1、惯性定位技术在深埋地下管线探测中的应用摘要：地下管线是城市的重要基础设施。深埋地下管线精确探测一直是管线探测领域的重点和难点。本文着重阐述和分析惯性定位技术探测深埋地下管线的技术原理、施工方法、及技术特点。 关键词：深埋地下管线精确探测、惯性定位技术 中图分类号：P2 文章编码 1、前言 地下管线是城市重要的基础设施。随着我国城市建设的日益加速和工业建设的大力进行，大量的管线被以直埋、顶管等各类方式铺设于城市地下空间。由于城市浅层空间日趋饱和，以及避让障碍物、规避不利地形等原因，地下管线的铺设已日趋向深部空间发展。 大部分管线施工单位在建设过程中，因为施工管理问题，或因施工环境、技术条件等的限
2、制，不能对新建管线进行竣工测绘，多数管线空间位置信息缺失，给后续工程建设及管线安全运行埋下了重大隐患。 因此如何对深埋地下管线进行精确探测，是摆在所在所有管线探测工作者面前的重点和难题。 我院（宁波市测绘设计研究院）在长期工作实践中，逐渐摸索总结出多套有效探测深埋地下管线的方法。 本文将以惯性定位技术为例，着重介绍该法在深埋地下管线探测中的应用。 2、技术原理 惯性定位是以惯性定律为原理，以陀螺仪(gyroscope)作为技术核心，用来感测与维持方向，是基于角动量守恒定律的理论设计出来的。即：一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。陀螺仪在工作时要给它一个力，使它快速旋转
3、起来，一般能达到每分钟几十万转，可以工作很长时间。陀螺仪用多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统 。将惯性定位仪置于管道内，并使其沿管道移动，移动的同时定位仪即能实时测量管道水平及垂直方向数据，并存储入记忆体。移动结束后，将定位仪中数据传输至工作电脑中，使用专业处理软件进行计算处理，便可得到管道精确地三维空间坐标。 由 3 个陀螺仪和 3 个加速度仪构成的方位测量器（OMU）作为主要测量系统，分别测量定位仪的相对惯性空间的的 3 个转角速度和 3 个线加速度沿定位仪坐标系的分量，经过坐标变换，把加速度信息转化为导航坐标系的加速度。并运算出定位仪的位置、速度、航向和水平姿态。陀
4、螺仪用来测量水平角（Heading） ，俯仰角（Pitch）和侧滚位置（Roll）的变化，来确定惯性定位装置的姿态。 将北向加速度计和东向加速度计测得的运动加速度 aN、aE 进行一次积分，与北、东向初始速度 VN0、VE0 得到定位仪的速度分量： VN= aNdt+ VN0(1) VE= aEdt+ VE0 (2) 将速度 VN、VE 进行变换并再次积分： (3) (4) 得到定位仪的位置变化量，与初始经纬坐标相加，即得到定位仪的地理位置经纬坐标。 3、实施方案 3.1 硬件 主要硬件：惯性定位仪、全站仪、计算机 惯性定位仪：由保护箱、惯性探测棒、工作电脑、控制器几部分组成 。 3.2 技术
5、实施方案 惯性定位技术实施方案为： （1）施工前，须进行资料收集和测量工作，取得待测区域最新地形图，并测量待测管道入口、出口的三维坐标值。若作业点在人孔内，进入人孔前需先行抽水及通风，并按缺氧作业环境守则进行作业。 （2）管路路径探测作业前，须先进行管路试通作业，确认该施测管路通畅无阻，如有阻塞之情形，申请业主裁决是否更改管路或取消该管的作业。 （3）完成试通作业后，将惯性定位仪置于待测管道入口处，开启惯性定位仪，并与入口处静止仪器约 30 秒后并与出口处以机器或人力进行拖曳。随着仪器在孔道内移动，仪器内陀螺仪即时记录惯性定位仪移动之时，其路径距离的移动及轨迹坐标的变化距离。拖至出口处亦需静止
6、30 秒，至此始完成一次探测作业，于此反复探测二次以上得最精确之成果。 3.3 数据处理 探测作业完成后，需利用专业处理软件对探测数据进行计算处理。首先将惯性定位仪中探测数据下载至工作电脑中，然后将测量管道的起始点和终点坐标输入软件中，再选择有效的数据范围，最后便可生成管线空间位置信息数据。 根据处理所得之数据判断本次资料是否可用，如不满足要求，则需重新进行探测作业，直至取得最精确之成果。待取得最精确之成果后，存储该笔资料的相关数据，并配合测量所得之现场地形图与制图软件内进行管线资料编辑、套绘。 4、应用实例 宁波市南外环 10KV 电力管线精确探测工程 宁波市南外环 10KV 电力管线精确探
7、测工程项目实施地点位于宁波市南外环华嘉桥下。由于宁波市南北高架建设的需要，须在测区范围内进行桩位钻探作业。为避免桩位钻探过程中对高压电缆管线的破坏，宁波市通途建设有限公司委托我院运用先进的 DR-HDD-4.2 型惯性定位仪对华嘉桥下穿越称沟漕的 10 千伏高压电力管线进行精确探测。 本工程所测电力管道全长 68.076m，惯性管道定位仪共采集管线特征点 69 个，测量点间距 1m，管线最大埋设深度 10.95m，平均深度 6.2 米。探测管道轨迹平面和高程成果如图 1、图 2 所示。 图 1：电力管线平面图 图 2：电力管线纵断面图 探测成果精度如下： 平面精度：0.25%*L = 0.25
8、%68.076= 0.170m0.1h 高程精度：0.10%*L = 0.10%68.076= 0.068m0.15h 5、惯性定位技术特点 相比较传统探测方法而言，惯性定位技术有以下优点 （1）不受任何地形限制，不需作业人员在管道上方使用探测器追踪定位，施工简便。 （2）定位方式与电磁波或磁场无关，信号不受干扰。 （3）不受地形地物影响，只要管道到哪里，就可测到哪里。 （4）可以探测任何深度。 （5）不受管道材质制约，可探测任何材质管道。 （6）所有数据皆有惯性定位仪自行运算获得，并非人工计算，消除了人为误差因素，并可进行重复验证。 （7）开放平台输出文件格式，便于大多数常用地理信息系统（GIS）平台无缝数据集成。 地下管线的安全运行涉及到国家的安全稳定，涉及城市的整体运行，涉及到千家万户、各行各业的切身利益。 通过我们长期实践，该方法已经越来越多的在深埋地下管线探测工程中得到运用，事实证明该方法理论完善、技术合理，可以有效解决非封闭深埋管线探测难题。 参考文献： 1 方根显，邓居智特深管线的探测A见：中国地球物理学会主编中国地球物理学会第二十届年会论文集c2004：181 2张汉春，莫国军特深地下管线的电磁场特征分析及探测研究J地球物理学进展，2006，21(4)：13141322 3 张汉春广东番禺某段定向钻 LNG 管线探测的验证J工程勘察，2008(8)：6568
