CN102900366A - 一种水平定向钻自由轨迹规划及纠偏方法 - Google Patents

一种水平定向钻自由轨迹规划及纠偏方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102900366A
CN102900366A CN2012104158161A CN201210415816A CN102900366A CN 102900366 A CN102900366 A CN 102900366A CN 2012104158161 A CN2012104158161 A CN 2012104158161A CN 201210415816 A CN201210415816 A CN 201210415816A CN 102900366 A CN102900366 A CN 102900366A
Authority
CN
China
Prior art keywords
point
track
formula
angle
interlude
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Granted
Application number
CN2012104158161A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102900366B (zh
Inventor
叶桦
孙晓洁
李静
高雪林
李根营
任峥峥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Xuzhou XCMG Foundation Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Southeast University
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 Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN201210415816.1A priority Critical patent/CN102900366B/zh
Publication of CN102900366A publication Critical patent/CN102900366A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102900366B publication Critical patent/CN102900366B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

本发明涉及一种水平定向钻自由轨迹规划及纠偏方法，该方法包括一种基于标定点的自由轨迹生成算法和一种对应的轨迹纠偏策略，首先，采用格栅法获取标定点，其次根据设计参数和机械参数，依次进行入土直线规划、出土直线规划和中间段轨迹规划，在中间段轨迹规划中要用到点到点轨迹算法规划。在水平定向钻实际运行过程中，采用导向仪和钻杆运动情况相结合的钻孔轨迹监测方法进行入土直线段、中间段和出土直线段的轨迹纠偏，在中间段时用到纠偏算法和估测算法。上述方法实现了水平定向钻的自动轨迹规划和纠偏，简化了水平定向钻的操作方式，提高了工作效率和质量。

Description

一种水平定向钻自由轨迹规划及纠偏方法
本发明涉及一种水平定向钻的自由轨迹规划及纠偏方法，属于水平定向钻的控制技术领域。
背景技术
水平定向钻是一种用于实现在不开挖地表面条件下铺设多种地下设施，如管道、电缆等的工程机械，这种施工方式既节约成本又减少环境破坏。目前对水平定向钻的操作大多采用手动方式，在水平定向钻施工准备期，由于地下环境复杂且不可视，操作人员需要预先做好轨迹规划的工作，同时，在施工进行中，操作人员还需要做好实时轨迹纠偏的工作，这对施工人员的技术水平与经验提出了较高的要求。
发明内容
为了克服现有技术的不足：本发明的目的在于提供一种可改进水平定向钻的操作方式，提高工作效率和工作质量的水平定向钻自由轨迹规划及纠偏方法。
本发明的技术方案为：
一种水平定向钻自由轨迹规划及纠偏方法，其特征在于，包括基于表定点的自由轨迹生成的步骤和自由轨迹纠偏的步骤，而所述的自由轨迹包括入土直线段、中间段和出土直线段，其中，所述的自由轨迹生成的步骤具体为：
（11）利用格栅法获取标定点；在液晶显示屏中显示已设障碍物的示意图的界面中根据比例画出网格，然后在中间段范围内，用户点击网格上任意点，确认后得到用户输入点，所述的用户输入点以距中间段的起始点的水平距离排列顺序，距离最近的点为用户第一输入点；
（12）入土直线规划：根据入土角的范围和入土直线最小长度要求，选取第一个点，并将第一个点作为中间段规划的起始点；
（13）出土直线规划：根据出土角的范围和出土直线最小长度要求，选取最后一个点，作为中间段规划的最终点；
（14）中间段轨迹规划：根据步骤（2）确定的中间段的起始点和步骤（3）确定的中间段的最终点，并以用户第一输入点为中间段的第二个点，用户最后输入点为中间段的倒数第二个点，并从中间段的起始点开始，所有点间采用点到点轨迹算法进行规划；
（15）建立点到点轨迹算法模型：构建二维坐标系，并根据坐标关系、全弯曲角公式和几何关系建立点到点轨迹算法模型；
（16）利用迭代法求解点到点轨迹算法模型，
而所述的自由轨迹纠偏的步骤具体为：
（21）当水平定向钻的钻头钻进入土直线段时保持直线钻进，不进行纠偏，但要根据当前实际钻头位置估计实际的中间段起始点，若实际的中间段起始点与设计点偏差大于阈值时，要预先用纠偏算法计算修正轨迹，纠偏算法有解时，更新未施工的轨迹段的轨迹；若无解，提示用户查看初始入土角是否设置正确，退回所有钻杆，调整入土角重新钻进；
（22）当水平定向钻的钻头钻进轨迹中间段时，当监测到的实际轨迹点与对应设计点偏差超过阈值时，采用纠偏算法计算修正轨迹，若纠偏算法有解时，用修正轨迹更新当前未施工的轨迹部分，继续钻进；若纠偏算法无解时，无法生成修正轨迹，此时要回拖钻杆到上一确定点，用估测算法计算当前环境的参数，进行修正，重新钻进，继续监测；
（23）当水平定向钻的钻头钻进出土直线段时，保持直线钻进，不进行纠偏。
进一步，所述的用户在自由输入标定点时具有条件范围限制，具体为：（1）在入土直线段和出土直线段的范围内不允许输入点，在入土直线和出土直线范围内不允许输入标定点；（2）在关键障碍物处要有三个输入点。
而所述的点到点轨迹算法模型的建立方法为：
构建二维坐标系：设入土点为O，出土点为C，然后取入土点O为坐标原点，重锤方向为y轴正方向，入土点O和出土点C的连线及y轴组成的面上的过O点的水平线为x轴，O到C的方向为x轴的正方向，形成二维的                                                
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE001
坐标系；
在所述的构建的
Figure 315396DEST_PATH_IMAGE001
坐标系中，设中间段的起始点为，设自由轨迹的目标点为
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE003
，中间还设置有输入点D、E、以及在B点的后面还设置有下一输入点G，其中，AD为圆弧端，DE为直线段，EB为圆弧段，而
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE004
为点在自由轨迹中的方向，
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE005
为
Figure 418798DEST_PATH_IMAGE003
点在自由轨迹中的方向，其中，所述的FB方向为B点、G点连线方向和A点、G点连线方向的角平分线方向，当B点为中间段的最终点时，B点方向为出土直线段的方向，圆弧AD在A点和D点分别做切线，所述的两根切线相交于C点，圆弧EB在E点和B点分别做切线，所述的两根切线相交于F点，圆弧
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE006
和圆弧
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE007
的曲率半径取最小曲率半径，
由上述的坐标关系可得：
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE008
                     式（1）
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE009
                       式（2）
根据全弯曲角的计算公式，得到：
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE010
                  式（3）
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE011
                  式（4）
由几何关系得到
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE012
                                                                        式（5）
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE013
                                                                       式（6）
其中，已知量
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE014
为起始点
Figure 594433DEST_PATH_IMAGE002
的坐标，
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE015
为目标点
Figure 457740DEST_PATH_IMAGE003
的坐标，
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE016
为
Figure 811361DEST_PATH_IMAGE002
的顶角，则点的切线与水平线夹角
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE019
为目标点
Figure 152661DEST_PATH_IMAGE003
的顶角；未知待求量
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE020
为轨迹第一段圆弧段的两切线交点与切点的距离，
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE021
为轨迹第二段圆弧段的两切线交点与切点的距离，
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE022
为轨迹第一段圆弧段对应的圆心角，为轨迹第二段圆弧段对应的圆心角，
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE024
为轨迹直线段长度，
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE025
为直线段的顶角。
此外，所述的迭代法步骤如下：
（101）取
Figure 274069DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure 267433DEST_PATH_IMAGE021
的迭代初始值
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE026
，
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE027
，迭代精度；
（102）计算
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE029
和
Figure 929752DEST_PATH_IMAGE025
，由式（1），令
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE030
                         式（7）
则可得到
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE031
                                                式（8）
                                                           式（9）
（103）检查
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE033
是否成立，若不满足，则令和
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE035
，跳转到步骤（102）重新开始计算；
（104）根据弯曲角公式计算
Figure 73289DEST_PATH_IMAGE022
和
Figure 642679DEST_PATH_IMAGE023
的值；
（105）根据几何关系公式计算
Figure 603682DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure 642045DEST_PATH_IMAGE021
的值，检验是否满足
Figure DEST_PATH_IMAGE036
和
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE037
，若满足精度的要求，则迭代结束；若不满足，则令
Figure 995797DEST_PATH_IMAGE034
和
Figure 639268DEST_PATH_IMAGE035
，跳转到步骤（102）重新开始计算，直到满足精度要求。
再进一步，所述的实际轨迹点的监测方法为：在无导向仪反馈的位置信号时，实际轨迹根据钻杆完成情况取得，当收到一根钻杆完成动作的信号后，监测界面上显示的实际完成轨迹增加一根钻杆的长度；在收到导向仪反馈的位置信号后，修正当前显示的钻杆头位置，判断实际轨迹与规划轨迹偏差是否在允许范围内，若超出允许范围，则进行纠偏处理，提出新的规划轨迹及对应动作指令。
而所述的纠偏算法的具体步骤为：
步骤1、构建三维坐标系，利用三维坐标关系、全弯曲角公式和几何关系建立三维的点到点纠偏算法模型；
步骤2：使用迭代法求解三维的点到点纠偏算法模型；
步骤3：目标点的选择：利用纠偏算法来修正的轨迹段为中间段，具体为：以当前钻进钻杆位置为基准往后顺推1个钻杆长度得到纠偏目标点，判断是否可以纠偏成功，若不可，继续往后顺推n个钻杆长，所述的n为2、3、4……，纠偏目标点最远不超过下一用户输入点。
所述的三维的点到点纠偏算法模型的建立方法具体为：
构建三维坐标系：设入土点为O，然后取入土点O为坐标原点，重锤方向为y轴正方向，水平线为x轴，与所述的x轴和y轴构成的平面垂直的OZ线为z轴，建立三维的
Figure DEST_PATH_IMAGE038
坐标系；
在所述的
Figure 302331DEST_PATH_IMAGE038
坐标系中，设实际钻进到达
Figure 31252DEST_PATH_IMAGE002
点位置，
Figure 147283DEST_PATH_IMAGE004
为点在实际轨迹中的方向，设钻进纠偏到的目标点为
Figure 948066DEST_PATH_IMAGE003
，中间还设置有输入点D、E，其中，AD为圆弧端，DE为直线段，EB为圆弧段，且自由轨迹钻进至
Figure 695442DEST_PATH_IMAGE003
点处时，B点的顶角和坐标方位角和原设计轨迹
Figure 859838DEST_PATH_IMAGE003
点一致，所述的两个圆弧段
Figure 212322DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 951608DEST_PATH_IMAGE007
都位于各自的空间斜平面内，且两者不共面，圆弧AD在A点和D点分别做切线，所述的两根切线相交于C点，圆弧EB在E点和B点分别做切线，所述的两根切线相交于F点，圆弧
Figure 389542DEST_PATH_IMAGE006
和圆弧
Figure 341318DEST_PATH_IMAGE007
的曲率半径取最小曲率半径，
由上述的
Figure 859893DEST_PATH_IMAGE038
三维坐标关系可得
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE039
                     式（10）
Figure DEST_PATH_IMAGE040
                                            式（11）
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE041
                式（12）
根据全弯曲角的计算公式，得到
Figure DEST_PATH_IMAGE042
                                   式（13）
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE043
                                  式（14）
由几何关系得到
Figure 379867DEST_PATH_IMAGE012
                                                                                             式（15）
Figure 305098DEST_PATH_IMAGE013
                                                                                            式（16）
其中，已知量
Figure DEST_PATH_IMAGE044
为偏差点
Figure 326143DEST_PATH_IMAGE002
的坐标，
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE045
为目标点
Figure 967734DEST_PATH_IMAGE003
的坐标，
Figure 252084DEST_PATH_IMAGE016
为
Figure 195770DEST_PATH_IMAGE002
的顶角，则
Figure 223768DEST_PATH_IMAGE002
点的切线与水平线夹角
Figure 952821DEST_PATH_IMAGE017
，，
Figure 573475DEST_PATH_IMAGE019
为目标点的顶角，
Figure DEST_PATH_IMAGE046
为
Figure 283997DEST_PATH_IMAGE002
的坐标方位角，
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE047
为目标点
Figure 175730DEST_PATH_IMAGE003
的坐标方位角；待求未知量
Figure 359587DEST_PATH_IMAGE020
为纠偏轨迹第一段圆弧段的两切线交点与切点的距离，即和
Figure DEST_PATH_IMAGE048
的长度，
Figure 698612DEST_PATH_IMAGE024
为纠偏轨迹直线段长度，即直线段
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE049
长度，
Figure 26825DEST_PATH_IMAGE025
为直线段的顶角，为直线段的坐标方位角，
Figure 481334DEST_PATH_IMAGE021
为纠偏轨迹第二段圆弧段的两切线交点与切点的距离，即
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE051
和
Figure 185985DEST_PATH_IMAGE005
的长度，
Figure 993404DEST_PATH_IMAGE022
为纠偏轨迹第一段圆弧段对应的圆心角，即圆弧
Figure 961360DEST_PATH_IMAGE006
对应的圆心角，
Figure 339382DEST_PATH_IMAGE023
为纠偏轨迹第二段圆弧段对应的圆心角，即圆弧
Figure 847724DEST_PATH_IMAGE007
对应的圆心角。
而所述的求解三维的点到点纠偏算法模型的迭代法为：
（201）取，
Figure 382928DEST_PATH_IMAGE021
的迭代初始值
Figure 12361DEST_PATH_IMAGE026
，
Figure 262077DEST_PATH_IMAGE027
，迭代精度；
（202）计算
Figure 88267DEST_PATH_IMAGE024
，，
Figure DEST_PATH_IMAGE052
，由式（10）-式（12），令
       
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE053
                         式（17）
则可得到
Figure DEST_PATH_IMAGE054
                                                             式（18）
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE055
                                                                     式（19）
                                                                                式（20）
（203）检查
Figure 667858DEST_PATH_IMAGE033
是否成立，若不满足，则令
Figure 507638DEST_PATH_IMAGE034
和
Figure 785035DEST_PATH_IMAGE035
，跳转到步骤（202）重新开始计算；
（204）根据弯曲角公式计算和
Figure 465733DEST_PATH_IMAGE023
的值；
（205）根据几何关系公式计算
Figure 707489DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure 359050DEST_PATH_IMAGE021
的值，检验是否满足
Figure 935525DEST_PATH_IMAGE036
和，若满足精度的要求，则迭代结束；若不满足，则令
Figure 676265DEST_PATH_IMAGE034
和
Figure 810312DEST_PATH_IMAGE035
跳转到步骤（202）重新开始计算，直到满足精度要求。
其中，所述的估测算法用于中间段，具体为：
当所述的中间段为直线段到曲线段的过渡段时：设曲线段中一根钻杆的实际轨迹为
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE057
，为直线段，为曲线段，已知AC直线段的长度为
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE059
，A点坐标
Figure 213929DEST_PATH_IMAGE044
、B点坐标，A、B点的顶角和方位角分别为
Figure 672909DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 487892DEST_PATH_IMAGE046
、
Figure 224904DEST_PATH_IMAGE019
、
Figure 279447DEST_PATH_IMAGE047
，弧长度为一根钻杆的长度
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE061
，则
Figure DEST_PATH_IMAGE062
为C、B两点运动向量的夹角，C点的顶角和方位角与A点相同，得到
                                                    式（21）
则可求得当前最小曲率半径
Figure DEST_PATH_IMAGE064
；
当所述的中间段为全部的曲线段时：设曲线段中一根钻杆实际轨迹为
Figure 115816DEST_PATH_IMAGE060
，已知A、B点坐标分别为
Figure 91863DEST_PATH_IMAGE044
、
Figure 678571DEST_PATH_IMAGE045
，A、B点的顶角和方位角分别为
Figure 322042DEST_PATH_IMAGE016
、、
Figure 714026DEST_PATH_IMAGE019
、
Figure 792840DEST_PATH_IMAGE047
，弧长度为一根钻杆的长度
Figure 344355DEST_PATH_IMAGE061
，则
Figure 91732DEST_PATH_IMAGE062
为A、B两点运动向量的夹角，得到
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE065
                                                    式（22）
则可求得当前最小曲率半径
Figure 554330DEST_PATH_IMAGE064
。
本发明的有益效果为：本发明采用格栅法获取标定点，能够对复杂地形和障碍物进行准确的描述和避让，使得轨迹规划更合理；且本发明所述的自由轨迹规划方法改进了传统的手动操作方式，在标定点的基础上可以自动计算钻头运行轨迹，提高了水平定向钻的工作效率和质量；而所述的导向仪和钻杆运动情况相结合的钻孔轨迹监测方法能较准确地反映当前水平定向钻的位置信息，是轨迹纠偏算法实施的基础；所述的轨迹纠偏算法能较好地纠正水平定向钻在运行过程中出现的偏差，提高了水平定向钻的施工水平；且所述的估测算法解决了纠偏算法无解时的情况，是对纠偏算法的补充和完善。
附图说明
图1是水平定向钻钻孔轨迹模型图；
图2是本发明所述的格栅法获取标定点的界面示意图；
图3是本发明的标定点入土范围限制图示；
图4是本发明的标定点出土范围限制图示；
图5是本发明点到点轨迹算法模型示意图；
图6是本发明的自由轨迹规划效果图；
图7是本发明入土直线段的纠偏策略流程图；
图8是本发明中间段的纠偏策略流程图；
图9是本发明三维点到点纠偏算法模型示意图；
图10是本发明纠偏目标点选择方案流程图；
图11是估算直线段到曲线段的过渡段时的最小曲率半径图；
图12是估算弧线时的最小曲率半径图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
在水平定向钻进行自由轨迹规划和纠偏处理前，首先需要利用设计向导指导操作人员输入必要的初始信息，包括机械参数、环境参数和设计参数。
机械参数是指水平定向钻机器与钻杆自身的一些属性，比如钻机型号、钻杆直径、钻杆单根长度、钻杆极限弯曲半径、钻头直径和钻头长度。当操作人员选择钻杆型号后，系统能自动填充相应的机械信息，操作人员可以在此参考信息基础上对直径、长度和极限弯曲半径参数进行修改。
环境参数指的是施工场地周边的地理地貌信息，包括穿越区域模型范围和地貌数据，其中，穿越区域模型范围包括施工范围的长度、宽度、深度，也即施工区域是由施工范围所决定的空间立方体，如某导向钻进非开挖铺管工程，要求穿越的水平距离为200米，水平埋深为20米，左右偏距在±5米，穿越区域三维模型参数可确定为：长度=200米，宽度=10米，深度=20米；地貌数据包括类型选择、起点位置、终点位置和深度，对于非开挖铺管工程，施工区域经常遇到的地貌类型主要有草地、河流、建筑和公路，根据工程施工场地的实际地貌情况输入地貌数据，建立施工区域地貌模型和范围数据，并在液晶屏上实时显示地貌的缩略图。
设计参数是指操作人员根据施工要求对施工参数做出范围限定，包括综合设计参数（设计造斜强度）、入土段参数（最大入土角、最小入土角、最小直线钻杆数）和出土段参数（最大出土角、最小出土角、出土点距起点水平距离、出土点与起点高差）。对所有输入的设计参数数据，系统会进行初步验证，包括：设计造斜强度不能小于钻杆的极限，设计钻孔深度要大于地貌深度，设计钻孔深度要小于模型预定深度，预设偏差不支持负值，出入土最小角度小于出入土最大角度设定等，对不符数据要弹出对话框进行相应的提示。
钻杆的轨迹设计方案是否合理正确是非开挖施工成功的首要条件，一般在进行轨迹设计前，要进行现场踏勘和工程勘察，充分掌握现场的资料，调查分析施工地区的各方面情况，包括施工地区的工程地质和水文地质的情况，地表对钻孔位置的限制条件，地形起伏情况，现有地下管线的分布、性质，地下障碍物的分布、水域覆盖面积和深度等；明确要铺设的管线性质、目的和材料，确保轨迹设计满足工程需求；考虑施工尽可能方便和安全钻进；尽可能减少施工中的辅助工序，或降低辅助工序施工的难度，以达到较好的经济效益。
钻孔轨迹设计的主要内容包括以下几个方面：
（1）确定钻孔类型和轨迹形式：钻孔类型和轨迹形式取决于管线的性质、目的、材料和铺设要求、地质条件、施工单位的设备和施工手段的性能，还与工人操作水平、现有地下管线的分布、地面上下的障碍物的分布、水域覆盖面积和深度、施工的安全性和经济性有关；
（2）确定合理的导向强度：导向强度是进行导向轨迹设计的关键参数，它决定了钻孔弯曲的剧烈程度，其取决于造斜工具的造斜能力和土层的造斜能力。除此之外，导向强度越大，钻孔的弯曲曲率越大，因此导向强度的确定必须结合钻杆安全工作的极限弯曲程度、要铺设管线的工作要求等限制条件。确定合理的导向强度是进行轨迹设计的首要前提；
（3）确定入土角和出土角：入土角是钻进装置的倾斜度与地面坡度之差，即钻头轴线与水平面所成的锐角。入土角较小时，可较容易过渡到水平面，钻杆弯曲程度较小；入土角较大时，会使钻孔轨迹变深、变长；
（4）确定钻孔轨迹描述参数：轨迹设计的结果是提供一条空间弯曲的钻孔轨迹曲线，需确定的轨迹参数包括钻杆数量与每根钻杆的空间位置、直曲线段的划分及每段的长度、对应的钻杆编号、倾角和方位角；
（5）确定导向控制的指导方案：为使钻机实现轨迹，在确定轨迹描述参数的同时，还应该确定实现所设计轨迹的相应导向控制指导方案。导向控制指导方案是包括每根钻杆的具体动作状态，如钻进或回拖、钻头旋转或不旋转、面向角参数、动作执行距离等内容。在施工时，导向控制指导方案可以有效地使实际轨迹符合设计轨迹，保证铺设管线位置准确的重要施工参考资料；
（6）在钻机钻进过程中，总会因为各种原因使得实际轨迹偏离规划好的轨迹。因此，需要制定轨迹监测的方案，以方便用户了解到钻杆轨迹的实际执行位置和实时情况，且为纠偏提供必要的数据；
（7）确定轨迹纠偏策略：当实际轨迹偏离设计轨迹时，要实施纠偏策略，使轨迹能够顺利进行；
（8）进行经济效益预估：对所设计的轨迹进行经济效益预估。不同钻孔轨迹设计方案的经济效益对比，是导向孔轨迹优化设计的一个指标。
进行钻孔轨迹设计的基础是要建立相应的轨迹空间坐标系，必须清楚理解表征钻孔轨迹空间位置的点、线、面和角之间的关系以及钻孔轨迹的描述方法。首先，给出以下的模型假设：
（1）假设钻杆挺进长度与弯曲相对角度（相对初始角度）成一函数关系；
（2）施工人员预先获知并输入全部相关障碍物与其他管道信息，输入钻杆出入土角的范围数值（弧度制）；
（3）施工人员输入确定的入土与出土曲率半径、合理的钻掘深度和出入土点距离；
（4）将轨迹的曲线段视为标准的圆弧段。
同时，给出如下约定条件：
（1）将输入的管道信息与障碍物信息等以矩形块或圆形的几何形式描述；
（2）以当前环境最大弯曲度进行弯曲段施工。
水平定向钻的钻孔轨迹是由若干空间直线和曲线组成的。轨迹分为“入土直线段-中间段-出土直线段”三段，依次标定各衔接点，即将轨迹分为“OA-AB-BC”三段，参见图1。已知障碍物的位置及深度等参数，中间段是由若干个曲线段和直线段组成，由用户输入的标定点确定。考虑到入土点O与出土点不一定在同一水平面，实际出土点可能低于或高于C点，如图所示的
Figure DEST_PATH_IMAGE066
点。
如图1所示：构建如下坐标系：取入土点（起点）O为坐标原点，重锤方向为y轴正方向，入土点O、出土点C连线及y轴组成的面上的过O点的水平线为x轴，O到C的方向为x轴的正方向，此构建方式使得在轨迹初始规划中的三维坐标z值为0，从而把三维降为二维。因此在轨迹设计阶段，设计轨迹用二维坐标就可表达，以二维坐标系为研究对象。
基于上述轨迹模型，本发明设计了一种基于标定点的自由轨迹生成算法，其步骤如下：
步骤1：用格栅法获取标定点。用户可以通过在触摸屏上设置多个标定点来避免施工中的多个障碍物，采用格栅法减少了用户的输入误差，参见图2。在具体实施例中，液晶屏中显示已设障碍物示意图，界面上根据比例画出网格，方便用户自由点击确定坐标，用户点击网格上任意点，当确定位置后点“确定输入该点”按钮，界面弹出当前点坐标，若输入点有误，可点“删除上一输入点”按钮。用户输入点以距起始点的水平距离来排列顺序，距离最近的点为用户第一输入点；
用户在自由输入标定点时有一定的范围限制，才能生成有效的轨迹，包括：（1）由于入土角和出土角有范围，且轨迹要有一定长度的入土直线和出土直线，因此，在入土直线和出土直线范围内不允许输入点，参见图3，OP为最小入土直线和出土直线，圆弧内不允许用户输入点；（2）自由轨迹规划需要避开障碍，因此在关键障碍物处要有三个输入点，来对轨迹进行引导。
步骤2：入土直线规划：根据入土角的范围和入土直线最小长度要求，来取第一个点，用来作为后面中间轨迹段规划的起始点。如图3所示：在具体实施例中，入土角的范围为
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE067
到
Figure DEST_PATH_IMAGE068
，在弧中选取一点P，则
Figure DEST_PATH_IMAGE070
为入土直线段，P点作为后面中间轨迹段规划的起始点，方向为的方向。
步骤3：出土直线规划：根据出土角的范围和出土直线最小长度要求，来取最后一个中间段的点。如图4所示：在具体实施例中，出土角的范围为
Figure 52625DEST_PATH_IMAGE067
到
Figure 490559DEST_PATH_IMAGE068
，在弧
Figure 957182DEST_PATH_IMAGE069
中选取一点P，则
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE071
为出土直线段，P点作为中间轨迹段规划的最终点，方向为
Figure 960910DEST_PATH_IMAGE071
的方向。
步骤4：中间段轨迹规划：根据用户输入点和入土直线、出土直线来规划的，其中，在入土直线和出土直线规划中，确定了中间段轨迹规划的起始点与最终点，即用户第一输入点为中间段轨迹规划中的第二个点，用户最后输入点为中间段轨迹规划中的倒数第二个点。从中间段起始点开始，所有点间要用点到点轨迹算法规划。
步骤5：建立点到点轨迹算法模型。如图5所示：在
Figure 605518DEST_PATH_IMAGE001
坐标系中，起始点
Figure 530748DEST_PATH_IMAGE002
，为
Figure 613291DEST_PATH_IMAGE002
点在轨迹中的方向。规划轨迹到的目标点为
Figure 445112DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 388797DEST_PATH_IMAGE005
为
Figure 151217DEST_PATH_IMAGE003
点在轨迹中的方向，
Figure 129537DEST_PATH_IMAGE005
方向由两个方向共同决定，一个是B点和下一输入点G的连线方向，另一个是A点和G点连线方向，为使轨迹尽量平滑，B点方向取两方向的角平分线方向，特别地，当B点为最终点时，方向取出土直线段的方向。轨迹中两个圆弧段
Figure 633724DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 533547DEST_PATH_IMAGE007
，每个圆弧段是增斜还是降斜，是增加方向还是减小方向，将依赖于具体的设计条件，通过求解约束方程来确定。
和
Figure 666905DEST_PATH_IMAGE048
为圆弧
Figure 89796DEST_PATH_IMAGE006
的切线，切点分别为
Figure 758806DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure DEST_PATH_IMAGE072
。
Figure 659766DEST_PATH_IMAGE051
和
Figure 347099DEST_PATH_IMAGE005
为圆弧
Figure 144154DEST_PATH_IMAGE007
的切线，切点分别为
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE073
和
Figure 798995DEST_PATH_IMAGE003
。圆弧
Figure 503646DEST_PATH_IMAGE006
和圆弧
Figure 311065DEST_PATH_IMAGE007
的曲率半径取最小曲率半径。在轨迹规划中，圆弧的曲率半径取最小曲率半径，以使直线段最大，圆弧段最短。
由图5的坐标关系可得
Figure 826491DEST_PATH_IMAGE008
                     式（1）
Figure 453781DEST_PATH_IMAGE009
                       式（2）
根据全弯曲角的计算公式，得到
Figure 899806DEST_PATH_IMAGE010
                  式（3）
Figure 827311DEST_PATH_IMAGE011
                  式（4）
由几何关系得到
Figure 966168DEST_PATH_IMAGE012
                                                                        式（5）
Figure 332952DEST_PATH_IMAGE013
                                                                       式（6）
其中，已知量
Figure 379405DEST_PATH_IMAGE014
为起始点
Figure 364679DEST_PATH_IMAGE002
的坐标，
Figure 205596DEST_PATH_IMAGE015
为目标点
Figure 276320DEST_PATH_IMAGE003
的坐标，
Figure 877197DEST_PATH_IMAGE016
为的顶角，则
Figure 728795DEST_PATH_IMAGE002
点的切线与水平线夹角
Figure 817974DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 721077DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 415363DEST_PATH_IMAGE019
为目标点
Figure 598083DEST_PATH_IMAGE003
的顶角；未知待求量为轨迹第一段圆弧段的两切线交点与切点的距离，为轨迹第二段圆弧段的两切线交点与切点的距离，为轨迹第一段圆弧段对应的圆心角，为轨迹第二段圆弧段对应的圆心角，
Figure 817843DEST_PATH_IMAGE024
为轨迹直线段长度，
Figure 282322DEST_PATH_IMAGE025
为直线段的顶角。
步骤6：求解点到点轨迹算法模型：使用迭代法求解上述方程组式（1）-式（6），可以得到满意的轨迹规划结果。在具体实施例中，迭代法步骤如下：
（101）取
Figure 951201DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure 6882DEST_PATH_IMAGE021
的迭代初始值
Figure 495632DEST_PATH_IMAGE026
，，迭代精度
Figure 589983DEST_PATH_IMAGE028
；
（102）计算
Figure 754248DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure 792611DEST_PATH_IMAGE025
，由式（1），令
Figure 333314DEST_PATH_IMAGE030
                         式（7）
则可得到
Figure 993097DEST_PATH_IMAGE031
                                                式（8）
Figure 390580DEST_PATH_IMAGE032
                                                           式（9）
（103）检查
Figure 385081DEST_PATH_IMAGE033
是否成立，若不满足，则令
Figure 729474DEST_PATH_IMAGE034
和
Figure 273457DEST_PATH_IMAGE035
，跳转到步骤（102）重新开始计算；
（104）根据弯曲角公式计算
Figure 779525DEST_PATH_IMAGE022
和
Figure 526901DEST_PATH_IMAGE023
的值；
（105）根据几何关系公式计算
Figure 206144DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure 558628DEST_PATH_IMAGE021
的值，检验是否满足
Figure 783067DEST_PATH_IMAGE036
和
Figure 752160DEST_PATH_IMAGE037
，若满足精度的要求，则迭代结束；若不满足，则令
Figure 438356DEST_PATH_IMAGE034
和，跳转到步骤（102）重新开始计算，直到满足精度要求。
在具体实施例中，根据上述步骤1-步骤5，根据入土直线规划、出土直线规划、中间段轨迹规划的算法，进行编程实现测试，设置好初始条件及输入标定点后，实施自由轨迹算法，效果如图6所示。
钻出导向孔是水平定向钻施工的关键工序的第一步，预扩孔要按照穿越的要求以导向孔曲线为轴心线，将孔道逐步的扩大到满足回拖条件的直径。实际钻进轨迹孔道的好坏直接影响到管道回拖成功与否，是工程能否顺利完工的重要因素。但是在导向孔钻进过程中，经常出现实际轨迹偏离设计轨迹的情况。根据非开挖穿越施工的经验分析，偏离原因有以下几个原因：
（1）钻机起始入土角与管线设计穿越中心线有偏差，造成钻进一开始就需要纠正偏差；
（2）受到了外部磁场的影响，如高压线、地下光电缆、桥墩以及地层情况等方面均会干扰导向孔钻进中磁方位角数据，导致计算机显示数据与钻头的真实情况有偏差；
（3）因地层状况等外部不可避免因素造成的偏差；
（4）在导向孔钻进过程中，由于钻机操作人员人为操作有误，使穿越轨迹与设计曲线发生偏移；
（5）测量不精确，如穿越中心线的磁方位角测量值不精确、向计算机输入的钻杆长度不精确等。
为了减少水平定向钻实际轨迹偏离设计轨迹的情况，需要对实际的钻孔轨迹进行测量，并与规划轨迹相比较来纠正两者之间的偏差。在具体施工过程中，由于导向仪是间隔一段时间才能获取钻孔的位置信息，不可能对实际的钻孔轨迹的每个点进行测量计算，因此在监测钻孔轨迹时需要借助钻杆运动的完成情况。钻孔轨迹的监测方法为：在无导向仪反馈的位置信号时，实际轨迹根据钻杆完成情况取得，即当收到一根钻杆完成动作的信号后，监测界面上显示的实际完成轨迹增加一根钻杆的长度；在收到导向仪反馈的位置信号后，修正当前显示的钻杆头位置，判断实际轨迹与规划轨迹偏差是否在允许范围内，若超出允许范围，则进行纠偏处理，提出新的规划轨迹及对应动作指令。
针对轨迹规划分为“入土直线段-中间段-出土直线段”三段，纠偏策略也分为三个阶段：
第1阶段：当钻进处于入土直线段时保持直线钻进，不进行纠偏，但要根据当前实际钻头位置估计实际的中间段起始点。若实际的中间段起始点与设计点偏差大于阈值时，要预先用纠偏算法计算修正轨迹。纠偏算法有解时，更新未施工的轨迹段的轨迹；若无解，提示用户查看初始入土角是否设置正确，退回所有钻杆，调整入土角重新钻进，具体流程如图7所示。
第2阶段：当钻进处于轨迹中间段时，当监测到的实际轨迹点与对应设计点偏差超过阈值时，要用纠偏算法计算修正轨迹。若纠偏算法有解时，用修正轨迹更新当前未施工的轨迹部分，继续钻进；若纠偏算法无解时，无法生成修正轨迹，此时要回拖钻杆到上一确定点，用估测算法计算当前环境的参数，进行修正，重新钻进，继续监测，具体流程如图8所示。
第3阶段：当钻进处于出土直线段时保直钻进，不进行纠偏。
上述纠偏策略中第二阶段的钻孔轨迹纠偏算法具体步骤如下：
步骤1：建立三维的点到点纠偏算法模型：在实际钻进过程中，偏差点不一定在
Figure 555534DEST_PATH_IMAGE001
坐标系中，因此要考虑更一般的三维情况，采用空间“圆弧段一直线段一圆弧段” 的纠偏轨迹模型。如图9所示：在坐标系中，实际钻进到达点位置，
Figure 612242DEST_PATH_IMAGE004
为
Figure 427751DEST_PATH_IMAGE002
点在实际轨迹中的方向。钻进纠偏到的目标点为
Figure 122169DEST_PATH_IMAGE003
。采用此模型调整顶角与坐标方位角，可使得轨迹钻进至
Figure 150168DEST_PATH_IMAGE003
点处时顶角和坐标方位角和原设计轨迹
Figure 862909DEST_PATH_IMAGE003
点一致。纠偏轨迹中两个圆弧段
Figure 318161DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 14721DEST_PATH_IMAGE007
都位于各自的空间斜平面内，通常两者不共面。每个圆弧段是增斜还是降斜，是增加方向还是减小方向，将依赖于具体的设计条件，通过求解约束方程来确定。
Figure 626837DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 662926DEST_PATH_IMAGE048
为圆弧
Figure 820238DEST_PATH_IMAGE006
的切线，切点分别为和
Figure 108317DEST_PATH_IMAGE072
。和
Figure 592705DEST_PATH_IMAGE005
为圆弧
Figure 749011DEST_PATH_IMAGE007
的切线，切点分别为
Figure 188083DEST_PATH_IMAGE073
和
Figure 198764DEST_PATH_IMAGE003
。
Figure 2012104158161100002DEST_PATH_IMAGE075
在一条直线上。圆弧
Figure 963458DEST_PATH_IMAGE006
和圆弧
Figure 108525DEST_PATH_IMAGE007
的曲率半径取最小曲率半径。
由图9的三维坐标关系可得
Figure 351287DEST_PATH_IMAGE039
                     式（10）
                                            式（11）
Figure 417649DEST_PATH_IMAGE041
                式（12）
根据全弯曲角的计算公式，得到
Figure 17389DEST_PATH_IMAGE042
                                   式（13）
Figure 532684DEST_PATH_IMAGE043
                                  式（14）
由几何关系得到
Figure 314695DEST_PATH_IMAGE012
                                                                                             式（15）
                                                                                            式（16）
其中，已知量
Figure 960757DEST_PATH_IMAGE044
为偏差点
Figure 60169DEST_PATH_IMAGE002
的坐标，
Figure 899949DEST_PATH_IMAGE045
为目标点
Figure 911767DEST_PATH_IMAGE003
的坐标，
Figure 266525DEST_PATH_IMAGE016
为
Figure 858044DEST_PATH_IMAGE002
的顶角，则
Figure 365380DEST_PATH_IMAGE002
点的切线与水平线夹角
Figure 16941DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 327836DEST_PATH_IMAGE018
，为目标点
Figure 334155DEST_PATH_IMAGE003
的顶角，为
Figure 3745DEST_PATH_IMAGE002
的坐标方位角，
Figure 202645DEST_PATH_IMAGE047
为目标点的坐标方位角；待求未知量
Figure 396046DEST_PATH_IMAGE020
为纠偏轨迹第一段圆弧段的两切线交点与切点的距离，即
Figure 697845DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 231595DEST_PATH_IMAGE048
的长度，
Figure 754980DEST_PATH_IMAGE024
为纠偏轨迹直线段长度，即直线段
Figure 715983DEST_PATH_IMAGE049
长度，
Figure 3614DEST_PATH_IMAGE025
为直线段的顶角，
Figure 544316DEST_PATH_IMAGE050
为直线段的坐标方位角，
Figure 453366DEST_PATH_IMAGE021
为纠偏轨迹第二段圆弧段的两切线交点与切点的距离，即
Figure 54112DEST_PATH_IMAGE051
和
Figure 314192DEST_PATH_IMAGE005
的长度，
Figure 189744DEST_PATH_IMAGE022
为纠偏轨迹第一段圆弧段对应的圆心角，即圆弧
Figure 422142DEST_PATH_IMAGE006
对应的圆心角，
Figure 741259DEST_PATH_IMAGE023
为纠偏轨迹第二段圆弧段对应的圆心角，即圆弧
Figure 223056DEST_PATH_IMAGE007
对应的圆心角。
步骤2：求解三维的点到点纠偏算法模型：使用迭代法求解上述方程组式（10）-式（16），可以得到待求未知量，
Figure 254783DEST_PATH_IMAGE021
，
Figure 257985DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 695920DEST_PATH_IMAGE025
，
Figure 913275DEST_PATH_IMAGE050
，
Figure 120265DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 30452DEST_PATH_IMAGE023
7个参数值。在具体实施例中，迭代法步骤如下：
（201）取
Figure 237574DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure 461882DEST_PATH_IMAGE021
的迭代初始值
Figure 585695DEST_PATH_IMAGE026
，
Figure 604467DEST_PATH_IMAGE027
，迭代精度
Figure 548152DEST_PATH_IMAGE028
；
（202）计算
Figure 622156DEST_PATH_IMAGE024
，
Figure 803739DEST_PATH_IMAGE025
，
Figure 790150DEST_PATH_IMAGE052
，由式（10）-式（12），令
       
Figure 221131DEST_PATH_IMAGE053
                  式（17）
则可得到
Figure 787241DEST_PATH_IMAGE054
                                                             式（18）
Figure 636380DEST_PATH_IMAGE055
                                                                     式（19）
Figure 262533DEST_PATH_IMAGE056
                                                                                式（20）
（203）检查
Figure 915232DEST_PATH_IMAGE033
是否成立，若不满足，则令
Figure 81771DEST_PATH_IMAGE034
和
Figure 237945DEST_PATH_IMAGE035
，跳转到步骤（202）重新开始计算；
（204）根据弯曲角公式计算
Figure 818356DEST_PATH_IMAGE022
和的值；
（205）根据几何关系公式计算
Figure 131843DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure 673682DEST_PATH_IMAGE021
的值，检验是否满足和，若满足精度的要求，则迭代结束；若不满足，则令和
Figure 189928DEST_PATH_IMAGE035
跳转到步骤（202）重新开始计算，直到满足精度要求。
步骤3：目标点的选择。纠偏算法实施需要确定纠偏的目标点，目标点的选择不能太远，否则轨迹调控将失去意义，又不能选择过近，否则会导致算法模型无解或实际施工无法操作。为使纠偏成功且偏差尽快修正，给出如下目标点选择方案：用纠偏算法来修正的轨迹段为中间段；以当前钻进钻杆位置为基准往后顺推1个钻杆长度得到纠偏目标点；判断是否可以纠偏成功，若不可，继续往后顺推2个、3个、……钻杆长；纠偏目标点最远不超过下一用户输入点，具体流程如图10所示。
对于纠偏算法，当偏离规划轨迹过大时，是无解的。上文所述纠偏策略中第二阶段的估测算法是解决纠偏算法无解时的一种方案。因为钻孔轨迹的形成是受众多确定因素和随机因素综合影响的结果，钻孔弯曲规律也随着实际环境会有不同，可以根据已经完成的钻孔数据得到钻孔弯曲规律，来估测当前钻杆走向趋势。也即，可以根据当前实际轨迹估算出当前地段的最小曲率半径，用新的数据来进行纠偏算法计算。
估测算法主要用在中间段执行，分为以下两种情况： 
情况1：直线段到曲线段的过渡段，即一根钻杆先走直线再走弧线，如图11所示。假设曲线段中一根钻杆实际轨迹为，为直线段，
Figure 4673DEST_PATH_IMAGE058
为曲线段，已知AC直线段长度为
Figure 521105DEST_PATH_IMAGE059
，A、B点坐标
Figure 830863DEST_PATH_IMAGE044
、
Figure 432746DEST_PATH_IMAGE045
，A、B点的顶角和方位角
Figure 486152DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 873403DEST_PATH_IMAGE046
、
Figure 885221DEST_PATH_IMAGE019
、
Figure 443241DEST_PATH_IMAGE047
，弧
Figure 831497DEST_PATH_IMAGE060
长度为一根钻杆的长度，则
Figure 491859DEST_PATH_IMAGE062
为C、B两点运动向量的夹角，C点的顶角和方位角与A点相同，得到
                                                    式（21）
则可求得当前最小曲率半径
Figure 197964DEST_PATH_IMAGE064
。
情况2：一根钻杆全走弧线，参见图12。假设曲线段中一根钻杆实际轨迹为，已知A、B点坐标
Figure 913427DEST_PATH_IMAGE044
、
Figure 180461DEST_PATH_IMAGE045
，A、B点的顶角和方位角
Figure 176098DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 376136DEST_PATH_IMAGE046
、
Figure 369499DEST_PATH_IMAGE019
、
Figure 169834DEST_PATH_IMAGE047
，弧
Figure 438004DEST_PATH_IMAGE060
长度为一根钻杆的长度
Figure 961389DEST_PATH_IMAGE061
，则
Figure 187971DEST_PATH_IMAGE062
为A、B两点运动向量的夹角，得到
Figure 429597DEST_PATH_IMAGE065
                                                    式（22）
则可求得当前最小曲率半径
Figure 252191DEST_PATH_IMAGE064
。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (9)

1.一种水平定向钻自由轨迹规划及纠偏方法，其特征在于，包括基于表定点的自由轨迹生成的步骤和自由轨迹纠偏的步骤，而所述的自由轨迹包括入土直线段、中间段和出土直线段，其中，所述的自由轨迹生成的步骤具体为：
（11）利用格栅法获取标定点；在液晶显示屏中显示已设障碍物的示意图的界面中根据比例画出网格，然后在中间段范围内，用户点击网格上任意点，确认后得到用户输入点，所述的用户输入点以距中间段的起始点的水平距离排列顺序，距离最近的点为用户第一输入点；
（12）入土直线规划：根据入土角的范围和入土直线最小长度要求，选取第一个点，并将第一个点作为中间段规划的起始点；
（13）出土直线规划：根据出土角的范围和出土直线最小长度要求，选取最后一个点，作为中间段规划的最终点；
（14）中间段轨迹规划：根据步骤（2）确定的中间段的起始点和步骤（3）确定的中间段的最终点，并以用户第一输入点为中间段的第二个点，用户最后输入点为中间段的倒数第二个点，并从中间段的起始点开始，所有点间采用点到点轨迹算法进行规划；
（15）建立点到点轨迹算法模型：构建二维坐标系，并根据坐标关系、全弯曲角公式和几何关系建立点到点轨迹算法模型；
（16）利用迭代法求解点到点轨迹算法模型，
而所述的自由轨迹纠偏的步骤具体为：
（21）当水平定向钻的钻头钻进入土直线段时保持直线钻进，不进行纠偏，但要根据当前实际钻头位置估计实际的中间段起始点，若实际的中间段起始点与设计点偏差大于阈值时，要预先用纠偏算法计算修正轨迹，纠偏算法有解时，更新未施工的轨迹段的轨迹；若无解，提示用户查看初始入土角是否设置正确，退回所有钻杆，调整入土角重新钻进；
（22）当水平定向钻的钻头钻进轨迹中间段时，当监测到的实际轨迹点与对应设计点偏差超过阈值时，采用纠偏算法计算修正轨迹，若纠偏算法有解时，用修正轨迹更新当前未施工的轨迹部分，继续钻进；若纠偏算法无解时，无法生成修正轨迹，此时要回拖钻杆到上一确定点，用估测算法计算当前环境的参数，进行修正，重新钻进，继续监测；
（23）当水平定向钻的钻头钻进出土直线段时，保持直线钻进，不进行纠偏。
2.根据权利要求1所述的一种水平定向钻自由轨迹规划及纠偏方法，其特征在于，所述的用户在自由输入标定点时具有条件范围限制，具体为：（1）在入土直线段和出土直线段的范围内不允许输入点，在入土直线和出土直线范围内不允许输入标定点；（2）在关键障碍物处要有三个输入点。
3.根据权利要求1所述的一种水平定向钻自由轨迹规划及纠偏方法，其特征在于，所述的点到点轨迹算法模型的建立方法为：
构建二维坐标系：设入土点为O，出土点为C，然后取入土点O为坐标原点，重锤方向为y轴正方向，入土点O和出土点C的连线及y轴组成的面上的过O点的水平线为x轴，O到C的方向为x轴的正方向，形成二维的                                                
Figure 952213DEST_PATH_IMAGE001
坐标系；
在所述的构建的
Figure 857852DEST_PATH_IMAGE001
坐标系中，设中间段的起始点为
Figure 143864DEST_PATH_IMAGE002
，设自由轨迹的目标点为
Figure 855468DEST_PATH_IMAGE003
，中间还设置有输入点D、E、以及在B点的后面还设置有下一输入点G，其中，AD为圆弧端，DE为直线段，EB为圆弧段，而
Figure 923918DEST_PATH_IMAGE004
为点在自由轨迹中的方向，
Figure 567575DEST_PATH_IMAGE005
为
Figure 20553DEST_PATH_IMAGE003
点在自由轨迹中的方向，其中，所述的FB方向为B点、G点连线方向和A点、G点连线方向的角平分线方向，当B点为中间段的最终点时，B点方向为出土直线段的方向，圆弧AD在A点和D点分别做切线，所述的两根切线相交于C点，圆弧EB在E点和B点分别做切线，所述的两根切线相交于F点，圆弧
Figure 192777DEST_PATH_IMAGE006
和圆弧
Figure 440219DEST_PATH_IMAGE007
的曲率半径取最小曲率半径，
由上述的坐标关系可得：
               式（1）
                        式（2）
根据全弯曲角的计算公式，得到：
Figure 263184DEST_PATH_IMAGE010
                   式（3）
Figure 933725DEST_PATH_IMAGE011
                   式（4）
由几何关系得到
Figure 429428DEST_PATH_IMAGE012
                                                                         式（5）
Figure 20947DEST_PATH_IMAGE013
                                                                        式（6）
其中，已知量
Figure 167763DEST_PATH_IMAGE014
为起始点的坐标，
Figure 723695DEST_PATH_IMAGE015
为目标点
Figure 56587DEST_PATH_IMAGE003
的坐标，
Figure 870960DEST_PATH_IMAGE016
为
Figure 880373DEST_PATH_IMAGE002
的顶角，则
Figure 85089DEST_PATH_IMAGE002
点的切线与水平线夹角
Figure 485589DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 154467DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 85514DEST_PATH_IMAGE019
为目标点
Figure 26794DEST_PATH_IMAGE003
的顶角；未知待求量为轨迹第一段圆弧段的两切线交点与切点的距离，
Figure 490454DEST_PATH_IMAGE021
为轨迹第二段圆弧段的两切线交点与切点的距离，
Figure 841669DEST_PATH_IMAGE022
为轨迹第一段圆弧段对应的圆心角，为轨迹第二段圆弧段对应的圆心角，
Figure 561681DEST_PATH_IMAGE024
为轨迹直线段长度，
Figure 126523DEST_PATH_IMAGE025
为直线段的顶角。
4.根据权利要求3所述的一种水平定向钻自由轨迹规划及纠偏方法，其特征在于，所述的迭代法步骤如下：
（101）取，
Figure 318175DEST_PATH_IMAGE021
的迭代初始值
Figure 662568DEST_PATH_IMAGE026
，
Figure 832650DEST_PATH_IMAGE027
，迭代精度
Figure 791247DEST_PATH_IMAGE028
；
（102）计算和，由式（1），令
Figure 101509DEST_PATH_IMAGE029
                          式（7）
则可得到
Figure 981740DEST_PATH_IMAGE030
                                                 式（8）
                                                            式（9）
（103）检查是否成立，若不满足，则令和
Figure 678508DEST_PATH_IMAGE034
，跳转到步骤（102）重新开始计算；
（104）根据弯曲角公式计算
Figure 790690DEST_PATH_IMAGE022
和
Figure 952681DEST_PATH_IMAGE023
的值；
（105）根据几何关系公式计算
Figure 466707DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure 423162DEST_PATH_IMAGE021
的值，检验是否满足
Figure 22640DEST_PATH_IMAGE035
和
Figure 988322DEST_PATH_IMAGE036
，若满足精度的要求，则迭代结束；若不满足，则令
Figure 359785DEST_PATH_IMAGE033
和
Figure 815037DEST_PATH_IMAGE034
，跳转到步骤（102）重新开始计算，直到满足精度要求。
5.根据权利要求1所述的一种水平定向钻自由轨迹规划及纠偏方法，其特征在于，所述的实际轨迹点的监测方法为：在无导向仪反馈的位置信号时，实际轨迹根据钻杆完成情况取得，当收到一根钻杆完成动作的信号后，监测界面上显示的实际完成轨迹增加一根钻杆的长度；在收到导向仪反馈的位置信号后，修正当前显示的钻杆头位置，判断实际轨迹与规划轨迹偏差是否在允许范围内，若超出允许范围，则进行纠偏处理，提出新的规划轨迹及对应动作指令。
6.根据权利要求1所述的一种水平定向钻自由轨迹规划及纠偏方法，其特征在于，所述的纠偏算法的具体步骤为：
步骤1、构建三维坐标系，利用三维坐标关系、全弯曲角公式和几何关系建立三维的点到点纠偏算法模型；
步骤2：使用迭代法求解三维的点到点纠偏算法模型；
步骤3：目标点的选择：利用纠偏算法来修正的轨迹段为中间段，具体为：以当前钻进钻杆位置为基准往后顺推1个钻杆长度得到纠偏目标点，判断是否可以纠偏成功，若不可，继续往后顺推n个钻杆长，所述的n为2、3、4……，纠偏目标点最远不超过下一用户输入点。
7.根据权利要求6所述的一种水平定向钻自由轨迹规划及纠偏方法，其特征在于，所述的三维的点到点纠偏算法模型的建立方法具体为：
构建三维坐标系：设入土点为O，然后取入土点O为坐标原点，重锤方向为y轴正方向，水平线为x轴，与所述的x轴和y轴构成的平面垂直的OZ线为z轴，建立三维的
Figure 386963DEST_PATH_IMAGE037
坐标系；
在所述的
Figure 140025DEST_PATH_IMAGE037
坐标系中，设实际钻进到达点位置，
Figure 5530DEST_PATH_IMAGE004
为
Figure 314020DEST_PATH_IMAGE002
点在实际轨迹中的方向，设钻进纠偏到的目标点为
Figure 621505DEST_PATH_IMAGE003
，中间还设置有输入点D、E，其中，AD为圆弧端，DE为直线段，EB为圆弧段，且自由轨迹钻进至
Figure 964630DEST_PATH_IMAGE003
点处时，B点的顶角和坐标方位角和原设计轨迹
Figure 761685DEST_PATH_IMAGE003
点一致，所述的两个圆弧段
Figure 308204DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 216117DEST_PATH_IMAGE007
都位于各自的空间斜平面内，且两者不共面，圆弧AD在A点和D点分别做切线，所述的两根切线相交于C点，圆弧EB在E点和B点分别做切线，所述的两根切线相交于F点，圆弧
Figure 404960DEST_PATH_IMAGE006
和圆弧
Figure 310599DEST_PATH_IMAGE007
的曲率半径取最小曲率半径，
由上述的
Figure 406731DEST_PATH_IMAGE037
三维坐标关系可得
Figure 305286DEST_PATH_IMAGE038
               式（10）
Figure 108157DEST_PATH_IMAGE039
                                             式（11）
Figure 247014DEST_PATH_IMAGE040
                 式（12）
根据全弯曲角的计算公式，得到
Figure 17393DEST_PATH_IMAGE041
                             式（13）
                                   式（14）
由几何关系得到
Figure 190065DEST_PATH_IMAGE012
                                                                                              式（15）
Figure 686774DEST_PATH_IMAGE013
                                                                                             式（16）
其中，已知量
Figure 695182DEST_PATH_IMAGE043
为偏差点的坐标，
Figure 778249DEST_PATH_IMAGE044
为目标点
Figure 196592DEST_PATH_IMAGE003
的坐标，
Figure 754612DEST_PATH_IMAGE016
为
Figure 533081DEST_PATH_IMAGE002
的顶角，则
Figure 165051DEST_PATH_IMAGE002
点的切线与水平线夹角
Figure 82191DEST_PATH_IMAGE017
，，
Figure 381771DEST_PATH_IMAGE019
为目标点
Figure 196144DEST_PATH_IMAGE003
的顶角，为
Figure 410273DEST_PATH_IMAGE002
的坐标方位角，
Figure 609173DEST_PATH_IMAGE046
为目标点
Figure 467932DEST_PATH_IMAGE003
的坐标方位角；待求未知量
Figure 398979DEST_PATH_IMAGE020
为纠偏轨迹第一段圆弧段的两切线交点与切点的距离，即
Figure 153309DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 77271DEST_PATH_IMAGE047
的长度，
Figure 538340DEST_PATH_IMAGE024
为纠偏轨迹直线段长度，即直线段
Figure 968184DEST_PATH_IMAGE048
长度，
Figure 396760DEST_PATH_IMAGE025
为直线段的顶角，
Figure 609567DEST_PATH_IMAGE049
为直线段的坐标方位角，
Figure 253038DEST_PATH_IMAGE021
为纠偏轨迹第二段圆弧段的两切线交点与切点的距离，即
Figure 775155DEST_PATH_IMAGE050
和
Figure 441759DEST_PATH_IMAGE005
的长度，
Figure 520574DEST_PATH_IMAGE022
为纠偏轨迹第一段圆弧段对应的圆心角，即圆弧
Figure 208432DEST_PATH_IMAGE006
对应的圆心角，
Figure 917762DEST_PATH_IMAGE023
为纠偏轨迹第二段圆弧段对应的圆心角，即圆弧
Figure 868400DEST_PATH_IMAGE007
对应的圆心角。
8.根据权利要求7所述的一种水平定向钻自由轨迹规划及纠偏方法，其特征在于，所述的求解三维的点到点纠偏算法模型的迭代法为：
（201）取
Figure 937856DEST_PATH_IMAGE020
，的迭代初始值
Figure 170571DEST_PATH_IMAGE026
，
Figure 795457DEST_PATH_IMAGE027
，迭代精度
Figure 153757DEST_PATH_IMAGE028
；
（202）计算，
Figure 926727DEST_PATH_IMAGE025
，
Figure 789640DEST_PATH_IMAGE051
，由式（10）-式（12），令
                                式（17）
则可得到
Figure 277044DEST_PATH_IMAGE053
                                                              式（18）
Figure 499078DEST_PATH_IMAGE054
                                                                      式（19）
Figure 911605DEST_PATH_IMAGE055
                                                                                 式（20）
（203）检查
Figure 126555DEST_PATH_IMAGE032
是否成立，若不满足，则令和
Figure 435493DEST_PATH_IMAGE034
，跳转到步骤（202）重新开始计算；
（204）根据弯曲角公式计算
Figure 522267DEST_PATH_IMAGE022
和
Figure 898497DEST_PATH_IMAGE023
的值；
（205）根据几何关系公式计算
Figure 387116DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure 685373DEST_PATH_IMAGE021
的值，检验是否满足
Figure 72492DEST_PATH_IMAGE035
和
Figure 629245DEST_PATH_IMAGE036
，若满足精度的要求，则迭代结束；若不满足，则令
Figure 457523DEST_PATH_IMAGE033
和
Figure 444458DEST_PATH_IMAGE034
跳转到步骤（202）重新开始计算，直到满足精度要求。
9.根据权利要求1所述的一种水平定向钻自由轨迹规划及纠偏方法，其特征在于，所述的估测算法用于中间段，具体为：
当所述的中间段为直线段到曲线段的过渡段时：设曲线段中一根钻杆的实际轨迹为
Figure 53294DEST_PATH_IMAGE056
，
Figure 164470DEST_PATH_IMAGE004
为直线段，
Figure 362102DEST_PATH_IMAGE057
为曲线段，已知AC直线段的长度为
Figure 267741DEST_PATH_IMAGE058
，A点坐标、B点坐标
Figure 200111DEST_PATH_IMAGE044
，A、B点的顶角和方位角分别为
Figure 65298DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 391106DEST_PATH_IMAGE045
、
Figure 912218DEST_PATH_IMAGE019
、
Figure 363533DEST_PATH_IMAGE046
，弧长度为一根钻杆的长度
Figure 596248DEST_PATH_IMAGE060
，则
Figure 853923DEST_PATH_IMAGE061
为C、B两点运动向量的夹角，C点的顶角和方位角与A点相同，得到
Figure 907329DEST_PATH_IMAGE062
                                                     式（21）
则可求得当前最小曲率半径
Figure 684792DEST_PATH_IMAGE063
；
当所述的中间段为全部的曲线段时：设曲线段中一根钻杆实际轨迹为
Figure 352403DEST_PATH_IMAGE059
，已知A、B点坐标分别为
Figure 644844DEST_PATH_IMAGE043
、，A、B点的顶角和方位角分别为
Figure 320862DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 972423DEST_PATH_IMAGE045
、
Figure 955423DEST_PATH_IMAGE019
、，弧
Figure 89305DEST_PATH_IMAGE059
长度为一根钻杆的长度
Figure 115030DEST_PATH_IMAGE060
，则
Figure 569014DEST_PATH_IMAGE061
为A、B两点运动向量的夹角，得到
                                                     式（22）
则可求得当前最小曲率半径
Figure 108897DEST_PATH_IMAGE063
。
CN201210415816.1A 2012-10-26 2012-10-26 一种水平定向钻自由轨迹规划及纠偏方法 Expired - Fee Related CN102900366B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210415816.1A CN102900366B (zh) 2012-10-26 2012-10-26 一种水平定向钻自由轨迹规划及纠偏方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210415816.1A CN102900366B (zh) 2012-10-26 2012-10-26 一种水平定向钻自由轨迹规划及纠偏方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102900366A true CN102900366A (zh) 2013-01-30
CN102900366B CN102900366B (zh) 2015-03-04

Family

ID=47572825

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210415816.1A Expired - Fee Related CN102900366B (zh) 2012-10-26 2012-10-26 一种水平定向钻自由轨迹规划及纠偏方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102900366B (zh)

Cited By (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104533289A (zh) * 2014-12-19 2015-04-22 国家电网公司 架空输电线路接地网非开挖施工方法
CN104695863A (zh) * 2015-01-27 2015-06-10 新奥气化采煤有限公司 水平井轨迹校正方法
CN104895499A (zh) * 2015-05-19 2015-09-09 新奥气化采煤有限公司 水平井轨迹校正方法
CN105156097A (zh) * 2015-07-06 2015-12-16 中煤科工集团西安研究院有限公司 钻孔轨迹测量的数据处理方法
WO2016036360A1 (en) * 2014-09-03 2016-03-10 Halliburton Energy Services, Inc. Automated wellbore trajectory control
CN105452600A (zh) * 2013-06-26 2016-03-30 动力钻井技术股份有限公司 用于根据成本选择钻井路径的系统和方法
CN105971516A (zh) * 2016-05-26 2016-09-28 中煤科工集团西安研究院有限公司 一种煤矿井下定向钻进防串孔方法
CN106767624A (zh) * 2016-11-11 2017-05-31 广州市城市规划勘测设计研究院 非开挖管线三维轨迹特征点提取存储入库方法
CN106939768A (zh) * 2017-05-17 2017-07-11 中南大学 一种潜孔钻定向调整装置及其定向调整方法
CN107203316A (zh) * 2017-06-22 2017-09-26 贵州财经大学 水平定向钻管道回拖计算方法和装置
CN107292033A (zh) * 2017-06-22 2017-10-24 贵州财经大学 导向孔钻进轨迹预测方法和装置
CN107301293A (zh) * 2017-06-22 2017-10-27 贵州财经大学 基于绞盘的回拖计算方法和装置
CN108138561A (zh) * 2015-09-30 2018-06-08 安百拓凿岩有限公司 用于钻凿计划生成的系统和方法
CN108894768A (zh) * 2018-06-25 2018-11-27 中国地质大学（武汉） 一种基于蝙蝠算法和井壁稳定的钻进轨迹设计方法与系统
CN109063349A (zh) * 2018-08-08 2018-12-21 北京道亨时代科技有限公司 一种电缆空间转弯轨迹计算方法
CN109138985A (zh) * 2017-06-26 2019-01-04 中国石油天然气股份有限公司 管道定向钻穿越轨迹的全角变化率确定方法及装置
CN109973011A (zh) * 2019-03-20 2019-07-05 湖北省水利水电规划勘测设计院 一种提高台阶爆破预裂孔钻孔精度的钻孔方法及钻孔装置
CN110805428A (zh) * 2019-10-29 2020-02-18 北京市燃气集团有限责任公司 一种基于管道长度的定向钻轨迹拟合方法及装置
CN110863813A (zh) * 2019-10-29 2020-03-06 北京市燃气集团有限责任公司 一种基于施工数据的定向钻轨迹拟合方法及装置
CN110985009A (zh) * 2019-12-18 2020-04-10 山东黄金矿业股份有限公司新城金矿 倾斜钻孔施工方法
CN111550604A (zh) * 2020-05-22 2020-08-18 江苏普莱宁城市规划设计有限公司 一种定向导向仪管道探测方法
CN112012758A (zh) * 2020-09-04 2020-12-01 盾构及掘进技术国家重点实验室 盾构机推进控制系统性能优化方法
CN112255966A (zh) * 2020-10-30 2021-01-22 西北工业大学 一种窄长类自由曲面零件加工轨迹自适应生成方法
CN112762948A (zh) * 2021-01-09 2021-05-07 化学工业第一勘察设计院有限公司 一种勘察路径生成方法、装置、服务器及存储介质
CN112859195A (zh) * 2021-01-04 2021-05-28 国网上海市电力公司 一种非开挖电力管道的精准定位方法
CN112882441A (zh) * 2021-01-27 2021-06-01 南京航空航天大学 一种用户自定义的轨迹规划方法
CN113051775A (zh) * 2021-04-13 2021-06-29 中南大学 一种基于改进径向移动算法的水平定向钻进轨迹优化方法
CN113204236A (zh) * 2021-04-14 2021-08-03 华中科技大学 一种智能体路径跟踪控制方法
CN113741526A (zh) * 2021-09-13 2021-12-03 北京微纳星空科技有限公司 无人机偏离运行轨迹的纠正方法、装置及可读存储介质
CN113756721A (zh) * 2020-05-29 2021-12-07 宁波金地电子有限公司 一种钻探系统的消除倾角积累误差的方法
CN114089390A (zh) * 2021-11-23 2022-02-25 安徽富煌科技股份有限公司 一种基于权重的轨迹纠偏算法
CN114961559A (zh) * 2022-05-30 2022-08-30 北京市燃气集团有限责任公司 一种根据导向控制参数拟合定向钻轨迹的方法及装置
CN115288659A (zh) * 2022-07-21 2022-11-04 邵阳市水利水电勘测设计院 一种应用于水库大坝的定向穿管装置
CN116088414A (zh) * 2021-11-08 2023-05-09 苏州维嘉科技股份有限公司 纠偏方法、装置、设备及存储介质、叠板生产线

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4995465A (en) * 1989-11-27 1991-02-26 Conoco Inc. Rotary drillstring guidance by feedrate oscillation
CN1807827A (zh) * 2006-02-09 2006-07-26 北京发研工程技术有限公司 在钢筋混凝土上进行高精度水平钻孔施工方法及装置
JP3958982B2 (ja) * 2002-02-26 2007-08-15 鹿島建設株式会社 水平削孔の方向制御方法及びその削孔用ロッド
CN101821472A (zh) * 2007-08-27 2010-09-01 弗米尔制造公司 用于动态钻孔过程重新配置的设备和方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4995465A (en) * 1989-11-27 1991-02-26 Conoco Inc. Rotary drillstring guidance by feedrate oscillation
JP3958982B2 (ja) * 2002-02-26 2007-08-15 鹿島建設株式会社 水平削孔の方向制御方法及びその削孔用ロッド
CN1807827A (zh) * 2006-02-09 2006-07-26 北京发研工程技术有限公司 在钢筋混凝土上进行高精度水平钻孔施工方法及装置
CN101821472A (zh) * 2007-08-27 2010-09-01 弗米尔制造公司 用于动态钻孔过程重新配置的设备和方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
宗全兵等: "非开挖导向钻进钻孔轨迹的优化设计", 《西部探矿工程》 *
闫相祯等: "水平定向钻技术在管道穿越工程中的应用研究", 《石油学报》 *

Cited By (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105452600A (zh) * 2013-06-26 2016-03-30 动力钻井技术股份有限公司 用于根据成本选择钻井路径的系统和方法
CN105452600B (zh) * 2013-06-26 2019-05-17 动力钻井技术股份有限公司 用于根据成本选择钻井路径的系统和方法
US12051122B2 (en) 2013-06-26 2024-07-30 Motive Drilling Technologies, Inc. Systems and methods for drilling a well
US11170454B2 (en) 2013-06-26 2021-11-09 Motive Drilling Technologies, Inc. Systems and methods for drilling a well
US10907468B2 (en) 2014-09-03 2021-02-02 Halliburton Energy Services, Inc. Automated wellbore trajectory control
WO2016036360A1 (en) * 2014-09-03 2016-03-10 Halliburton Energy Services, Inc. Automated wellbore trajectory control
GB2541849A (en) * 2014-09-03 2017-03-01 Halliburton Energy Services Inc Automated wellbore trajectory control
CN106661938A (zh) * 2014-09-03 2017-05-10 哈里伯顿能源服务公司 自动化井筒轨迹控制
GB2541849B (en) * 2014-09-03 2019-03-13 Halliburton Energy Services Inc Automated wellbore trajectory control
CN104533289A (zh) * 2014-12-19 2015-04-22 国家电网公司 架空输电线路接地网非开挖施工方法
CN104695863A (zh) * 2015-01-27 2015-06-10 新奥气化采煤有限公司 水平井轨迹校正方法
CN104895499A (zh) * 2015-05-19 2015-09-09 新奥气化采煤有限公司 水平井轨迹校正方法
CN105156097A (zh) * 2015-07-06 2015-12-16 中煤科工集团西安研究院有限公司 钻孔轨迹测量的数据处理方法
CN108138561A (zh) * 2015-09-30 2018-06-08 安百拓凿岩有限公司 用于钻凿计划生成的系统和方法
CN105971516A (zh) * 2016-05-26 2016-09-28 中煤科工集团西安研究院有限公司 一种煤矿井下定向钻进防串孔方法
CN106767624A (zh) * 2016-11-11 2017-05-31 广州市城市规划勘测设计研究院 非开挖管线三维轨迹特征点提取存储入库方法
CN106939768A (zh) * 2017-05-17 2017-07-11 中南大学 一种潜孔钻定向调整装置及其定向调整方法
CN106939768B (zh) * 2017-05-17 2023-07-25 中南大学 一种潜孔钻定向调整装置及其定向调整方法
CN107301293A (zh) * 2017-06-22 2017-10-27 贵州财经大学 基于绞盘的回拖计算方法和装置
CN107292033A (zh) * 2017-06-22 2017-10-24 贵州财经大学 导向孔钻进轨迹预测方法和装置
CN107203316A (zh) * 2017-06-22 2017-09-26 贵州财经大学 水平定向钻管道回拖计算方法和装置
CN109138985A (zh) * 2017-06-26 2019-01-04 中国石油天然气股份有限公司 管道定向钻穿越轨迹的全角变化率确定方法及装置
CN109138985B (zh) * 2017-06-26 2021-11-02 中国石油天然气股份有限公司 管道定向钻穿越轨迹的全角变化率确定方法及装置
CN108894768A (zh) * 2018-06-25 2018-11-27 中国地质大学（武汉） 一种基于蝙蝠算法和井壁稳定的钻进轨迹设计方法与系统
CN108894768B (zh) * 2018-06-25 2021-05-14 中国地质大学（武汉） 一种基于蝙蝠算法和井壁稳定的钻进轨迹设计方法与系统
CN109063349A (zh) * 2018-08-08 2018-12-21 北京道亨时代科技有限公司 一种电缆空间转弯轨迹计算方法
CN109973011A (zh) * 2019-03-20 2019-07-05 湖北省水利水电规划勘测设计院 一种提高台阶爆破预裂孔钻孔精度的钻孔方法及钻孔装置
CN110863813A (zh) * 2019-10-29 2020-03-06 北京市燃气集团有限责任公司 一种基于施工数据的定向钻轨迹拟合方法及装置
CN110805428A (zh) * 2019-10-29 2020-02-18 北京市燃气集团有限责任公司 一种基于管道长度的定向钻轨迹拟合方法及装置
CN110985009A (zh) * 2019-12-18 2020-04-10 山东黄金矿业股份有限公司新城金矿 倾斜钻孔施工方法
CN111550604A (zh) * 2020-05-22 2020-08-18 江苏普莱宁城市规划设计有限公司 一种定向导向仪管道探测方法
CN113756721B (zh) * 2020-05-29 2024-05-07 宁波金地电子有限公司 一种钻探系统的消除倾角积累误差的方法
CN113756721A (zh) * 2020-05-29 2021-12-07 宁波金地电子有限公司 一种钻探系统的消除倾角积累误差的方法
CN112012758A (zh) * 2020-09-04 2020-12-01 盾构及掘进技术国家重点实验室 盾构机推进控制系统性能优化方法
CN112255966A (zh) * 2020-10-30 2021-01-22 西北工业大学 一种窄长类自由曲面零件加工轨迹自适应生成方法
CN112255966B (zh) * 2020-10-30 2021-11-23 西北工业大学 一种窄长类自由曲面零件加工轨迹自适应生成方法
CN112859195A (zh) * 2021-01-04 2021-05-28 国网上海市电力公司 一种非开挖电力管道的精准定位方法
CN112762948A (zh) * 2021-01-09 2021-05-07 化学工业第一勘察设计院有限公司 一种勘察路径生成方法、装置、服务器及存储介质
CN112882441A (zh) * 2021-01-27 2021-06-01 南京航空航天大学 一种用户自定义的轨迹规划方法
CN113051775A (zh) * 2021-04-13 2021-06-29 中南大学 一种基于改进径向移动算法的水平定向钻进轨迹优化方法
CN113204236B (zh) * 2021-04-14 2022-05-20 华中科技大学 一种智能体路径跟踪控制方法
CN113204236A (zh) * 2021-04-14 2021-08-03 华中科技大学 一种智能体路径跟踪控制方法
CN113741526A (zh) * 2021-09-13 2021-12-03 北京微纳星空科技有限公司 无人机偏离运行轨迹的纠正方法、装置及可读存储介质
CN116088414A (zh) * 2021-11-08 2023-05-09 苏州维嘉科技股份有限公司 纠偏方法、装置、设备及存储介质、叠板生产线
CN114089390A (zh) * 2021-11-23 2022-02-25 安徽富煌科技股份有限公司 一种基于权重的轨迹纠偏算法
CN114961559A (zh) * 2022-05-30 2022-08-30 北京市燃气集团有限责任公司 一种根据导向控制参数拟合定向钻轨迹的方法及装置
CN115288659A (zh) * 2022-07-21 2022-11-04 邵阳市水利水电勘测设计院 一种应用于水库大坝的定向穿管装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN102900366B (zh) 2015-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102900366B (zh) 一种水平定向钻自由轨迹规划及纠偏方法
CN105673041B (zh) 一种地铁盾构施工通用环管片拼装点位确定方法
CN104615803B (zh) 一种三维水平井井眼轨道设计方法及系统
CN109359412B (zh) 预测隧道盾构开挖过程全变形的计算方法及系统
US10769321B2 (en) Pipeline design and layout system and method therefor
CN105114059A (zh) 一种三维定向井轨迹设计及控制参数判别方法
CN103883255B (zh) 一种基于连续导向钻井的水平井着陆轨迹控制方法
CN103322989A (zh) 一种动态实时测量顶管机位置和姿态的测量装置及其方法
CN104632079B (zh) 一种三维水平井井眼轨道靶前位移的确定方法
CN109630109B (zh) 掘进机行走路径规划方法、装置及掘进机行走控制系统
CN203422091U (zh) 一种动态实时测量顶管机位置和姿态的测量装置
US8733473B2 (en) Sequencing algorithm for planned drill holes
CN105631753A (zh) 一种基于地层产状的水平井油藏剖面建模方法
CN103321629A (zh) 一种煤矿井下定向钻孔轨迹预测方法
CN108571287A (zh) 基于过程控制的井眼轨迹控制系统
CN108150101B (zh) 一种管道三维穿越施工方法
Wu et al. Double-face intelligent hole position planning method for precision blasting in roadways using a computer-controlled drill jumbo
Shen et al. Tunnel boring machine positioning automation in tunnel construction
CN110188947B (zh) 盾构纠偏中当前环目标预测方法及系统
CN107882505A (zh) 基于导向钻具工作特性的井眼轨迹控制方法
CN113158427B (zh) 一种基于导向数据的盾构机土体相对位移计算方法
CN110108262A (zh) 矿井贯通联合测绘方法
CN103883253B (zh) 一种基于复合导向钻井的水平井着陆控制方法
CN103883252B (zh) 一种基于滑动导向钻井的水平井着陆控制方法
CN106767672B (zh) 基于迹线确定岩体结构面产状的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20170120

Address after: 210096 Jiangsu city Nanjing Province four pailou No. 2

Patentee after: SOUTHEAST University

Patentee after: XUZHOU XUGONG FOUNDATION CONSTRUCTION MACHINERY Co.,Ltd.

Address before: 210096 Jiangsu city Nanjing Province four pailou No. 2

Patentee before: SOUTHEAST University

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150304