第38卷第7期 2017年7月
自动化仪
表
PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION
Vol.38 No. 7 July.2017
多传感器融合在地下管道测量中的应用研究
肖蕾，刘克江，庄鑫财
（广东技术师范学院自动化学院，广东广州510450）
摘要：地下管道现有测量技术普遍存在环境干扰影响严重、测量精度低等缺陷，无法实现复杂地下管网的精确定位，导致地下管道管理混乱无序、施工事故频发。针对埋地管道空间位置测量问题，提出一种采用三轴陀螺仪、加速度计和磁力计等多传感器融合的姿态解算方法。利用加速度计和磁力计分量对陀螺仪误差进行修正，构造姿态矩阵，获取修正后的航向角、俯仰角和翻滚角，并对测量装置行程信息进行空间坐标计算，得到地下管道空间位置失量信息，采用非开挖技术，实现地下管道的精确管理。该方法能满足测量精度的要求，实现对地下管道的准确定位，且能构造出地下管道的走向和三维空间位置形状。试验证明，基于多传感器融合的地下管道空间位置测量系统能够有效降低传感器漂移误差，测量得到的地下管道空间位置失量信息具有较高的精确性，在地下管道非开挖工程领域具有一定的实用性。
关键词：多传感器融合；地下管道；姿态解算；空间位置；误差修正
中图分类号：TH39；TP23
文献标志码：A
DOI: 10. 16086/j. enki. issn1000 0380. 201707017
ResearchontheApplicationofMulti-SensorFusion
inUndergroundPipelineMeasurement
XIAO Lei,LIU Kejiang,ZHUANG Xincai
( College of Automation, Guangdong Polytechnie Normal University , Guangzhou 510450 , China)
Abstract: In general,the existing measurement technologies of underground pipeline have disadvantages of serious environmental interference and low measurement accuracy,so these technologies cannot achieve accurate measurenent for complex underground pipe network,thus result in disorder management of underground pipelines and frequent construction accidents. Aiming at the issue of the spatial measurement of buried pipelines, the multi sensor fusion attitude calculation method using three axis gyrosope,accelerometer and magnetometer is proposed. The error of gyroscope is eorrecled by the components of accelerometer and magnetometer,to construct attitude matrix,obtain the corrected heading angle,pitch angle and tumbling angle,and cary out the spatial coordinate calculation and to get the vector information of underground pipeline position. These realize the accurate management of the underground pipeline by using the trenchless technology , and the direction and the three dimensional spatial position shape of the underground pipeline are aceurately constructed, Experiments show that the system based on multi sensor fusion can effectively reduce the sensor drift error, the spatial position vector information of underground pipeline obtained by the measurement is highly accurate ,and the system has a certain practicality in underground pipeline trenchless engineering field. Keywords: Multi sensor fusion; Underground pipeline; Attitude calculation; Space position; Error correction
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引言
地下管道是城市基础设施的重要组成部分，是城
市赖以生存和发展的物质基础。由于历史和现实的各种原因，我国城市地下管道管理滞后于城市发展和国际同行业水平，其混乱无序的状况已成为城市建设和国民经济发展的瓶颈之一"。近年来，由于路面开挖造成地下管道事故频发、损失巨大，事故主要原因均为
施工方对地下管道位置状况不清楚，施工开挖前未对地下管道走向精确探测。在非开挖地下管道施工技术兴起后，国内外地下管道非开挖探测技术进人了快速发展阶段2-4。目前，地下管道探测技术主要分为外置式管道探测与介入传感式管道检测两大类，比较成熟的有管线探测仪、探地雷达、全球定位系统（global positioningsystem，CPS）等。但这些技术普遍存在环境干扰影响严重、测量精度低等缺陷，无法实现复杂地下
修改稿收到日期：201701-12
基金项目：广东省科技计划基全资助项目（2015.A030401099、2016A040403122）
作者简介：肖蓄（1974一），男，博土，副教授，主要从事自动化装置、测控技术、嵌人式系统开发方向的研究。
E mail;2954934334@ qq.com。
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