CN104266664A - 一种管道中心线测量的螺旋误差补偿方法及测量设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道中心线测量的螺旋误差补偿方法及测量设备，在管道测绘装置运行在管道中时，通过惯性装置获取所述管道测绘装置的角速率信息，所述惯性装置设置在所述管道测绘装置上；以及通过里程装置获取所述管道测绘装置的速度信息，所述里程装置设置在所述管道测绘装置上；基于所述角速率信息、所述速度信息和管道标定点的位置信息，获取所述管道测绘装置对应的螺旋误差；根据所述螺旋误差，对所述角速率信息和所述速度信息进行补偿；根据补偿后的所述角速率信息和所述速度信息，获取所述管道的中心线的轨迹数据。

Description

一种管道中心线测量的螺旋误差补偿方法及测量设备

技术领域

本发明涉及原油管道测量领域，具体涉及一种管道中心线测量的螺旋误差补偿方法及测量设备。

背景技术

现有技术中，通常会使用惯性导航系统来对管道中心线进行测量，将管道检测设备运行在需要检测的管道中，通过所述管道检测设备上设置的惯性元件例如陀螺仪和加速度计等测量出其运行的位置、姿态和加速度等参数、以及通过里程计来获取所述管道检测设备的运行速度，经过计算后便可以获得所述管道检测设备的速度和位置，以此获取所需的管道中心线位置。

但是，在将管道检测设备运行在需要检测的管道时，由于惯性导航系统的定位精度随时间的延长而降低，如此，当测量时间较长时，垂直于管道中心线方向的测量数据中存在测量误差，该误差随着测绘系统行驶的里程的变化成增长趋势，其变化的幅值可达分米级，因此会严重影响管道参数的测量精度。

发明内容

本发明提供一种管道中心线测量的螺旋误差补偿方法及测量设备，能够对管道中心线测量数据的测量误差进行补偿，使得补偿后的测量数据能够更准确，进而能够有效提高测量数据的测量精度。

本申请实施例提供了一种管道中心线测量的螺旋误差补偿方法，包括：

在管道测绘装置运行在管道中时，通过惯性装置获取所述管道测绘装置的角速率信息，所述惯性装置设置在所述管道测绘装置上；以及

通过里程装置获取所述管道测绘装置的速度信息，所述里程装置设置在所述管道测绘装置上；

基于所述角速率信息、所述速度信息和管道标定点的位置信息，获取所述管道测绘装置对应的螺旋误差；

根据所述螺旋误差，对所述角速率信息和所述速度信息进行补偿；

根据补偿后的所述角速率信息和所述速度信息，获取所述管道的中心线的轨迹数据。

可选的，所述基于所述角速率信息、所述速度信息和管道标定点的位置信息，获取所述管道测绘装置对应的螺旋误差，具体包括：

根据所述里程装置与所述惯性装置之间的安装误差、所述角速率信息和所述速度信息，获取螺旋误差模型；

将所述管道标定点的位置信息代入所述螺旋误差模型中，获取所述螺旋误差。

可选的，所述根据所述里程装置与所述惯性装置之间的安装误差、所述角速率信息和所述速度信息，获取螺旋误差模型，具体为：

若所述里程装置与所述惯性装置在Z轴方向的安装误差角为dθ，以及在Y轴方向的安装误差角度为dψ，综合安装误差角为则所述管道测绘装置在

运行时的垂向速度误差、侧向速度误差与滚动角的关系模型为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\δv}}_y=v\·\mathrm{d\θ}\·\cos ({\mathrm{\γ}}_0+\mathrm{\ωt})-v\·\mathrm{d\ψ}\·\sin ({\mathrm{\γ}}_0+\mathrm{\ωt})\\ {\mathrm{\δv}}_z=v\·\mathrm{d\θ}\·\sin ({\mathrm{\γ}}_0+\mathrm{\ωt})+v\·\mathrm{d\ψ}\·\cos ({\mathrm{\γ}}_0+\mathrm{\ωt})\end{array}\right.$     公式(1)

其中，v用于表示所述管道测绘装置的速度，ω用于表示所述管道测绘装置的旋转的角速率，t用于表示所述管道测量装置在所述管道中的运行时间；

将线性关系模型代入所述公式(1)进行积分，获取所述螺旋误差模型，其中，所述线性关系模型为所述角速率信息和所述速度信息之间的关系模型；

所述线性关系模型为:

v＝kω    公式(2)

所述螺旋误差模型为：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\δ}{S}_y=\underset{0}{\overset{t}{\∫}}\mathrm{k\ω}\·[\mathrm{d\θ}\·\cos ({\mathrm{\γ}}_0+\mathrm{\ωt})-\mathrm{d\ψ}\·\sin ({\mathrm{\γ}}_0+\mathrm{\ωt})]\mathrm{dt}\\ =K_y[\sin \left({\mathrm{\γ}}_t\right)-\sin \left({\mathrm{\γ}}_0\right)]+K_z[\cos \left({\mathrm{\γ}}_t\right)-\cos \left({\mathrm{\γ}}_0\right)]\\ {\mathrm{\δS}}_z=\underset{0}{\overset{t}{\∫}}\mathrm{k\ω}\·[\mathrm{d\θ}\·\sin ({\mathrm{\γ}}_0+\mathrm{\ωt})+\mathrm{d\ψ}\·\cos ({\mathrm{\γ}}_0+\mathrm{\ωt})]\mathrm{dt}\\ =K_y[\cos \left({\mathrm{\γ}}_0\right)-\cos \left({\mathrm{\γ}}_t\right)]+K_z[\sin \left({\mathrm{\γ}}_t\right)-\sin \left({\mathrm{\γ}}_0\right)]\end{array}\right.$     公式(3)

其中，γ_t为t时刻的滚动角；γ₀为初始时刻的滚动角；K_y为所述里程装置与所述惯性装置在Y轴方向的螺旋误差振幅，K_z为所述里程装置与所述惯性装置在Z轴方向的螺旋误差振幅。

可选的，所述将所述管道标定点的位置信息代入所述螺旋误差模型中，获取所述螺旋误差，具体为：

将所述管道标定点的位置信息代入所述螺旋误差模型中，获取K_y和K_z的值。

可选的，所述根据所述螺旋误差，对所述角速率信息和所述速度信息进行补偿，具体包括：

令 ${\mathrm{\δS}}^b={\left[{\mathrm{\δS}}_x^b{\mathrm{\δS}}_y^b{\mathrm{\δS}}_z^b\right]}^T,$ 其中，

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\δS}}_x^b=0\\ {\mathrm{\δS}}_y^b=K_y\·\sin \left(\mathrm{\γ}\right)+K_z\·\cos \left(\mathrm{\γ}\right)\\ {\mathrm{\δS}}_z^b=-K_y\·\cos \left(\mathrm{\γ}\right)+K_z\·\sin \left(\mathrm{\γ}\right)\end{array}\right.$     公式(4)

则可知：

${\stackrel{\→}{S}}^{\′}=\stackrel{\→}{S}-C_b^n\mathrm{\δ}{S}^b$     公式(5)

当在水平放置的管道中进行测量时，垂直方向的补偿方法为：

h′＝h-K_y·sin(γ)-K_z·cos(γ)    公式(6)

其中，γ为滚动角，为补偿螺旋误差前的位置信息，为补偿螺旋误差后的位置信息，为惯性导航系统的姿态矩阵。

本申请另一实施例还提供了一种管道中心线测量设备，包括：

角速率获取单元，用于在管道测绘装置运行在管道中时，通过惯性装置获取所述管道测绘装置的角速率信息，所述惯性装置设置在所述管道测绘装置上；

速度获取单元，用于通过里程装置获取所述管道测绘装置的速度信息，所述里程装置设置在所述管道测绘装置上；

螺旋误差获取单元，用于基于所述角速率信息、所述速度信息和管道标定点的位置信息，获取所述管道测绘装置对应的螺旋误差；

补偿单元，用于根据所述螺旋误差，对所述角速率信息和所述速度信息进行补偿；

轨道数据获取单元，用于根据补偿后的所述角速率信息和所述速度信息，获取所述管道的中心线的轨迹数据。

本发明的有益效果如下：

基于上述技术方案，本发明实施例中，在管道测绘装置运行在管道中时，通过惯性装置获取所述管道测绘装置的角速率信息和速度信息，基于所述角速率信息、所述速度信息和管道标定点的位置信息，获取所述管道测绘装置对应的螺旋误差，根据所述螺旋误差，对所述角速率信息和所述速度信息进行补偿；根据补偿后的所述角速率信息和所述速度信息，获取所述管道的中心线的轨迹数据，如此，通过所述螺旋误差对所述角速率信息和所述速度信息进行补偿，使得补偿后的所述角速率信息和所述速度信息的精确度更高，进而使得获取的所述管道的中心线的轨迹数据也更精确，进而能够有效提高测量数据的测量精度。

附图说明

图1为本发明实施例中管道中心线测量的螺旋误差补偿方法的流程图；

图2为本发明实施例中管道测绘装置测量一管道而获得的滚动角曲线图；

图3为本发明实施例中管道测绘装置测量一管道时的轨迹曲线图；

图4为本发明实施例中里程装置与惯性装置的安装误差的结构图；

图5为本发明实施例中在管道上选取标定点的结构示意图；

图6为与图5对应的未经螺旋误差补偿的垂向位置轨迹曲线图；

图7为与图5对应的经螺旋误差补偿后的垂向位置轨迹曲线图；

图8为本发明实施例中管道中心线测量设备的模块结构图。

具体实施方式

本发明提供一种管道中心线测量的螺旋误差补偿方法及测量设备，能够对管道中心线测量数据的测量误差进行补偿，使得补偿后的测量数据能够更准确，进而能够有效提高测量数据的测量精度。

下面结合附图对本发明优选的实施方式进行详细说明。

如图1所示，本发明一实施例提供了一种管道中心线测量的螺旋误差补偿方法，所述方法包括：

步骤101：在管道测绘装置运行在管道中时，通过惯性装置获取所述管道测绘装置的角速率信息，所述惯性装置设置在所述管道测绘装置上；

步骤102：以及通过里程装置获取所述管道测绘装置的速度信息，所述里程装置设置在所述管道测绘装置上；

步骤103：基于所述角速率信息、所述速度信息和管道标定点的位置信息，获取所述管道测绘装置对应的螺旋误差；

步骤104：根据所述螺旋误差，对所述角速率信息和所述速度信息进行补偿；

步骤105：根据补偿后的所述角速率信息和所述速度信息，获取所述管道的中心线的轨迹数据。

其中，在步骤101中，所述惯性装置例如是陀螺仪和加速度计等电子设备，并将所述惯性装置安装在所述管道测绘装置上，在所述管道测量装置运行在所述管道中时，进而可以获取所述管道测绘装置的角速率信息。

在具体实施过程中，由于所述管道测绘装置每次执行测绘任务持续工作的时间较长，为了防止所述管道测绘装置在管道运行过程中支撑轮(包括里程装置的轮)出现单边磨损从而影响测量精度，通常通过设计手段使所述管道测绘装置在运行过程中进行不断旋转，所述管道测绘装置的旋转对卡尔曼滤波器来说，有利于提高惯性装置与里程装置的各误差量的可观测度，有利于提高估计精度，但是由于惯性装置并不能保证放在管道中心，而且惯性装置与所述管道测绘装置的前进方向不可避免会存在一定的安装误差角，因此当惯性装置进行旋转时将影响所述管道测绘装置所获得的管道轨迹数据。

接下来执行步骤102，在该步骤中，以及通过里程装置获取所述管道测绘装置的速度信息，所述里程装置设置在所述管道测绘装置上。

其中，步骤102可以与步骤101同时执行，也可以先执行步骤102，后执行步骤101，本申请不作具体限制。

在具体实施过程中，所述里程装置例如是里程计等电子设备，并将所述里程装置安装在所述管道测绘装置上，在所述管道测量装置运行在所述管道中时，进而可以获取所述管道测绘装置的速度信息。

具体来讲，所述管道测绘装置主要由惯性导航系统、里程装置以及用于位置修正的路标点(Mark点)组成，由于管道一般铺设在地下，很难通过有效的高精度定位装置对其具体位置以及管道轨迹进行精确测量，而惯性导航系统是一种有效的测量设备，具有全自主性等特点，但惯性导航系统的定位精度随时间的延长而降低，因此需要通过里程装置的测量数据利用组合算法对惯性导航系统的误差进行不断修正。

具体的，本申请使用惯性/里程装置组合导航方案是利用里程装置提供的速度信息和所述惯性装置提供的姿态角信息进行航位推算，建立导航解算和航位推算的组合导航卡尔曼滤波误差模型，利用卡尔曼滤波进行最优估计，得到所述管道测绘装置的各项误差值，并对其进行修正，最后，利用Mark点处已知的高精度位置信息结合里程装置的航位推算结果对系统的导航误差进行修正，以进一步提高定位及测量精度，从而完成对管道的中心线的轨迹数据的精确测量。

例如，参见图2和图3，图2为某次直线管道验证试验中所述管道测绘装置测量获得的滚动角曲线，由图2中可以看出所述管道测绘装置旋转了三圈左右；图3为测量获得的轨迹曲线，由图3可见，测量轨迹中明显存在随测绘装置旋转的螺旋状的轨迹误差；这是由于惯导装置未安装在管道的中心线位置，从而测量出螺旋状的曲线。但是通过对所述管道测绘装置的工作原理和误差特性进行分析后发现，惯导装置相对里程装置的安装误差是造成螺旋误差的根本原因；当惯导装置的轴向与所述管道测绘装置的前行方向存在一定的安装误差角时，在进行航位推算的过程中，将在侧向和垂向产生随滚动角交变的速度误差和积分后造成侧向和垂向随滚动角交变的位置误差，即所述速度误差和所述位置误差即为螺旋误差，所述螺旋误差对管道轨迹的相对形变的测量精度以及管道曲率半径等参数的计算有较大的影响，因此，需要进行精密的补偿。

接下来执行步骤103，在该步骤中，基于所述角速率信息、所述速度信息和管道标定点的位置信息，获取所述管道测绘装置对应的螺旋误差。

在具体实施过程中，可以对所述角速率信息、所述速度信息和管道标定点的位置信息进行拟合，根据拟合曲线，获取与所述管道测绘装置对应的螺旋误差，其中，所述螺旋误差包括所述速度误差和所述位置误差。

具体来讲，还可以根据所述里程装置与所述惯性装置之间的安装误差、所述角速率信息和所述速度信息，获取螺旋误差模型；将所述管道标定点的位置信息代入所述螺旋误差模型中，获取所述螺旋误差。

具体的，参见图4，在所述获取螺旋误差模型时，若所述里程装置与所述惯性装置在Z轴方向的安装误差角为dθ，以及在Y轴方向的安装误差角度为dψ，综合安装误差角为则所述管道测绘装置在运行时的垂向速度误差、侧向速度误差与滚动角的关系模型为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\δv}}_y=v\·\mathrm{d\θ}\·\cos ({\mathrm{\γ}}_0+\mathrm{\ωt})-v\·\mathrm{d\ψ}\·\sin ({\mathrm{\γ}}_0+\mathrm{\ωt})\\ {\mathrm{\δv}}_z=v\·\mathrm{d\θ}\·\sin ({\mathrm{\γ}}_0+\mathrm{\ωt})+v\·\mathrm{d\ψ}\·\cos ({\mathrm{\γ}}_0+\mathrm{\ωt})\end{array}\right.$     公式(1)

其中，v用于表示所述管道测绘装置的速度，ω用于表示所述管道测绘装置的旋转的角速率，t用于表示所述管道测量装置在所述管道中的运行时间；

将线性关系模型代入所述公式(1)进行积分，获取所述螺旋误差模型，其中，所述线性关系模型为所述角速率信息和所述速度信息之间的关系模型；

所述线性关系模型为:

v＝kω     公式(2)

将所述公式(2)代入公式(1)可得：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\δv}}_y=\mathrm{k\ω}\·[\mathrm{d\θ}\·\cos ({\mathrm{\γ}}_0+\mathrm{\ωt})-\mathrm{d\ψ}\·\sin ({\mathrm{\γ}}_0+\mathrm{\ωt})]\\ {\mathrm{\δv}}_z=\mathrm{k\ω}\·[\mathrm{d\θ}\·\sin ({\mathrm{\γ}}_0+\mathrm{\ωt})+\mathrm{d\ψ}\·\cos ({\mathrm{\γ}}_0+\mathrm{\ωt})]\end{array}\right.$     公式(7)

对公式(7)在时间t内进行积分，可得相对初始时刻的位置误差，即可得螺旋误差模型为：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\δ}{S}_y=\underset{0}{\overset{t}{\∫}}\mathrm{k\ω}\·[\mathrm{d\θ}\·\cos ({\mathrm{\γ}}_0+\mathrm{\ωt})-\mathrm{d\ψ}\·\sin ({\mathrm{\γ}}_0+\mathrm{\ωt})]\mathrm{dt}\\ =K_y[\sin \left({\mathrm{\γ}}_t\right)-\sin \left({\mathrm{\γ}}_0\right)]+K_z[\cos \left({\mathrm{\γ}}_t\right)-\cos \left({\mathrm{\γ}}_0\right)]\\ {\mathrm{\δS}}_z=\underset{0}{\overset{t}{\∫}}\mathrm{k\ω}\·[\mathrm{d\θ}\·\sin ({\mathrm{\γ}}_0+\mathrm{\ωt})+\mathrm{d\ψ}\·\cos ({\mathrm{\γ}}_0+\mathrm{\ωt})]\mathrm{dt}\\ =K_y[\cos \left({\mathrm{\γ}}_0\right)-\cos \left({\mathrm{\γ}}_t\right)]+K_z[\sin \left({\mathrm{\γ}}_t\right)-\sin \left({\mathrm{\γ}}_0\right)]\end{array}\right.$     公式(3)

其中，γ_t为t时刻的滚动角；γ₀为初始时刻的滚动角；K_y为所述里程装置与所述惯性装置在Y轴方向的螺旋误差振幅，K_z为所述里程装置与所述惯性装置在Z轴方向的螺旋误差振幅。

具体的，对于所述管道测绘装置，在完成组装之后，由于安装误差也随之固定，所以螺旋误差的振幅基本为固定值，所述管道标定点的标定方法，具体可以设置一段水平放置的直线管道进行标定试验，首先设置不同的初始滚动角进行多次测量计算，选取多个标定点处的位置为测量点，记录测量点处的高度值，其中，所述标定点处管道不会因为自身重量而出现下垂；然后每次测量获得的高度值可按照公式(4)式得到高度误差方程，其中，所述高度误差为管道水平位置误差和垂向位置误差；根据多次测量获得的误差方程利用最小二乘方法计算获得螺旋误差因子Ky、Kz。

其中，计算获得螺旋误差因子之后可以将其作为测量装置的一个固定参数在数据中进行补偿，例如可以令其中

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\δS}}_x^b=0\\ {\mathrm{\δS}}_y^b=K_y\·\sin \left(\mathrm{\γ}\right)+K_z\·\cos \left(\mathrm{\γ}\right)\\ {\mathrm{\δS}}_z^b=-K_y\·\cos \left(\mathrm{\γ}\right)+K_z\·\sin \left(\mathrm{\γ}\right)\end{array}\right.$ 公式(4)

其中，γ为滚动角。

将代入公式(4)，则可得：

${\stackrel{\→}{S}}^{\′}=\stackrel{\→}{S}-C_b^n\mathrm{\δ}{S}^b$     公式(5)

当在水平放置的管道中进行测量时，高度方向的补偿方法为：

h′＝h-K_y·sin(γ)-K_z·cos(γ)    公式(6)

其中，γ为滚动角，为补偿螺旋误差前的位置信息，为补偿螺旋误差后的位置信息，为惯性导航系统的姿态矩阵。

在实际的应用中，管道测绘装置需要在不同的管道内进行测量，如果管道测绘装置需要进场拆卸，则已经标定好的参数可能发生一定的变化；为提高管道测绘装置在不同管道内的适用性，在进行了上述初始误差补偿的同时，需将螺旋误差方程扩充到后处理程序的数学模型中，在程序处理过程中自动进行剩余误差估计和补偿，以进一步消除管道测绘装置由于旋转引起的各种测量误差。

进一步的，为验证模型的正确性，采用某型管道测量装置，在某一管道内进行了验证试验，试验条件如下：

管道长度：96.6m，里程计刻度系数：0.002m/Pulse，惯性装置的航向精度：优于0.1度。试验时通过改变标定点处垫块的厚度使管道高度每次变化5cm，共测量三个位置，以分析测绘系统对管道形变的测量精度，每个位置的管道验证试验进行两次。

其中，参见图5，在管道40上选取3个标定点，包括标定点41、标定点42和标定点43，在标定点42的位置通过垫块使得标定点42处于不同的位置，在未使用垫块时，标定点42所处位置为位置B；在使用垫块44时，标定点42所处位置为位置C；在使用垫块44和垫块45时，标定点42所处位置为位置A,然后将管道测量装置沿测量方向在管道40中运行，所述测量方向具体为图4中箭头所指方向，获取所述管道测量装置的角速率信息和速度信息，如果不对螺旋误差进行补偿，则可得图6所示的垂向位置轨迹曲线，对比图5和图6中位置A、B和C所在高度，可以看出所得高度明显存在螺旋变化，这将严重影响管道曲率半径的计算，导致测量结果与实际情况相差较大。

进一步的，若利用本发明提出的标定方法，在B位置对测绘系统的旋转因子进行标定试验，可以获得Y和Z向旋转因子的数值为K_y＝-0.0424，K_z＝-0.0023，因此可以对螺旋误差进行补偿，则可得图7所示的经过补偿之后的垂向位置轨迹曲线，对比图5和图7中位置A、B和C所在高度，则可以看出已经消除了由于测绘装置旋转引起的高度误差。

在实际应用过程中，若管道40的全长96.6m，分6节分别进行计算，按照每节16m的长度计算曲率半径，可得表1的曲率半径对比数据，其中，A1表示位置A第一次测量结果，A2表示位置A第二次测量结果，其它位置含义以此类似。由补偿螺旋误差前后的曲率半径数据可以看出，补偿前，由于轨迹存在旋转，曲率半径的数值明显小于补偿后的数值，且相差较大，可以看出如果不对螺旋误差进行补偿，则将严重影响曲率半径的计算，如此，通过所述螺旋误差对所述角速率信息和所述速度信息进行补偿，使得补偿后的所述角速率信息和所述速度信息的精确度更高，进而使得获取的所述管道的中心线的轨迹数据也更精确，进而能够有效提高测量数据的测量精度。

表1

另外，如果不对螺旋误差进行补偿，当各次测量的初始滚动角不同或运动过程中滚动角变化情况有区别时，螺旋误差引起的位置误差也将有所不同，从而影响到测绘系统的测量重复性及测量精度。而经过螺旋误差不偿后，测量装置旋转引起的滚动角的变化将不会影响最终的测量精度，分析图7中补偿后的轨迹，对比同一位置两次测量结果可知，其重复性优于1cm；同时由不同位置在标定点42处的测量结果可知，各次形变测量精度优于1cm，可见，通过精密补偿螺旋误差，将大大提高了管道参数的测量精度，能够有效地提高曲率半径、相对形变等管道参数的测量精度。

基于与上述方法相同的技术构思，如图8所示，本发明实施例还提供了一种管道中心线测量设备，包括：

角速率获取单元801，用于在管道测绘装置运行在管道中时，通过惯性装置获取所述管道测绘装置的角速率信息，所述惯性装置设置在所述管道测绘装置上；

速度获取单元802，用于通过里程装置获取所述管道测绘装置的速度信息，所述里程装置设置在所述管道测绘装置上；

螺旋误差获取单元803，用于基于所述角速率信息、所述速度信息和管道标定点的位置信息，获取所述管道测绘装置对应的螺旋误差；

补偿单元804，用于根据所述螺旋误差，对所述角速率信息和所述速度信息进行补偿；

轨道数据获取单元805，用于根据补偿后的所述角速率信息和所述速度信息，获取所述管道的中心线的轨迹数据。

本发明的有益效果如下：

基于上述技术方案，本发明实施例中，在管道测绘装置运行在管道中时，通过惯性装置获取所述管道测绘装置的角速率信息和速度信息，基于所述角速率信息、所述速度信息和管道标定点的位置信息，获取所述管道测绘装置对应的螺旋误差，根据所述螺旋误差，对所述角速率信息和所述速度信息进行补偿；根据补偿后的所述角速率信息和所述速度信息，获取所述管道的中心线的轨迹数据，如此，通过所述螺旋误差对所述角速率信息和所述速度信息进行补偿，使得补偿后的所述角速率信息和所述速度信息的精确度更高，进而使得获取的所述管道的中心线的轨迹数据也更精确，进而能够有效提高测量数据的测量精度。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种管道中心线测量的螺旋误差补偿方法，其特征在于，包括：

在管道测绘装置运行在管道中时，通过惯性装置获取所述管道测绘装置的角速率信息，所述惯性装置设置在所述管道测绘装置上；以及

通过里程装置获取所述管道测绘装置的速度信息，所述里程装置设置在所述管道测绘装置上；

基于所述角速率信息、所述速度信息和管道标定点的位置信息，获取所述管道测绘装置对应的螺旋误差；

根据所述螺旋误差，对所述角速率信息和所述速度信息进行补偿；

根据补偿后的所述角速率信息和所述速度信息，获取所述管道的中心线的轨迹数据。

2.如权利要求1所述的螺旋误差补偿方法，其特征在于，所述基于所述角速率信息、所述速度信息和管道标定点的位置信息，获取所述管道测绘装置对应的螺旋误差，具体包括：

根据所述里程装置与所述惯性装置之间的安装误差、所述角速率信息和所述速度信息，获取螺旋误差模型；

将所述管道标定点的位置信息代入所述螺旋误差模型中，获取所述螺旋误差。

3.如权利要求2所述的螺旋误差补偿方法，其特征在于，所述根据所述里程装置与所述惯性装置之间的安装误差、所述角速率信息和所述速度信息，获取螺旋误差模型，具体为：

若所述里程装置与所述惯性装置在Z轴方向的安装误差角为dθ，以及在Y轴方向的安装误差角度为dψ，综合安装误差角为则所述管道测绘装置在运行时的垂向速度误差、侧向速度误差与滚动角的关系模型为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\δv}}_y=v\·\mathrm{d\θ}\·\cos ({\mathrm{\γ}}_0+\mathrm{\ωt})-v\·\mathrm{d\ψ}\·\sin ({\mathrm{\γ}}_0+\mathrm{\ωt})\\ {\mathrm{\δv}}_z=v\·\mathrm{d\θ}\·\sin ({\mathrm{\γ}}_0+\mathrm{\ωt})+v\·\mathrm{d\ψ}\·\cos ({\mathrm{\γ}}_0+\mathrm{\ωt})\end{array}\right.$     公式(1)

其中，v用于表示所述管道测绘装置的速度，ω用于表示所述管道测绘装置的旋转的角速率，t用于表示所述管道测量装置在所述管道中的运行时间；

将线性关系模型代入所述公式(1)进行积分，获取所述螺旋误差模型，其中，所述线性关系模型为所述角速率信息和所述速度信息之间的关系模型；

所述线性关系模型为:

v＝kω    公式(2)

所述螺旋误差模型为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\δS}}_y=\underset{0}{\overset{t}{\∫}}\mathrm{k\ω}\·[\mathrm{d\θ}\·\cos ({\mathrm{\γ}}_0+\mathrm{\ωt})-\mathrm{d\ψ}\·\sin ({\mathrm{\γ}}_0+\mathrm{\ωt})]\mathrm{dt}\\ =K_y[\sin \left({\mathrm{\γ}}_t\right)-\sin \left({\mathrm{\γ}}_0\right)]+K_z[\cos \left({\mathrm{\γ}}_t\right)-\cos \left({\mathrm{\γ}}_0\right)]\\ {\mathrm{\δS}}_z=\underset{0}{\overset{t}{\∫}}\mathrm{k\ω}\·[\mathrm{d\θ}\·\sin ({\mathrm{\γ}}_0+\mathrm{\ωt})+\mathrm{d\ψ}\·\cos ({\mathrm{\γ}}_0+\mathrm{\ωt})]\mathrm{dt}\\ =K_y[\cos \left({\mathrm{\γ}}_0\right)-\cos \left({\mathrm{\γ}}_t\right)]+K_z[\sin \left({\mathrm{\γ}}_t\right)-\sin \left({\mathrm{\γ}}_0\right)]\end{array}\right.$     公式(3)

其中，γ_t为t时刻的滚动角；γ₀为初始时刻的滚动角；K_y为所述里程装置与所述惯性装置在Y轴方向的螺旋误差振幅，K_z为所述里程装置与所述惯性装置在Z轴方向的螺旋误差振幅。

4.如权利要求3所述的螺旋误差补偿方法，其特征在于，所述将所述管道标定点的位置信息代入所述螺旋误差模型中，获取所述螺旋误差，具体为：

将所述管道标定点的位置信息代入所述螺旋误差模型中，获取K_y和K_z的值。

5.如权利要求4所述的螺旋误差补偿方法，其特征在于，所述根据所述螺旋误差，对所述角速率信息和所述速度信息进行补偿，具体包括：

令 ${\mathrm{\δS}}^b={\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{\δS}}_x^b& {\mathrm{\δS}}_y^b& {\mathrm{\δS}}_z^b\end{array}\right]}^T,$ 其中，

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\δS}}_x^b=0\\ {\mathrm{\δS}}_y^b=K_y\·\sin \left(\mathrm{\γ}\right)+K_z\·\cos \left(\mathrm{\γ}\right)\\ {\mathrm{\δS}}_z^b={-K}_y\·\cos \left(\mathrm{\γ}\right)+K_z\·\sin \left(\mathrm{\γ}\right)\end{array}\right.$     公式(4)

则可知：

${\stackrel{\→}{S}}^{\′}=\stackrel{\→}{S}-C_b^n{\mathrm{\δS}}^b$     公式(5)

当在水平放置的管道中进行测量时，垂直方向的补偿方法为：

h′＝h-K_y·sin(γ)-K_z·cos(γ)    公式(6)

其中，γ为滚动角，为补偿螺旋误差前的位置信息，为补偿螺旋误差后的位置信息，为惯性导航系统的姿态矩阵。

6.一种管道中心线测量设备，其特征在于，包括：

角速率获取单元，用于在管道测绘装置运行在管道中时，通过惯性装置获取所述管道测绘装置的角速率信息，所述惯性装置设置在所述管道测绘装置上；

速度获取单元，用于通过里程装置获取所述管道测绘装置的速度信息，所述里程装置设置在所述管道测绘装置上；

螺旋误差获取单元，用于基于所述角速率信息、所述速度信息和管道标定点的位置信息，获取所述管道测绘装置对应的螺旋误差；

补偿单元，用于根据所述螺旋误差，对所述角速率信息和所述速度信息进行补偿；

轨道数据获取单元，用于根据补偿后的所述角速率信息和所述速度信息，获取所述管道的中心线的轨迹数据。