[發(fā)明專利]一種基于聲波渡越時(shí)間測(cè)量的地下管道定位系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010439415.4
• 申請(qǐng)日: 2020-05-25
• 公開（公告）號(hào): CN111624552B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李志華;魯晗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）
• 主分類號(hào): G01S5/18
• 分類號(hào): G01S5/18;G01S5/30;G01C21/16;G01C21/18;G01S19/24;G01S19/42
• 代理公司: 武漢知產(chǎn)時(shí)代知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42238
• 代理人: 曹雄

本發(fā)明公開了一種基于聲波渡越時(shí)間測(cè)量的地下管道定位系統(tǒng)及方法，首先，利用數(shù)據(jù)采集器收集聲波信號(hào)。其次，利用數(shù)據(jù)處理器對(duì)聲波信號(hào)進(jìn)行處理，包括：將管道、地面數(shù)據(jù)采集器接收到的聲波信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)處理，得到聲波信號(hào)的渡越時(shí)間，并結(jié)合聲波傳播速度來(lái)確定管道數(shù)據(jù)采集器的位置；然后，將聲學(xué)定位法測(cè)得的管道數(shù)據(jù)采集器位置和依據(jù)慣導(dǎo)數(shù)據(jù)解算得到的位置信息采用卡爾曼濾波的方法完成數(shù)據(jù)融合，得到校正后的采集器位置；本發(fā)明結(jié)合使用捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航和聲波探測(cè)兩種技術(shù)對(duì)地下管道進(jìn)行定位，采用基于聲波渡越時(shí)間測(cè)量來(lái)校正管道系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果，以彌補(bǔ)捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)探測(cè)法會(huì)隨時(shí)間積累誤差的不足。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于導(dǎo)航領(lǐng)域，具體涉及一種結(jié)合使用捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航和聲波探測(cè)兩種技術(shù)的地下管道定位系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

地下管道是城市重要基礎(chǔ)設(shè)施，它就像是一根根血管把整個(gè)城市連接起來(lái)，給城市傳輸能量與信息，是城市能健康運(yùn)行的重要保證。地下管網(wǎng)是城市重要基礎(chǔ)設(shè)施同時(shí)，在城市規(guī)劃、建設(shè)和管理的過程中，地下管道的準(zhǔn)確定位是地下管道安全運(yùn)行的保障。對(duì)地下管道進(jìn)行精確定位，不僅能提高城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的效率，還能避免地下管道因開挖而破裂的事故的發(fā)生，避免無(wú)意義的經(jīng)濟(jì)損失，因而對(duì)地下管道進(jìn)行定位具有重要的意義。

而現(xiàn)在比較成熟的方法有示蹤線探測(cè)法、頻域電磁法、電磁波法，這些方法存在精度和探測(cè)效率方面的不足。近些年來(lái)捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)探測(cè)法得到發(fā)展，但其存在長(zhǎng)時(shí)間積累誤差問題。為了校正捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)探測(cè)法的長(zhǎng)時(shí)間積累誤差問題，本發(fā)明結(jié)合捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)探測(cè)法，采用基于聲波渡越時(shí)間測(cè)量來(lái)校正管道系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果，以彌補(bǔ)捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)探測(cè)法長(zhǎng)時(shí)間積累誤差的的不足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在長(zhǎng)時(shí)間積累誤差的缺陷，提供一種基于聲波渡越時(shí)間測(cè)量的地下管道定位系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種基于聲波渡越時(shí)間測(cè)量的地下管道定位系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)處理器，其中，所述數(shù)據(jù)采集器包括：

管道數(shù)據(jù)采集器，其置于位于地下的管道中，并以速度v₁沿著管道運(yùn)動(dòng)；所述管道數(shù)據(jù)采集器用于采集第一聲波數(shù)據(jù)；

n₂個(gè)位于管道附近且置于地面，用于采集第二聲波數(shù)據(jù)的地面數(shù)據(jù)采集器；n₂大于等于3；

當(dāng)用錘擊裝置錘擊地面產(chǎn)生聲波信號(hào)后，由地面、管道數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行第一、二聲波數(shù)據(jù)的采集，而其中，采集到的聲波數(shù)據(jù)將傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理器，由所述數(shù)據(jù)處理器：

首先，對(duì)第一、二聲波數(shù)據(jù)進(jìn)行接收；

其次，對(duì)接收到的第一、二聲波數(shù)據(jù)進(jìn)行互相關(guān)處理，得到聲波的渡越時(shí)間；

其次，根據(jù)所述聲波的渡越時(shí)間和聲波的傳播速度，計(jì)算管道數(shù)據(jù)采集器到每個(gè)地面數(shù)據(jù)采集器之間的距離r₁、…、r_i，i＝n₂；

其次，依據(jù)前述計(jì)算到的距離數(shù)據(jù)r₁、…、r_i和每個(gè)地面數(shù)據(jù)采集器所處的位置信息，通過多點(diǎn)聲波定位法進(jìn)行管道數(shù)據(jù)采集器的初始定位；

最后，將由多點(diǎn)聲波定位法定位到的管道數(shù)據(jù)采集器位置信息，與采用使用捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航依據(jù)慣導(dǎo)數(shù)據(jù)計(jì)算得到的管道數(shù)據(jù)采集器位置信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理，完成對(duì)地下管道的最終定位；其中，所述捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航包括了三軸陀螺儀和三軸加速度計(jì)；所述捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航安裝在管道數(shù)據(jù)采集器上，用于采集管道數(shù)據(jù)采集器的慣導(dǎo)數(shù)據(jù)，所述慣導(dǎo)數(shù)據(jù)包括測(cè)量到的陀螺儀數(shù)據(jù)和加速度計(jì)數(shù)據(jù)，通過所述陀螺儀數(shù)據(jù)和加速度計(jì)數(shù)據(jù)反映管道數(shù)據(jù)采集器的運(yùn)動(dòng)情況。

本發(fā)明公開的一種利用上述一種基于聲波渡越時(shí)間測(cè)量的地下管道定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)地下管道定位方法，包括以下步驟：