CN106125118B - 一种管道机器人gps辅助实时地理定位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道机器人GPS辅助实时地理定位的方法，包括以下步骤：一、控制箱的位置感应装置采集管道两端井口的实际位置信息，计算两端井口的直线距离；二、根据井口之间的直线距离约束管道机器人的行走方向；三、控制箱通过下井机构，管道半径和所述步骤一得到的井口之间的直线距离计算管道的倾角；四、GPS模块根据管道机器人通信模块上传的行进距离信息和所述步骤二得到的管道倾角计算出机器人行走的直线距离，本发明的有益效果是本发明采用GPS模块辅助定位，结合井口地理位置、机器人行进距离、管道两端顶板埋深，得出机器人实时地理位置信息，误差可控制在0.20m以下，节约了投入成本，应用范围广大，局限性小。

Description

一种管道机器人GPS辅助实时地理定位的方法

技术领域

本发明涉及管道机器人实时地理定位技术领域，尤其涉及一种管道机器人GPS辅助实时地理定位的方法。

背景技术

目前管线定位有两种方法：方法一、在管线周围每隔一段距离安装一个GPS发射模块，地表采用接收器接收GPS信号，然后在地图上将这些信号点连线，因而得到管线地理位置信息；方法二、机器人携带陀螺仪和加速度计，分别测量机器人的相对惯性空间的3个转角速度和3个线加速度延机器人坐标系的分量，经过坐标转换，把加速度信息转化为延导航坐标系的加速度。并运算出机器人的位置、速度、航向和水平姿态。

但是，这两种方法投入成本都很大。方法一只能在新建设的管道周围预埋GPS模块，成本高不说，而且对已有的管线无法进行测量；方法二采用的高精度陀螺仪价格昂贵，若采用低价陀螺仪，则精度误差较大，并且仅在金属管道中才能精确定位。

发明内容

本发明为了克服以上不足，提供一种管道机器人GPS辅助实时地理定位的方法，本发明采用GPS模块辅助定位，结合井口地理位置、机器人行进距离、管道两端顶板埋深，得出机器人实时地理位置信息，误差可控制在0.20m以下，节约了投入成本，应用范围广大，局限性小。

本发明提供的技术方案为：

一种管道机器人GPS辅助实时地理定位的方法，包括以下步骤：

一、控制箱的GPS模块采集管道两端井口的实际位置信息，并将实际位置信息传输到控制箱的地图模块中，所述地图模块根据所述实际位置信息在地图上标定显示井口之间的直线距离；

二、控制箱根据井口之间的直线方向约束管道机器人的行走方向；

三、控制箱通过下井机构，管道半径，机器人宽度和所述步骤一得到的井口之间的直线距离计算管道的倾角；

四、控制箱的PC机根据管道机器人通信模块上传的行进距离信息和所述步骤三得到的管道倾角计算出机器人行走的直线距离，且根据机器人行走的直线距离信息得到所述管道机器人的实时位置信息并在地图上标定显示。

优选的是，在所述的管道机器人GPS辅助实时地理定位的方法中，所述步骤一的具体过程为：

1)定位管道一端井口P1位置经度为Lng1，纬度为Lat1，定位管道另一端井口P2位置经度为Lng2，纬度为Lat2；

2)两端井口的经度差为Dew＝Lng1–Lng2，

式中Lng1为井口P1经度，Lng2为井口P2经度；

3)计算管道在东西方向长度X：

式中

为地球半径，

为两端井口的经度差；

计算管道在南北方向长度Y(在经度圈上的投影长度)：

，

式中

为地球半径，

为井口P1纬度，

为井口P2纬度；

4)根据得到的X和Y计算管道两端井口之前的直线距离D和管道与赤道的夹角PQ：

,

，

式中D为两井口之间的直线距离，X为管道在东西方向长度，Y为管道在南北方向长度，PQ为管道与赤道夹角。

优选的是，在在所述的管道机器人GPS辅助实时地理定位的方法中，所述步骤三的具体过程包括：

1)根据下井机构放线长度L1，机器人车身宽度S1和探测管道半径R1计算井口PI的顶板埋深H1和井口P2的顶板埋深H2：

式中L1为P1井口下井机构放线长度，S1为机器人车身宽度，R1为P1井口探测管道半径；

式中L2为P2井口下井机构放线长度，S2为机器人车身宽度，R2为P2井口探测管道半径；

2)根据H1，H2和管道两井口的直线距离D计算的得到管道倾角Q：

优选的是，在所述的管道机器人GPS辅助实时地理定位的方法中，所述步骤四的具体过程包括：

1)根据机器人行进距离Rs和管道倾角Q得到机器人行进平面直线距离LRs：

LRs＝Rs*cos(Q)；

3)以管道一端P1为基准点，机器人实时行进平面直线距离为LRs’，则得到机器人实时地理位置P的经度Lng，纬度Lat：

式中

为地球半径，Lng1与Lat1分别为P1井口经纬度，M为LRs’与赤道之间的夹角。

本发明的有益效果是本发明采用GPS模块辅助定位，结合井口地理位置、机器人行进距离、管道两端顶板埋深，得出机器人实时地理位置信息，误差可控制在0.20m以下，节约了投入成本，应用范围广大，局限性小。

具体实施方式

下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明提供一种管道机器人GPS辅助实时地理定位的方法，包括以下步骤：

一、控制箱的GPS模块采集管道两端井口的实际位置信息，并将实际位置信息传输到控制箱的地图模块中，所述地图模块根据所述实际位置信息在地图上标定显示井口之间的直线距离；

二、控制箱根据井口之间的直线方向约束管道机器人的行走方向；

三、控制箱通过下井机构，管道半径，机器人宽度和所述步骤一得到的井口之间的直线距离计算管道的倾角；

四、控制箱的PC机根据管道机器人通信模块上传的行进距离信息和所述步骤三得到的管道倾角计算出机器人行走的直线距离，且根据机器人行走的直线距离信息得到所述管道机器人的实时位置信息并在地图上标定显示。

使用本发明时，首先控制箱上安装GPS模块，移动控制箱到管道两端井口位置)，得到管道两端井口地理位置，并通过机器人在管道中的行进距离来实时定位机器人在管道中的地理位置。

一、管道的地理定位，管道两端井口定位采取GPS模块粗定位，并在百度地图上标示出来，井口之间连线则得到管道的地理位置信息，并可以计算出管道的平面直线距离D：

管道一端井口GPS：P1(Lng1，Lat1)；

管道另一端井口GPS：P2(Lng2，Lat2)；

地球半径:Earth_R＝6370693.5米；

经度差Dew＝Lng1–Lng2；

若跨东经和西经180度，进行调整

若Dew>180

Dew＝360–Dew；

若Dew<-180

Dew＝360+Dew；

东西方向长度X(在纬度圈上的投影长度)：

；

式中

为地球半径，

为两端井口的经度差；

南北方向长度Y(在经度圈上的投影长度)：

式中

为地球半径，

为井口P1纬度，

为井口P2纬度；

那么管道在百度地图上的长度D的计算公式为：

并且可以计算得到管道走向(与赤道形成的夹角PQ)：

二、管道倾角的计算(因为实际上如果管道是倾斜的，那么机器人行走的距离并不是百度地图上两点的平面距离，倾角就是将机器人行走的距离转化成百度地图上两点之间的平面直线距离)，首先通过下井机构计算管道一端P1顶板埋深(管道是圆的，上顶点距离井口的垂直距离叫顶板埋深)：

下井机构放线长度：L1

机器人车身宽度：S1

探测管道半径：R1

那么PI的顶板埋深H的计算公式为：

式中L1为P1井口下井机构放线长度，S1为机器人车身宽度，R1为P1井口探测管道半径；

同理得到管道另一端P2顶板埋深H2：

式中L2为P2井口下井机构放线长度，S2为机器人车身宽度，R2为P2井口探测管道半径；

那么管道倾角Q的计算公式为：

以管口一端P1点为基准点，若Q<0,则管道向下倾；若Q＝0，

则管道水平没有倾角；若Q>0，则管道向上倾斜。

三、机器人实时地理位置显示，机器人上传行进距离Rs，根据机器人行进距离Rs和管道倾角Q得到机器人行进平面直线距离LRs：

LRs＝Rs*cos(Q)；

以管道一端P1(Lng1，Lat1)为基准点，机器人实时行进平面直线距离为LRs’，则机器人实时地理位置P(Lng，Lat)为：

式中

为地球半径，Lng1与Lat1分别为P1井口经度以及纬度，M为LRs’与赤道之间的夹角。

尽管本发明实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (1)

1.一种管道机器人GPS辅助实时地理定位的方法，其特征在于，包括以下步骤：

一、控制箱的GPS模块采集管道两端井口的实际位置信息，并将实际位置信息传输到控制箱的地图模块中，所述地图模块根据所述实际位置信息在地图上标定显示井口之间的直线距离；

二、控制箱根据井口之间的直线方向约束管道机器人的行走方向；

三、控制箱通过下井机构，管道半径，机器人宽度和所述步骤一得到的井口之间的直线距离计算管道的倾角；

四、控制箱的PC机根据管道机器人通信模块上传的行进距离信息和所述步骤三得到的管道倾角计算出机器人行走的直线距离，且根据机器人行走的直线距离信息得到所述管道机器人的实时位置信息并在地图上标定显示；

所述步骤一的具体过程为：

1)GPS模块定位管道一端井口P1位置经度为Lng1，纬度为Lat1，定位管道另一端井口P2位置经度为Lng2，纬度为Lat2；

2)两端井口的经度差为Dew＝Lng1–Lng2，

式中Lng1为井口P1经度，Lng2为井口P2经度；

3)计算管道在东西方向长度X：

，

式中

为地球半径，

为两端井口的经度差；

计算管道在南北方向长度Y(在经度圈上的投影长度)：

，

式中

为地球半径，

为井口P1经度，

为井口P2经度；

4)根据得到的X和Y计算管道两端井口之前的直线距离D和管道与赤道的夹角PQ：

,

，

式中D为两井口之间的直线距离，X为管道在东西方向长度，Y为管道在南北方向长度，PQ为管道与赤道夹角；

所述步骤三的具体过程包括：

1)根据下井机构放线长度L1，机器人车身宽度S1和探测管道半径R1计算井口PI的顶板埋深H1和井口P2的顶板埋深H2：

式中L1为P1井口下井机构放线长度，S1为机器人车身宽度，R1为P1井口探测管道半径；

式中L2为P2井口下井机构放线长度，S2为机器人车身宽度，R2为P2井口探测管道半径；

2)根据H1，H2和管道两井口的直线距离D计算的得到管道倾角Q：

所述步骤四的具体过程包括：

1)根据机器人行进距离Rs和管道倾角Q得到机器人行进平面直线距离LRs：

；

2)以管道一端P1为基准点，机器人实时行进平面直线距离为LRs’，则得到机器人实时地理位置P的经度Lng，纬度Lat：

式中

为地球半径，Lng1与Lat1分别为P1井口经度以及纬度，M为LRs’与赤道之间的夹角。