[發明專利]一種多模式自切換的管線儀自適應精密定位方法

有效

• 申請號: 202210178916.0
• 申請日: 2022-02-25
• 公開（公告）號: CN114608570B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 周澤波;張曉丹
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/20;G01C22/00;G06F18/2415;G06F18/27
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 陳一鑫

該發明公開了一種多模式自切換的管線儀自適應精密定位方法，屬于慣性測量領域。該方法首先對原始數據進行預處理，設計了新的里程計打滑區間的檢測方法，然后利用機器學習方法預先識別管線儀的運動模式，再在解算中根據當前時刻的運動模式切換至對應的精密量測模型。為提高各類測量數據的融合精度，提出了一套“SINS/ODO/AGM/HC/PC/YC”組合定位算法。本發明不僅適用于簡單環境下的管線儀定位實驗，也可用于長距離、多彎折、高起伏環境下的定位實驗，可為國家對管道的日常維護、例行檢修、資料統計等提供便利。

技術領域

本發明屬于慣性測量技術領域，具體是一種多模式自切換的管線儀自適應精密位置測量方法，主要應用于管道中心線測量以及管道缺陷定位。

背景技術

近幾十年來，隨著微電子機械(MEMS)技術的發展，MEMS慣性測量單元(以下簡稱MIMU)以小體積、低成本的優勢被廣泛應用于管道內檢測中。常規的管線儀(PIG)定位方法為：純慣性導航/里程計/地面標志點(SINS/ODO/AGM)組合定位，這種方法可對短距離的直線管道實現亞米級甚至厘米級的定位精度，但是對于長距離、多彎折管道的定位精度往往不能滿足實際檢修需要。該方法在復雜環境下的定位精度主要受限于MIMU的性能與外部觀測量信息冗余，因此有學者提出結合管道特性輔助定位，如：管道轉彎信息、管道焊接口信息、管道長度信息等，其中能直接用于未知環境的檢測方法是“SINS/ODO/AGM/管道形狀判斷”組合的定位模式。這種方法通過檢測管道的轉彎接口，識別出直線段與轉彎段，進而在直線段添加偏航角/俯仰角約束模型，從而減小誤差的發散。因此，該方法的性能依賴于管道轉彎接口的準確檢測以及姿態約束模型的合理構造?，F有多種管道轉彎接口的識別方法，如：對IMU原始數據進行峰值檢測、對陀螺角速率積分得到姿態變化區間等。但以上所提到的方法往往對閾值非常敏感，難以在復雜環境下保持其檢測的準確性，而非完整性約束應與實際運動相關聯。目前，鮮有學者利用MIMU開展高起伏地形環境下的管線儀位置測量實驗，因其環境特殊性給精密定位帶來了巨大的挑戰。

發明內容

針對上述問題，本發明提出一種可根據環境變化自適應重構觀測模型的管線儀位置測量方法。該方法針對系統誤差得不到及時修正的問題，預設多類觀測模型；針對單一觀測模型對環境適應性差的問題，利用機器學習識別管線儀的運動模態，再自動匹配相應觀測模型。

本發明的技術方案為：一種多模式自切換的管線儀自適應精密定位方法，該方法包括數據采集和數據計算，所述數據采集包括：

步驟1：將慣性測量單元放入管線儀中時，與管道的右向、前向、天向保持對齊；

步驟2：將管線儀放置于發球站內；

步驟3：保持靜止3～5分鐘，配置初始偏航角與初始位置；

步驟4：待靜止初始化階段結束后，開始牽引運動，并在運動過程中標記多個地面標志點位置信息；

步驟5：待管線儀到達收球筒后，再靜置3～5分鐘，并測量管線儀的末端偏航角與末端位置；

步驟6：將所采集的慣性測量單元原始數據、里程計原始數據、地面標志點位置以及起末偏航信息融合處理，以獲取管線儀高精度運動軌跡；

所述數據計算包括：

步驟1：獲取慣性測量單元原始數據、里程計原始數據、地面標志點位置；

步驟2：進行原始數據預處理；

步驟2-1：設置閾值剔除角速率粗差；

步驟2-2：設置閾值剔除比力粗差；

步驟2-3：設置閾值剔除里程計粗差；

步驟2-4：使用有限脈沖響應濾波器對慣性測量單元的數據濾波；

步驟2-5：標注里程計打滑時段；