10 (made, for example, of D16 aluminum alloy), so that their measuring axes form orthogonal trihedra parallel to each other, and the rod 10 is rigidly connected to the housing 8. The on-board computer (BC) is also part of the joint venture 11 with integrated power supply and display. In addition, a duplicate indication system (LCD) 12 is fixed on the operator’s hand (performed, for example, on ALS 340A semiconductor sign indicators, the switching of segments of which is provided using decoders, for example, on K155ID1 microcircuits). The input of the LCD 12 is connected to the output of the BC 11 (for example, a parallel port of Centronix). LCD 12 displays the current parameters (magnetic course of the operator and the pipe, range and depth of the pipeline relative to the operator). The output of the satellite navigation system (SNA) 13 receiver is connected to the port (for example, serial RS-232) of the BC 11. (This, for example, is a GPS / GLONASS receiver in the form of an Ashtech GG24 electronic board). The outputs of the ADC 5 are connected to the inputs of the BC 11. As a BC 11, a notebook or pocket computer is used, which has an information input system and an indication system 12 (keyboard, LCD), sufficient speed and system resources, its own power source. For example, such as Casio Cassiopeia (175x89x25 mm, 391 g, 2 AA batteries, operating time 15-30 hours, 2 MB RAM, RS-232 port, PC-card connector, 114x64 mm LCD screen) or NEC Mobile Pro 750 C (250x127x38 mm, 900 g, lithium-ion batteries, operating time 7-9 hours, 16 MB RAM, PC-card slot, flash memory slot, diagonal 206 mm screen).

Предлагаемая система работает следующим образом. При движении оператора с блока ДУС 1 в виде напряжений постоянного тока на АЦП 5 поступают сигналы

Figure 00000002
соответствующие оценкам угловых скоростей в проекциях на оси системы координат, связанной с основанием СП. Эти сигналы преобразуются АЦП 5 из аналоговой в цифровую форму и используются в реализуемых БК 11 алгоритмах БИ- CO:
Figure 00000003

Figure 00000004

Figure 00000005

где
Figure 00000006
Figure 00000007

причем Kθ, Kγ, Kψ, K I θ , K I γ , K I ψ - коэффициенты коррекции;
Figure 00000008
- оценка магнитного курса, определяемая по приведенным ниже формулам (5)-(6) в геомагнитной системе координат Oξηξ, где ось Oξ направлена на магнитный Север, Oη - по вертикали места. После первого поворота оператора относительно Oξηξ имеем СК A1X1X2X3, где поворот оси A1X1 на угол ψx относительно направления на Север (вокруг оси OU2) характеризует магнитный курс оператора. С трубопроводом связана правая ортогональная система координат OU1U2U3, где ось OU1 совпадает с осью трубы, ось OU2 направлена вертикально вверх.The proposed system works as follows. When the operator moves from the unit DUS 1 in the form of DC voltages to the ADC 5 receives signals
Figure 00000002
corresponding to estimates of angular velocities in projections on the axis of the coordinate system associated with the base of the joint venture. These signals are converted by the ADC 5 from analog to digital and are used in the BI-CO algorithms implemented by BC 11:
Figure 00000003

Figure 00000004

Figure 00000005

Where
Figure 00000006
Figure 00000007

where K θ , K γ , K ψ , K I θ , K I γ , K I ψ - correction factors;
Figure 00000008
- an estimate of the magnetic course, determined by the following formulas (5) - (6) in the geomagnetic coordinate system Oξηξ, where the axis Oξ is directed to the magnetic North, Oη is the vertical of the place. After the first rotation of the operator relative to Oξηξ, we have SC A 1 X 1 X 2 X 3 , where the rotation of the axis A 1 X 1 by the angle ψ x relative to the direction to the North (around the axis OU 2 ) characterizes the magnetic course of the operator. The right orthogonal coordinate system OU 1 U 2 U 3 is connected to the pipeline, where the axis OU 1 coincides with the axis of the pipe, the axis OU 2 is directed vertically upward.

С блока акселерометров 2 измерителя кажущегося ускорения в виде напряжений постоянного тока на АЦП 5 поступают сигналы

Figure 00000009
соответствующие оценкам линейных ускорений в проекциях на те же оси. Преобразованные АЦП 5 в цифровую форму эти величины согласно выражениям (2) используются как корректирующие члены в алгоритмах (1). С трех ТММ 6 через БЭ 7 в виде напряжений постоянного тока на АЦП 5 поступают сигналы
Figure 00000010
соответствующие оценкам компонентов вектора напряженности магнитного поля в проекциях на оси системы координат, связанной с основанием СП в точках установки ТММ. Эти величины, преобразованные АЦП 5 в цифровую форму, пересчитываются в БК 11 по формуле (3) с использованием информации о крене и тангаже штанги 10 с ТММ 6 вычисленной БИСО:
Figure 00000011

где
Figure 00000012
- матрицы направляющих косинусов оценок соответствующих углов.From the block of accelerometers 2 meters apparent acceleration in the form of DC voltage to the ADC 5 receives signals
Figure 00000009
corresponding to estimates of linear accelerations in projections on the same axis. These quantities are converted into digital form by the ADC 5 according to expressions (2) and are used as correcting terms in algorithms (1). From three TMM 6 through BE 7 in the form of DC voltage to the ADC 5 receives signals
Figure 00000010
corresponding to the estimates of the components of the vector of the magnetic field in the projections on the axis of the coordinate system associated with the base of the joint venture at the points of the TMM installation. These values, converted by the ADC 5 to digital form, are converted into BC 11 according to formula (3) using information about the roll and pitch of the rod 10 with TMM 6 calculated by the BISO:
Figure 00000011

Where
Figure 00000012
- matrices of guide cosines of estimates of the corresponding angles.

В алгоритмы (1) вводится член азимутальной коррекции, значения которого вычисляются бортовым компьютером по приведенным ниже алгоритмам (5)-(6). An azimuthal correction term is introduced into the algorithms (1), the values of which are calculated by the on-board computer using the algorithms (5) - (6) below.

Для определения оценки угла

Figure 00000013
в БК используются следующие соотношения:
Figure 00000014

Figure 00000015

Оценка угла магнитного курса оператора
Figure 00000016
определяется как решение нелинейного уравнения с помощью интераций по формуле
Figure 00000017

где
Figure 00000018

Figure 00000019

Для определения
Figure 00000020
используются соотношения
Figure 00000021
(7)
Figure 00000022

где
Figure 00000023

Figure 00000024
- полная напряженность МПТ в точках установки ТММ,
Figure 00000025
- оценки направляющих косинусов соответствующих поворотов,
l2, l3 - расстояния между ТММ,
Figure 00000026
- коэффициент, характеризующий магнитные свойства трубы.To determine the angle estimate
Figure 00000013
in BC, the following relationships are used:
Figure 00000014

Figure 00000015

Estimation of the angle of the magnetic course of the operator
Figure 00000016
defined as a solution to a nonlinear equation using interactions according to the formula
Figure 00000017

Where
Figure 00000018

Figure 00000019

For determining
Figure 00000020
relations are used
Figure 00000021
(7)
Figure 00000022

Where
Figure 00000023

Figure 00000024
- the total tension MPT at the points of installation TMM,
Figure 00000025
- estimates of the guide cosines of the corresponding turns,
l 2 , l 3 - the distance between TMM,
Figure 00000026
- coefficient characterizing the magnetic properties of the pipe.

Полученные по выражению (3) значения используются для вычисления оценок магнитного курса ПО

Figure 00000027
и трубопровода
Figure 00000028
, глубины залегания и дальности трубы
Figure 00000029
по алгоритмам (4)-(9). Эти значения, вычисленные БК 11, выводятся на ЖКИ 12. Составляющие магнитного поля Земли TξTη, а также значения магнитного склонения вдоль трассы трубопровода, занесены в память БК 11 с внешнего источника (магнитный или оптический диск) или с клавиатуры в виде локально кодированных бинарных карт (Белоглазов И.Н., Тарасенко В.П. Корреляционно-экстремальные системы. М.: Сов. радио, 1974.- 392 с.) на основе модели международного аналитического поля Магсат, AWC, IGS. Необходимые для вычислений начальные значения географических координат оператора ξ o г , η o г , ζ o г заносятся в память компьютера с приемника СНС 13 перед осуществлением позиционирования и во время работы определяются СНС. Зная координаты оператора ξ o г , η o г , ζ o г в географической системе координат Oξгηгζг, полученной в результате поворота вокруг оси Oη геомагнитной системы координат Oξηζ на угол магнитного склонения, определяются географические координаты трассы трубопровода ξ т г , η т г , ζ т г :
Figure 00000030

Figure 00000031
(10)
Figure 00000032

Точность позиционирования трассы трубопровода при этом в основном зависит от точности определения координат оператора. Для проверки целесообразности использования системы позиционирования проводилось математическое моделирование ее работы на ЭВМ с учетом погрешностей датчиков (погрешности ДУС 5 град/ч, акселерометров 3•10-3 м/с2, ТММ 10 нТл). Моделирование проводилось при значениях Tξ= 30000 нТл, Tη= -50000 нТл, Fk = 200000 нТлм2, ε = 0,25 рад. По результатам математического моделирования дальность (≈ 5 м) и глубина (≈ 3 м) трубопровода относительно оператора определяется с погрешностью 10 - 20 см. Известно при этом, что погрешность определения координат оператора с помощью СНС, при работе ее в дифференциальном режиме, составляет единицы метров (СКО 1-4,5 м).The values obtained from expression (3) are used to calculate the magnetic course estimates
Figure 00000027
and pipeline
Figure 00000028
, depth and range of the pipe
Figure 00000029
according to the algorithms (4) - (9). These values calculated by BC 11 are displayed on LCD 12. The components of the Earth’s magnetic field T ξ T η , as well as the values of magnetic declination along the pipeline route, are recorded in BC 11 from an external source (magnetic or optical disk) or from the keyboard in the form of a local coded binary cards (Beloglazov I.N., Tarasenko V.P. Correlation-extremal systems. M: Sov. radio, 1974.- 392 pp.) based on the model of the international analytical field Magsat, AWC, IGS. Initial values of the geographical coordinates of the operator ξ necessary for the calculations o g , η o g , ζ o g recorded in the computer memory from the receiver of the SNA 13 before positioning and during operation are determined by the SNA. Knowing the coordinates of the operator ξ o g , η o g , ζ o g in the geographical coordinate system Oξ g η g ζ g obtained as a result of rotation of the geomagnetic coordinate system Oξηζ around the Oη axis by the angle of magnetic declination, the geographical coordinates of the pipeline ξ are determined t g , η t g , ζ t g :
Figure 00000030

Figure 00000031
(10)
Figure 00000032

The accuracy of the positioning of the pipeline route in this case mainly depends on the accuracy of determining the coordinates of the operator. To verify the appropriateness of using the positioning system, mathematical modeling of its operation on a computer was carried out taking into account the errors of the sensors (SDS errors of 5 deg / h, accelerometers 3 • 10 -3 m / s 2 , TMM 10 nT). The simulation was carried out at values of T ξ = 30000 nT, T η = -50000 nT, F k = 200000 nTl 2 , ε = 0.25 rad. According to the results of mathematical modeling, the range (≈ 5 m) and depth (≈ 3 m) of the pipeline relative to the operator is determined with an error of 10 - 20 cm. It is also known that the error in determining the coordinates of the operator using the SNA, when it is in differential mode, is unity meters (standard deviation 1-4.5 m).

Вычисленные при позиционировании участка трубопровода значения географических координат трубопровода ξ т г , η т г , ζ т г заносятся в память БК 11, так же как и географические координаты оператора ξ o г , η o г , ζ o г , значения

Figure 00000033
Эти величины в любой момент как во время позиционирования, так и после него, могут быть выведены на встроенный дисплей БК 11 для анализа и проверки результатов работы системы позиционирования.The values of the geographical coordinates of the pipeline calculated at positioning the pipeline section ξ t g , η t g , ζ t g are stored in the memory of BC 11, as well as the geographical coordinates of the operator ξ o g , η o g , ζ o g , values
Figure 00000033
These values at any time both during positioning and after it can be displayed on the integrated display of the BC 11 for analysis and verification of the results of the positioning system.

Claims (1)

Система позиционирования трассы подземного трубопровода, состоящая из датчика напряженности магнитного поля с усилителем, системы обработки информации и устройства ориентации, отличающаяся тем, что в нее дополнительно внесены немагнитная штанга, приемник спутниковой навигационной системы, бортовой компьютер с аналого-цифровым преобразователем и системой индикации, а также восемь датчиков напряженности магнитного поля так, что датчики напряженности магнитного поля в совокупности выполнены в виде трех трехкомпонентных магнитометров, укрепленных на жесткой немагнитной штанге, соединенной с корпусом, причем магнитометры разнесены вдоль ее оси, так что три триэдра измерительных осей параллельны соответственно друг другу и измерительным осям датчиков устройства ориентации, в качестве которого применена бесплатформенная инерциальная система, состоящая из трехкомпонентного блока измерителей кажущихся ускорений и трехкомпонентного блока гироскопических датчиков угловых скоростей, жестко установленных на корпусе, в качестве системы обработки информации использован бортовой компьютер с аналого-цифровым преобразователем и системой индикации, выходы трехкомпонентных магнитометров, а также выходы трехкомпонентного блока измерителей кажущегося ускорения и трехкомпонентного блока гироскопических датчиков угловых скоростей соединены со входами аналого-цифрового преобразователя, выходы которого соединены со входами бортового компьютера, к выходу которого присоединена система индикации, к порту бортового компьютера присоединен выход приемника спутниковой навигационной системы, элементы системы позиционирования прикреплены к общему корпусу, который имеет лямки для закрепления на человеке-операторе. An underground pipeline route positioning system, consisting of a magnetic field strength sensor with an amplifier, an information processing system and an orientation device, characterized in that it additionally includes a non-magnetic rod, a satellite navigation receiver, an on-board computer with an analog-to-digital converter and an indication system, and also eight magnetic field sensors so that the magnetic field sensors in the aggregate are made in the form of three three-component magnetometers mounted on a rigid non-magnetic rod connected to the housing, the magnetometers being spaced along its axis, so that the three trihedra of the measuring axes are parallel to each other and the measuring axes of the sensors of the orientation device, which uses a strapdown inertial system consisting of a three-component block of apparent acceleration meters and a three-component block of gyroscopic angular velocity sensors, rigidly mounted on the housing, as an information processing system using An on-board computer with an analog-to-digital converter and an indication system, the outputs of the three-component magnetometers, as well as the outputs of the three-component block of apparent acceleration meters and the three-component block of gyroscopic angular velocity sensors are connected to the inputs of the analog-to-digital converter, the outputs of which are connected to the inputs of the on-board computer, to the output of which display system is connected, receiver output of satellite navigation system is connected to the on-board computer port, system elements positioning attached to a common housing, which has straps for mounting on a human operator.
RU99110650A 1999-05-11 1999-05-11 Device for positioning of underground pipeline trajectory RU2152059C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99110650A RU2152059C1 (en) 1999-05-11 1999-05-11 Device for positioning of underground pipeline trajectory

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99110650A RU2152059C1 (en) 1999-05-11 1999-05-11 Device for positioning of underground pipeline trajectory

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2152059C1 true RU2152059C1 (en) 2000-06-27

Family

ID=20220139

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99110650A RU2152059C1 (en) 1999-05-11 1999-05-11 Device for positioning of underground pipeline trajectory

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2152059C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006015310A2 (en) * 2004-07-29 2006-02-09 Metrotech Corporation, Inc. Sensor fusion for model-based detection in pipe and cable locator systems
US7113124B2 (en) 2003-11-25 2006-09-26 Metrotech Corporation, Inc. Centerline and depth locating method for non-metallic buried utility lines
US7834801B2 (en) 2003-11-25 2010-11-16 Metrotech Corporation, Inc. Sensor fusion for model-based detection in pipe and cable locator systems
CN114601264A (en) * 2022-03-07 2022-06-10 江西鑫铂瑞科技有限公司 Online real-time positioning method and system for master console

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7113124B2 (en) 2003-11-25 2006-09-26 Metrotech Corporation, Inc. Centerline and depth locating method for non-metallic buried utility lines
US7834801B2 (en) 2003-11-25 2010-11-16 Metrotech Corporation, Inc. Sensor fusion for model-based detection in pipe and cable locator systems
WO2006015310A2 (en) * 2004-07-29 2006-02-09 Metrotech Corporation, Inc. Sensor fusion for model-based detection in pipe and cable locator systems
WO2006015310A3 (en) * 2004-07-29 2006-04-20 Metrotech Corp Inc Sensor fusion for model-based detection in pipe and cable locator systems
CN114601264A (en) * 2022-03-07 2022-06-10 江西鑫铂瑞科技有限公司 Online real-time positioning method and system for master console

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2558724C2 (en) Diagnostic complex for determination of pipeline position, and method for determining relative displacement of pipeline as per results of two and more inspection passes of diagnostic complex for determination of pipelines position
US7730625B2 (en) Gyroscopically-oriented survey tool
RU2395061C1 (en) Method to determine position of movable objects and integrated navigation system to this end
EP3397923B1 (en) Improved surveying pole
Ladetto et al. Digital magnetic compass and gyroscope integration for pedestrian navigation
CN103175529A (en) Pedestrian inertial positioning system based on indoor magnetic field feature assistance
Wahdan et al. Magnetometer calibration for portable navigation devices in vehicles using a fast and autonomous technique
CN101187568A (en) Multi-position strapping north-seeking system direction effect calibration method
Miller Indoor navigation for first responders: a feasibility study
CN104062687A (en) Air ground integrated geomagnetic field combined observation method and system
US20100088063A1 (en) Method and Apparatus for Precision Azimuth Measurement
US7386942B2 (en) Method and apparatus for mapping the trajectory in the subsurface of a borehole
CN107014388A (en) A kind of pedestrian track projectional technique and device detected based on magnetic disturbance
CN110057356B (en) Method and device for positioning vehicles in tunnel
CN102134989A (en) Method for point measurement of well by gyroscopic inclinometer
Vydhyanathan et al. The next generation Xsens motion trackers for industrial applications
US20140249750A1 (en) Navigational and location determination system
CN201242443Y (en) Calibration instrument for airplane magnetic compass
JP2006119144A (en) Road linearity automatic survey device
RU2152059C1 (en) Device for positioning of underground pipeline trajectory
AU2013203365A1 (en) Apparatus for aligning drilling machines
US10006770B2 (en) Remote location determination system
Meisina et al. Choice of surveying methods for landslides monitoring
Karamat et al. A tightly-coupled reduced multi-sensor system for urban navigation
CN110702102B (en) Magnetic navigation system for navigation aircraft and navigation method thereof