RU2197714C1 - System establishing coordinates of route of underground pipe-line - Google Patents
System establishing coordinates of route of underground pipe-line Download PDFInfo
- Publication number
- RU2197714C1 RU2197714C1 RU2001125449A RU2001125449A RU2197714C1 RU 2197714 C1 RU2197714 C1 RU 2197714C1 RU 2001125449 A RU2001125449 A RU 2001125449A RU 2001125449 A RU2001125449 A RU 2001125449A RU 2197714 C1 RU2197714 C1 RU 2197714C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inputs
- outputs
- group
- container
- angular velocity
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Navigation (AREA)
Abstract
Description
Система относится к устройствам контрольно-измерительной техники. Она предназначена для определения географических координат точек продольной оси подземного газонефтепровода с помощью бесплатформенной инерциальной системы ориентации и навигации, а также датчика пути и других приборов, устанавливаемых на борту внутритрубного инспектирующего снаряда и на земле. The system relates to devices of instrumentation. It is designed to determine the geographical coordinates of the points of the longitudinal axis of the underground gas and oil pipeline using a strapdown inertial orientation and navigation system, as well as a track sensor and other devices installed on board the in-tube inspection projectile and on the ground.
Уровень техники в данной области характеризуется приведенными ниже сведениями. The prior art in this area is characterized by the following information.
Известна "Инерциальная система контроля за трубопроводом" (Pat. USA 4945775, G 01 C 9/06, 1990), содержащая снаряд-носитель, имеющий несколько уретановых скребков для обеспечения движения снаряда, бесплатформенную инерциальную систему навигации, включающую триаду акселерометров и гироскопов, одометры, вычислитель, устройства и датчики неинерциальной природы для диагностики состояния трубопровода. Недостатком данной системы является сложность и необходимость применения бесплатформенной инерциальной системы и одометров высокой точности, что во многих случаях неприемлемо для реализации из-за чрезмерно высокой стоимости. The well-known "Inertial pipeline control system" (Pat. USA 4945775, G 01 C 9/06, 1990), comprising a projectile carrier having several urethane scrapers for providing projectile movement, a strapdown inertial navigation system including a triad of accelerometers and gyroscopes, odometers , computer, devices and sensors of non-inertial nature for the diagnosis of the state of the pipeline. The disadvantage of this system is the complexity and necessity of using a strapdown inertial system and high accuracy odometers, which in many cases is unacceptable for implementation due to excessively high cost.
Имеется изобретение "Устройство для определения места дефекта трубопровода" (А. с. 1770750, G 01 D 5/00, 1992, БИ 39), которое содержит маркерные станции, установленные вдоль трубопровода, снаряд-дефектоскоп, причем маркерные станции содержат таймеры, а снаряд-дефектоскоп - высокостабильные таймеры и измерители пройденного пути, при этом устройство содержит блок синхронизации и хранения информации, синхровыход которого соединен со входом синхротаймера каждой маркерной станции, входом синхротаймера снаряда-дефектоскопа, а информационный вход блока синхронизации и хранения информации присоединен к информационному выходу маркерной станции. There is an invention "A device for determining the location of a pipeline defect" (A. p. 1770750, G 01 D 5/00, 1992, BI 39), which contains marker stations installed along the pipeline, a flaw detector, and marker stations contain timers, and flaw detector –– highly stable timers and distance meters, while the device contains a synchronization and information storage unit, the sync output of which is connected to the synchrotimer input of each marker station, the synchrotimer input of the flaw detector, and the information input of the unit with information synchronization and storage is connected to the information output of the marker station.
Недостатком данного устройства является недостаточная точность определения географических координат трассы трубопровода по той причине, что они с нужной точностью определены только для мест установки маркерных станций. Места дефектов привязываются к ним только по времени и расстоянию вдоль трубы. The disadvantage of this device is the lack of accuracy in determining the geographical coordinates of the pipeline route for the reason that they are determined with the necessary accuracy only for the installation sites of marker stations. Places of defects are attached to them only in time and distance along the pipe.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является "Устройство для определения и регистрации геометрических параметров трубопроводов" (Патент РФ 2102704, G 01 В 17/02, 1998, БИ 2). Устройство содержит герметичный контейнер, эластичные манжеты, жестко закрепленные в носовой и хвостовой частях герметичного контейнера, последовательно соединенные датчик пути, установленный на внешней поверхности контейнера, блок вычислений и управления и регистратор, размещенные внутри герметичного контейнера, ультразвуковой измеритель радиальных расстояний, состоящий из n ультразвуковых приемопередающих преобразователей, расположенных попарно и диаметрально противоположно на внешней поверхности герметичного контейнера, и расположенного внутри контейнера измерительного модуля, первая группа выходов которого подключена к шине ввода, а первая группа входов - к управляющей шине блока вычислений, вторая группа выходов - к передатчикам, а вторая группа входов - к приемникам ультразвукового приемопередающего преобразователя, при этом оно снабжено трехкомпонентным гироскопическим измерителем угловой скорости и трехкомпонентным акселерометром, подключенными к информационным входам блока вычислений, и вторым и третьим ультразвуковыми измерителями радиального расстояния, аналогичного первому, первые группы их выходов подключены к шине ввода, а первая группа входов - к управляющей шине блока вычислений, при этом ультразвуковые приемопередающие преобразователи одного измерителя радиальных расстояний расположены по окружности в носовой части контейнера, другого измерителя - в средней части контейнера, третьего - в хвостовой части контейнера, а центр тяжести контейнера смещен к боковой поверхности. The closest analogue of the invention is a "Device for determining and recording the geometric parameters of pipelines" (RF Patent 2102704, G 01 17/02, 1998, BI 2). The device contains a sealed container, elastic cuffs, rigidly fixed in the nose and tail of the sealed container, serially connected path sensor mounted on the outer surface of the container, a calculation and control unit and a recorder located inside the sealed container, an ultrasonic radial distance meter, consisting of n ultrasonic transceiver transducers arranged in pairs and diametrically opposite on the outer surface of the sealed container, and a measuring module located inside the container, the first group of outputs connected to the input bus, and the first group of inputs to the control bus of the calculation unit, the second group of outputs to the transmitters, and the second group of inputs to the receivers of the ultrasonic transceiver, and it is equipped with a three-component gyroscopic an angular velocity meter and a three-component accelerometer connected to the information inputs of the calculation unit, and the second and third ultrasonic radial p a similar state to the first, the first groups of their outputs are connected to the input bus, and the first group of inputs to the control bus of the calculation unit, while the ultrasonic transceiver transducers of one radial distance meter are located around the circumference in the bow of the container, the other meter in the middle of the container, the third - in the tail of the container, and the center of gravity of the container is shifted to the side surface.
Недостатком данного изобретения является наличие нарастающих во времени погрешностей определения координат трассы трубопровода, для уменьшения которых нужны гироскопы, акселерометры и одометры высокопрецизионного типа, но и эта мера не устраняет накопления погрешностей. The disadvantage of this invention is the presence of increasing errors in time to determine the coordinates of the pipeline, to reduce which we need gyroscopes, accelerometers and odometers of high precision type, but this measure does not eliminate the accumulation of errors.
Задачей изобретения является обеспечение возможности исключения нарастания во времени погрешностей определения координат трассы трубопровода. The objective of the invention is to provide the possibility of eliminating the increase in time of errors in determining the coordinates of the pipeline route.
Поставленная задача решается за счет того, что в систему для определения координат трассы подземного трубопровода, содержащую внутритрубный инспектирующий снаряд, включающий герметичный контейнер, эластичные манжеты, жестко закрепленные в носовой и хвостовой частях контейнера, последовательно соединенные датчик пути, установленный на внешней поверхности контейнера, блок вычислений и управления и регистратор, трехкомпонентный гироскопический измеритель угловой скорости и трехкомпонентный акселерометр, размещенные внутри контейнера, три ряда расположенных по окружностям ультразвуковых приемопередающих преобразователей, расположенных попарно и диаметрально противоположно на внешней поверхности по n в каждом ряду в носовой, хвостовой и средней частях контейнера, подключенные к информационным входам блока вычислений и управления введены акселерометр широкого диапазона измерения по продольной оси контейнера, три усилителя, соединенные своими входами с выходами трехкомпонентного измерителя угловой скорости, датчики сигналов маркеров с аналого-цифровым преобразователем, контроллером и датчик температуры, которые расположены внутри контейнера и соединены через первую системную шину с регистратором. The problem is solved due to the fact that in the system for determining the coordinates of the route of the underground pipeline, containing an in-tube inspection projectile, including a sealed container, elastic cuffs, rigidly fixed in the bow and tail parts of the container, serially connected path sensor mounted on the outer surface of the container, block computing and control and a recorder, a three-component gyroscopic angular velocity meter and a three-component accelerometer located inside the container a, three rows of ultrasound transceivers located around the circumference located in pairs and diametrically opposite on the outer surface, n in each row in the bow, tail and middle parts of the container, an accelerometer of a wide measuring range along the longitudinal axis of the container connected to the information inputs of the computing and control unit , three amplifiers connected by their inputs to the outputs of a three-component angular velocity meter, marker signal sensors with an analog-to-digital conversion The controller, controller and temperature sensor, which are located inside the container and connected through the first system bus to the recorder.
При этом регистратор выполнен в виде переносного долговременного запоминающего устройства, а блок вычислений и управления - в виде бортового процессора и наземной подсистемы в составе блоков ввода данных маркерных точек, переключения диапазонов гироскопических измерителей угловой скорости и переключения продольных акселерометров, вычисления сигналов коррекции по углам тангажа и крена, вычисления оценок параметров ориентации, идентификации смещения нулей, гироскопических измерителей угловой скорости и акселерометров, а также устройства согласования, сумматора, вычислителя декартовых координат, фильтра нижних частот, детектора уровня вибрации и устройства сравнения, причем выходы переносного долговременного запоминающего устройства по каналам измерения угловых скоростей и линейных ускорений соединены через вторую системную шину с блоком переключения диапазонов измерителей угловой скорости и акселерометров, первая группа выходов которого соединена с первой группой входов блока идентификации смещения нулей гироскопических измерителей угловой скорости и акселерометров и через сумматор с первыми группами входов блока вычисления оценок параметров ориентации и блока вычисления сигналов коррекции по углам тангажа и крена, вторая группа входов которого соединена с второй группой выходов блока переключения диапазонов гироскопических измерителей угловой скорости и акселерометров, а два выхода соединены с соответствующими входами блока вычисления оценок параметров ориентации, третий вход которого соединен через вторую системную шину и устройство согласования с одним из выходов блока ввода данных маркерных точек, остальные выходы которого через устройство согласования и системную шину связаны с второй группой входов блока идентификации смещения нулей гироскопических измерителей угловой скорости и акселерометров, третья группа выходов переносного долговременного запоминающего устройства через вторую системную шину соединены с соответствующими входами блоков вычисления сигналов коррекции по углам тангажа и крена, идентификации смещения нулей инерциальных датчиков, а также вычислителя декартовых координат, вычисления оценок параметров ориентации, выходы которого соединены с четвертой группой входов блока идентификации смещения нулей инерциальных датчиков и второй группой входов вычислителя декартовых координат, выходы которого соединены с пятой группой входов блока идентификации смещения нулей гироскопических измерителей угловой скорости и акселерометров, группа выходов которого соединена с второй группой входов сумматора, а два одиночных выхода соединены с соответствующими входами блоков вычисления оценок параметров ориентации и вычисления сигналов коррекции по углам тангажа и крена, выход переносного долговременного запоминающего устройства по каналу измерения температуры через вторую системную шину соединен с соответствующим входом блока идентификации смещения нулей инерциальных датчиков, кроме того, ультразвуковые приемопередающие преобразователи соединены через вторую системную шину, фильтр нижних частот и детектор уровня вибрации с входами устройства сравнения. In this case, the recorder is made in the form of a portable long-term storage device, and the calculation and control unit is in the form of an on-board processor and a ground subsystem consisting of data points for inputting marker points, switching ranges of gyroscopic angular velocity meters and switching longitudinal accelerometers, calculating correction signals for pitch angles and roll, calculation of estimates of orientation parameters, identification of the displacement of zeros, gyroscopic angular velocity meters and accelerometers, as well as matching, adder, Cartesian coordinates calculator, low-pass filter, vibration level detector and comparison device, the outputs of a portable long-term storage device through the channels for measuring angular velocities and linear accelerations are connected via a second system bus to the unit for switching ranges of angular velocity meters and accelerometers, the first the group of outputs of which is connected to the first group of inputs of the unit for identifying the displacement of zeros of gyroscopic angular velocity meters and axes lerometers and through the adder with the first groups of inputs of the unit for calculating estimates of orientation parameters and the unit for calculating correction signals for pitch and roll angles, the second group of inputs of which is connected to the second group of outputs of the unit for switching ranges of gyroscopic angular velocity meters and accelerometers, and two outputs are connected to the corresponding inputs a unit for calculating estimates of orientation parameters, the third input of which is connected via a second system bus and a matching device with one of the outputs of the input unit yes marker points, the other outputs of which through the matching device and the system bus are connected to the second group of inputs of the identification unit for the displacement of zeros of gyroscopic angular velocity meters and accelerometers, the third group of outputs of the portable long-term storage device through the second system bus are connected to the corresponding inputs of the blocks for calculating the correction signals for angles pitch and roll, identification of the displacement of zeros of inertial sensors, as well as a calculator of Cartesian coordinates, calculation of orientation parameters, the outputs of which are connected to the fourth group of inputs of the identification unit of the displacement of zeros of inertial sensors and the second group of inputs of the calculator of Cartesian coordinates, the outputs of which are connected to the fifth group of inputs of the identification of the displacement of zeros of gyroscopic angular velocity meters and accelerometers, the group of outputs of which is connected to the second group inputs of the adder, and two single outputs are connected to the corresponding inputs of the blocks for calculating estimates of orientation parameters and calculating with of pitch and roll angle correction signals, the output of a portable long-term storage device via a temperature measuring channel through a second system bus is connected to the corresponding input of an inertial sensor zero offset unit, in addition, ultrasonic transceiver transducers are connected through a second system bus, a low-pass filter, and a level detector vibration with the inputs of the comparison device.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена функциональная схема бортовой подсистемы внутритрубного инспектирующего снаряда, на фиг.2 - функциональная схема наземной подсистемы для определения координат трассы трубопровода, на фиг. 3 - опытный образец инерциального модуля бортовой аппаратуры системы определения координат трассы трубопровода, на фиг.4 - представлен график траектории движения снаряда в плоскости горизонта, определенной в результате обработки с помощью наземной аппаратуры записей сигналов датчиков бортовой аппаратуры и данных маркеров. The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 is a functional diagram of an onboard subsystem of an in-tube inspection projectile, Fig. 2 is a functional diagram of a ground subsystem for determining the coordinates of a pipeline route, Fig. 3 - a prototype inertial module of the on-board equipment of the system for determining the coordinates of the pipeline route, Fig. 4 is a graph of the trajectory of the projectile in the horizon plane determined as a result of processing, using ground equipment, the records of the sensors signals of the on-board equipment and marker data.
Технический результат, который может быть получен при реализации данного изобретения - это создание системы определения координат трассы подземного трубопровода повышенной точности. The technical result that can be obtained by implementing this invention is the creation of a system for determining the coordinates of the route of an underground pipeline of high accuracy.
На фиг.1 и фиг.2 приняты следующие обозначения: 1, 2, 3 - гироскопические измерители угловых скоростей (ГИУС) ωx1, ωx2, ωx3 по осям ОХ1, ОХ2, OX3 внутритрубного инспектирующего снаряда; 4, 5, 6, 7 - акселерометры, причем по оси OX1 акселерометры 4 и 5 измеряют ускорение Wx1, по оси OX2 - акселерометр 6, по оси ОХ3 - акселерометр 7; 8, 9, 10 - усилители сигналов ГИУС 1, 2 и 3 соответственно; 11 - датчик температуры внутри контейнера, 12 - датчик пути. Выходы ГИУС 1, 2, 3, усилителей 8, 9, 10, акселерометров 4, 5, 6, 7, датчик пути 12 соединен с соответствующими входами первого аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 13, выходы которого соединены с первой системной шиной 14. Выходы ультразвуковых приемопередающих преобразователей (УППП) с усилителями 15 соединены с входами второго АЦП 16, выходы которого присоединены к входам первого контроллера 17; устройства 15, 16 и 17 образуют трехрядный блок измерителей перемещений УППП снаряда относительно трубы, причем они расположены в носовой, средней и хвостовой частях корпуса снаряда, где xl s - боковое перемещение снаряда, причем s - номер ряда, l - номер датчика в ряду; 18 - датчик сигналов маркера, содержащий усилитель, выходы которого соединены через третье АЦП 19 с входами контроллера маркеров 20. Выходы контроллера 20 связаны с соответствующими входами первой системной шины 14. С первой системной шиной 14 соединены также бортовой процессор 21, таймер 22 и долговременное запоминающее устройство (ДЗУ) 23. В качестве устройства 23 может использоваться флэш-память или другие запоминающие устройства.In Fig. 1 and Fig. 2, the following designations are adopted: 1, 2, 3 — gyroscopic angular velocity meters (GIUS) ω x1 , ω x2 , ω x3 along the axes OX 1 , OX 2 , OX 3 of an in -tube inspection projectile; 4, 5, 6, 7 - accelerometers, and on the OX 1 axis,
Выход блока 25 ввода маркерных точек через устройство согласования 26 соединен с второй системной шиной 24. Первые две группы выходов ДЗУ 23 через вторую системную шину 24 связаны с блоком 27 переключения диапазонов измерителей угловой скорости и выходов продольных акселерометров, первая группа выходов которого соединена через сумматор 28 с блоком 29 вычисления сигналов коррекции по углам тангажа и крена и блоком 30 вычисления оценок параметров ориентации. Два выхода блока 29 соединены с соответствующими входами блока 30, третий вход которого соединен через вторую системную шину 24 и устройство согласования 26 с одним из выходов блока 25 ввода данных маркерных точек. Третья группа выходов переносного долговременного запоминающего устройства 23 через вторую системную шину 24 соединены с соответствующими входами блоков вычисления сигналов коррекции по углам тангажа и крена - 29, вычислителя оценок параметров ориентации - 30, вычислителя декартовых координат -31, идентификации смещения нулей инерциальных датчиков - 32. Остальные выходы блока 25 через устройство согласования и системную шину связаны с второй группой входов блока 32 идентификации смещения нулей ГИУС и акселерометров. Выходы вычислителя 30 соединены с четвертой группой входов блока 32 идентификации смещения нулей инерциальных датчиков и второй группой входов вычислителя 31 декартовых координат, выходы которого соединены с пятой группой входов блока 32 идентификации смещения нулей ГИУС и акселерометров. Группа выходов блока 32 соединена с второй группой входов сумматора 28, а два одиночных выхода соединены с соответствующими входами блоков 29 и 30. Выход переносного ДЗУ 23 по каналу измерения температуры через вторую системную шину 24 соединен с соответствующим входом блока 32. The output of the
Выход ультразвукового приемопередающего преобразователя через вторую системную шину 24, фильтр нижних частот 33 и детектор 34 соединен с входом устройства сравнения 35. The output of the ultrasonic transceiver through the
Новыми по отношению к наиболее близкому аналогу являются: дополнительный акселерометр 4, прецизионные усилители сигналов ГИУС 8, 9, 10, датчик температуры 11 и датчик сигналов маркеров 18 с АЦП 19 и контроллером маркеров 20. Кроме того, регистратор выполнен в виде переносного ДЗУ 23, а блок вычислений и управлений - в виде бортового процессора 21 и наземной подсистемы. New in relation to the closest analogue are: an
Работает система определения координат трассы подземного трубопровода следующим образом. После помещения внутритрубного инспектирующего снаряда в камеру запуска его выдерживают в неподвижном состоянии в течение двух-трех минут для обеспечения начальной выставки системы при обработке данных, а затем пропускают по инспектируемому участку, записывая под управлением бортового процессора 21 в ДЗУ 23 текущие значения системного времени и кажущихся ускорений, угловых скоростей, пройденного расстояния, температуры внутри блока инерциальных датчиков, а также сигналов УППП и маркеров. После извлечения снаряда из приемной камеры ДЗУ 23 отсоединяют от бортовой аппаратуры и присоединяют через системную шину 24 к наземной подсистеме, в которой производится начальная выставка системы определения координат трассы подземного трубопровода. Для этого в блок 25 ввода данных маркерных точек вводится информация по углам азимута ψ
При работе системы блок 27 определяет по величинам из каких каналов - грубого или точного отсчета - использовать в блоках 29 и 30 значения угловых скоростей. Если сигналы малы, то используются каналы точного отсчета - с усилителей 8, 9, 10 и с акселерометров 5, 6, 7. Если велики - то с ГИУС 1, 2, 3 и акселерометра 4 для измерения ускорений от ударов от выступов в стенке трубы.When the system is operating,
В блоке 32 на этапе начальной выставки (t∈[to,to+Tв]) в камере запуска определяются оценки нулевых сигналов ГИУС ω
где t0, TB - время начала и окончания выставки, - сигналы ГИУС.In
where t 0 , T B - time of the beginning and end of the exhibition, - GIUS signals.
Затем в блоке 28 производится компенсация смещений нулей в сигналах ГИУС
которые передаются в блок 29, а также в блок 30.Then, in
which are transmitted to
В блоке 29 сначала вырабатываются оценки компонент ускорений, обусловленных вращением снаряда относительно его центра подвеса:
где rxi (1), rxi (2), rxi (3) - координаты центра масс акселерометров 5, 6, 7 соответственно относительно центра подвеса снаряда, определяемые по измерениям на снаряде. Затем вычисляются - оценки проекций ускорений сил тяжести по следующим алгоритмам:
где x1 + - пройденный снарядом путь, счисляемый в БК 21 по сигналам датчика пути; tm - время прохождения снарядом маркера с номером m; - путевая скорость снаряда, Т - постоянная времени, выбираемая из условия эффективной фильтрации шумов датчиков при минимальном фазовом сдвиге, Wx1 0 - оценка нулевого сигнала продольного акселерометра (на этапе начальной выставки принимается равной нулю); - зафиксированные в момент t= tm-1 прохождения снаряда мимо маркера значения оценок проекций ускорений сил тяжести и скорости движения снаряда:
Таким образом, сигналы коррекции по углам тангажа и крена вычисляются в соответствии с выражениями
и передаются в блок 30, где текущие значения оценок параметров ориентации вычисляются на основе корректируемых кинематических уравнений Эйлера:
Здесь KΨ, Kθ, Kγ и K
where r xi (1) , r xi (2) , r xi (3) are the coordinates of the center of mass of the accelerometers 5, 6, 7, respectively, relative to the center of the suspension of the projectile, determined by measurements on the projectile. Then computed - estimates of projections of accelerations of gravity by the following algorithms:
where x 1 + is the path traveled by the projectile, calculated in BC 21 according to the path sensor signals; t m - the time the projectile passes marker with number m; - ground velocity of the projectile, T - time constant, selected from the conditions of effective filtering of sensor noise at the minimum phase shift, W x1 0 - evaluation of the zero signal of the longitudinal accelerometer (at the initial exhibition stage it is assumed to be zero); - values of estimates of projections of accelerations of gravity and velocity of the projectile recorded at the time t = t m-1 of the projectile passing by the marker:
Thus, the correction signals for pitch and roll angles are calculated in accordance with the expressions
and transferred to
Here K Ψ , K θ , K γ and K
В момент t=tm прохождения снаряда мимо маркера производится запоминание значений оценок параметров ориентации и скоростей дрейфа:
Сигналы, соответствующие текущим оценкам параметров ориентации поступают в вычислитель 31, где формируется матрица направляющих косинусов , элементы которой используются в блоке 32 для пересчета приращения за один такт счета пройденного пути в горизонтную систему координат Oζ1ζ2ζ3/
где k - номер такта вычислений, начиная с момента прохождения снаряда мимо очередного маркера.At the moment t = t m the passage of the projectile past the marker, the values of the estimates of the orientation parameters and drift velocities are stored:
Signals corresponding to current orientation parameter estimates enter the
where k is the number of the clock cycle of the calculations, starting from the moment the projectile passes by the next marker.
Затем здесь производится подсчет оценок декартовых координат снаряда:
В момент t=tm, прохождения снаряда мимо следующего маркера производится запоминание значений оценок декартовых координат снаряда:
Далее оценки текущих значений декартовых координат, параметров ориентации снаряда и пройденного им пути поступают в блок 32 идентификации смещения нулей ГИУС и акселерометра. В момент t=tm прохождения снаряда мимо маркера эти значения фиксируются: а ДЗУ 23 считываются значения декартовых координат ζ
At the moment t = t m , the passage of the projectile past the next marker, the values of the estimates of the Cartesian coordinates of the projectile are stored:
Further, estimates of the current values of the Cartesian coordinates, orientation parameters of the projectile and the path traveled by it are received in
На основе этих данных производится вычисление невязок ζ
и в случае превышения ошибки позиционирования снаряда в месте установки данного маркера запускается итерационный процесс пересчета декартовых координат на всем участке между двумя последними маркерами по следующему алгоритму:
а) производится вычисление приращений декартовых координат по отношению к моменту прохождения предыдущего маркера
б) аналогичные приращения декартовых координат формируются по данным маркеров
в) вычисляются интервал времени между моментами прохождения двух последних маркеров
Δt = tm-tm-1 (14)
и пройденный за это время снарядом путь
Δx
г) вычисляются азимутальные углы между двумя последними маркерами на основе следующих выражений
д) вычисляется нескомпенсированная систематическая составляющая азимутального дрейфа ГИУС и обусловленная нулевым сигналом и неточностью выставки продольного акселерометра систематическая ошибка определения угла тангажа
при наличии достаточно точной информации об азимутах трубопровода в местах установки маркеров нескомпенсированный азимутальный дрейф может быть вычислен следующим образом
е) вносятся поправки в оценки азимутального дрейфа ГИУС и смещения нуля продольного акселерометра
Iψ[n] = Iψ[n-1]-ω
где n - номер итерации.Based on these data, the calculation of the residuals ζ
and in case of exceeding the error of the positioning of the projectile in the place of installation of this marker the iterative process of recounting Cartesian coordinates is launched over the entire area between the last two markers according to the following algorithm:
a) the calculation of the increments of the Cartesian coordinates with respect to the moment of passage of the previous marker
b) similar increments of Cartesian coordinates are formed according to markers
c) the time interval between the moments of the passage of the last two markers is calculated
Δt = t m -t m-1 (14)
and the path traveled during this time by the projectile
Δx
d) the azimuthal angles between the last two markers are calculated based on the following expressions
e) the uncompensated systematic component of the GIUS azimuthal drift is calculated and due to the zero signal and inaccuracy of the longitudinal accelerometer display, the systematic error in determining the pitch angle
if there is sufficiently accurate information about the azimuths of the pipeline in the places where the markers are installed, the uncompensated azimuthal drift can be calculated as follows
(e) Amendments are made to the estimates of the GIUS azimuthal drift and zero offset of the longitudinal accelerometer
I ψ [n] = I ψ [n-1] -ω
where n is the iteration number.
ж) системное время переводится назад t=tm-1, оценки смещений нулей ГИУС и акселерометров Wx1 0=Wx1 0[n], Iψ = Iψ[n] передаются в блоки 29 и 30, где в качестве начальных значений, определяемых в этих блоках оценок переменных, принимаются их значения, зафиксированные для момента времени t=tm-1.g) the system time is transferred back t = t m-1 , estimates of the displacements of the zeros of the GISS and accelerometers W x1 0 = W x1 0 [n], I ψ = I ψ [n] are transferred to
Уточненные оценки декартовых координат параметров ориентации выводятся в качестве выходной информации системы. Определяется уровень вибраций, для чего сигналы с усилителей УППП 14, прошедшие через АЦП 15, контроллер 16 и записанные в ДЗУ 23, пропускаются через фильтры нижних частот 33, где усиливаются постоянные составляющие их сигналов о постоянных составляющих расстояний от УППП до стенки трубы и выделяется переменная, сигналы проходят детекторы 34 и затем сравниваются в 35 с заданным уровнем и выводятся для анализа степени вибрации снаряда. По уровню вибрации и изменению зазоров судят о степени износа манжет и смещении центра тяжести снаряда в трубе.Refined estimates of Cartesian coordinates orientation parameters output as system output. The vibration level is determined, for which the signals from the amplifiers of the soft starter 14, passed through the ADC 15, the controller 16 and recorded in the
В блоке 32 идентификация смещения нулей ГИУС и акселерометров по сигналам датчика температуры 11 вырабатываются и вводятся температурные поправки в оценки сигналов
Система определения координат трассы подземного трубопровода реализована в ИТЦ "Оргтаздефектоскопия" (г. Саратов) и на кафедре "Приборостроение" Саратовского государственного технического университета.In
The system for determining the coordinates of the route of the underground pipeline was implemented at the Research and Development Center "Orgtazdefectoscopy" (Saratov) and at the "Instrument Making" department of the Saratov State Technical University.
В состав системы входят:
а) внутритрубный инспектирующий снаряд "ДСУ-1200" с бортовым оборудованием следующего состава:
- инерциальный модуль на основе:
* 3 ГИУС типа ВГ-910 (воспроизводимость нулевого сигнала при переменной температуре - 15. ..30o/час, 1 СКО; стабильность нулевого сигнала при постоянной температуре - 5...15o/час, 1 СКО);
* акселерометры типа ДЛУММ-3;
* терморезистора ММТ-4;
- датчик пути в виде блока одометров;
- процессорная плата фирмы "Octagon systems" в стандарте Micro PC модель 5066-586;
- процессор AMD 5•586/133 МГц;
- ОЗУ 1 Мбайт;
- долговременное запоминающее устройство на основе:
* накопителя- Flash-диск серии SDP3 в стандарте PC Card (PCMCIA АТА) фирмы SanDisk, емкостью 220 Мбайт (данного объема достаточно для прогона продолжительностью 22 часа)
* контроллера накопителя - двухпортовая плата PCMCIA в стандарте Micro PC фирмы "Octagon systems" модель 5842;
- аналого-цировой преобразователь на основе платы фирмы "LAN Automatic" в стандарте micro PC модель AI8S-5-STB;
б) наземная подсистема - стационарный компьютер типа Pentium с комплексом программ обработки и анализа записей сигналов датчиков первичной информации.The system includes:
a) in-line inspection shell "DSU-1200" with on-board equipment of the following composition:
- inertial module based on:
* 3 GIUS type VG-910 (reproducibility of a zero signal at a variable temperature - 15. ..30 o / hour, 1 standard deviation; stability of a zero signal at a constant temperature - 5 ... 15 o / hour, 1 standard deviation);
* accelerometers of the type DLUMM-3;
* MMT-4 thermistor;
- track sensor in the form of a block of odometers;
- processor board of the company "Octagon systems" in the standard Micro PC model 5066-586;
- AMD 5 • 586/133 MHz processor;
- RAM 1 MB;
- long-term storage device based on:
* drive - Flash drive SDP3 series in the standard PC Card (PCMCIA ATA) company SanDisk, with a capacity of 220 MB (this amount is enough for a run of 22 hours)
* drive controller - dual-port PCMCIA card in the standard Micro PC company "Octagon systems" model 5842;
- analog-to-digital converter based on the board of the company "LAN Automatic" in the micro PC standard model AI8S-5-STB;
b) ground subsystem - a Pentium-type desktop computer with a set of programs for processing and analyzing sensor signal records of primary information.
Натурные испытания системы проводились на участке трассы магистрального газопровода "Екатериновка - Балашов" протяженностью 110 км в конце мая 2000 г. Внутритрубный инспектирующий снаряд был пропущен по этому участку дважды: сначала со средней скоростью около 3 м/с, а второй раз со средней скоростью более 4 м/с. Field tests of the system were carried out on the 110 km long section of the Ekaterinovka-Balashov gas trunkline at the end of May 2000. An in-tube inspection projectile was missed twice in this section: first, with an average speed of about 3 m / s, and the second time with an average speed of more than 4 m / s.
В силу использования относительно грубых ГИУС и акселерометра их дрейф может приводить к накоплению больших погрешностей в решении задачи навигации - определения траектории трубопровода. Для реализации итерационного процесса оценивания нескомпенсированных во время начальной выставки смещений нулей ГИУС и акселерометров и учета данных оценок при определении текущих декартовых координат трубопровода были использованы приемники GPS в составе временной маркерной станции. С их помощью были определены географические координаты 9-ти маркеров 20 км Екатериновского участка трассы и 8-ми маркеров Балашовского участка трассы. Due to the use of relatively rough GIUS and accelerometer, their drift can lead to the accumulation of large errors in solving the navigation problem - determining the path of the pipeline. To implement the iterative process of estimating the displacements of the GIUS and accelerometers uncompensated during the initial exhibition and taking into account these estimates when determining the current Cartesian coordinates of the pipeline, GPS receivers were used as part of a temporary marker station. With their help, the geographical coordinates of 9 markers of 20 km of the Ekaterinovsky section of the route and 8 markers of the Balashovsky section of the route were determined.
На фиг.4. представлен график траектории движения снаряда в плоскости горизонта. Здесь кружками отмечены маркерные точки, определенные по сигналам GPS. In figure 4. presents a graph of the trajectory of the projectile in the horizon. Here, circles mark marker points determined by GPS signals.
В ходе проведенных трассовых испытаний установлено:
- разработанный опытный образец системы позиционирования трассы подземного трубопровода на основе бесплатформенной системы ориентации и навигации внутритрубного снаряда позволяет построить траекторию осевой линии трубопровода в декартовой местной системе координат;
- по результатам испытаний на участке трассы Екатериновка-Балашов протяженностью в 110 км отклонения координат маркерных точек, определенных с помощью системы позиционирования трассы подземного трубопровода, от координат, определенных с помощью временных маркерных станций, не превышает 250-300 м (погрешности маркерных станций составляют 100...200 м). Позиционирование трассы без использования коррекции по маркерным точкам при данных точностях датчиков первичной информации практически неосуществимо.In the course of the route tests established:
- the developed prototype of the underground pipeline route positioning system based on the strap-on system for orientating and navigating the in-pipe projectile allows constructing the trajectory of the axial line of the pipeline in the Cartesian local coordinate system;
- according to the results of tests on the Ekaterinovka-Balashov section of the 110-km-long route, the deviation of the coordinates of the marker points determined using the positioning system of the underground pipeline route from the coordinates determined using temporary marker stations does not exceed 250-300 m (the errors of marker stations are 100 ... 200 m). Positioning a track without using correction for marker points with given accuracy of primary information sensors is practically impossible.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001125449A RU2197714C1 (en) | 2001-09-17 | 2001-09-17 | System establishing coordinates of route of underground pipe-line |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001125449A RU2197714C1 (en) | 2001-09-17 | 2001-09-17 | System establishing coordinates of route of underground pipe-line |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2197714C1 true RU2197714C1 (en) | 2003-01-27 |
Family
ID=20253200
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001125449A RU2197714C1 (en) | 2001-09-17 | 2001-09-17 | System establishing coordinates of route of underground pipe-line |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2197714C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU216012U1 (en) * | 2022-08-08 | 2023-01-12 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром Трансгаз Ставрополь" | Clock coordinate indicator on the surface of the pipeline |
-
2001
- 2001-09-17 RU RU2001125449A patent/RU2197714C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU216012U1 (en) * | 2022-08-08 | 2023-01-12 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром Трансгаз Ставрополь" | Clock coordinate indicator on the surface of the pipeline |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6243657B1 (en) | Method and apparatus for determining location of characteristics of a pipeline | |
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 | |
US6876926B2 (en) | Method and system for processing pulse signals within an inertial navigation system | |
US7979231B2 (en) | Method and system for estimation of inertial sensor errors in remote inertial measurement unit | |
CN109974697A (en) | A kind of high-precision mapping method based on inertia system | |
JPH07190769A (en) | Interference position measurement method for gps | |
CN103453903A (en) | Pipeline flaw detection system navigation and location method based on IMU (Inertial Measurement Unit) | |
Wu et al. | A practical minimalism approach to in-pipe robot localization | |
CN110631573B (en) | Multi-information fusion method for inertia/mileometer/total station | |
NO164431B (en) | PROCEDURE AND DEVICE FOR MEASURING A DRILL. | |
CN108775899A (en) | Coordinate system connection method above and below deep mining well based on pseudo satellite, pseudolite and Inertia information | |
JPH0926328A (en) | Position determination apparatus | |
RU2197714C1 (en) | System establishing coordinates of route of underground pipe-line | |
RU2655614C1 (en) | Method of measuring pipeline bending radius based on diagnostic complex data for determining pipeline position | |
RU2261424C1 (en) | System for finding coordinates of track and coordinates of defects of underground pipeline | |
JP5032287B2 (en) | Accelerometer | |
RU2206871C2 (en) | Procedure determining local displacement of trunk pipe- lines | |
RU2437127C1 (en) | System for determining coordinates of routes of underground pipes | |
CN112824830A (en) | Underwater pipeline positioning method and device | |
US8413931B2 (en) | System and method for reducing attitude errors for exoatmospheric devices | |
RU2779274C1 (en) | Method for measuring errors of the initial alignment of an inertial navigation system without reference to external landmarks | |
RU2406018C2 (en) | Method for detection of longitudinal profile of drowned underground pipeline | |
CN112880670B (en) | Underground pipeline track mapping method based on characteristic position identification | |
Sadovnychiy et al. | Correction methods and algorithms for inertial navigation system working inside of pipelines | |
RU2621219C1 (en) | Method of identification of offsets of the axial line of pipeline |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070918 |