惯导技术在燃气穿越管道定位中的应用

惯导技术在燃气穿越管道定位中的应用

刘毓福

东莞新奥燃气有限公司 广东东莞 523000

摘要:燃气管道具有易燃易爆特性，因此对于燃气管道的安全运营具有很高要求，做好安全运营，防止第三方损坏，首要问题是管道定位准确。本文介绍利用惯性导航技术对燃气穿越管进行准确定位的原理、方法及检测中的注意事项，提高定位准确性的措施。

关键字：燃气工程  穿越管道  定位方法  保证措施

前言

燃气管道是燃气公司向城镇居民和机关食堂、餐饮以及工厂输送燃气的主要并且非常重要的设施，一旦损坏就会引起燃气供应的中断或减少，甚至引起燃气爆炸事故，因此，做好燃气管道安全运营对燃气公司，乃至整个城市来说都是相当重要的工作，做好管道的精确定位可大大地减少管道损坏。

1.燃气穿越管道定位的重要性及难点

（1）燃气管道精准定位是法律法规要求和安全运营所需。燃气管道作为重要市政基础设施是受法律保护的，同时法律法规以及有关技术规定对燃气管道定位也具有明确的要求，如《建设工程质量管理条例》第十六条关于工程竣工验收的条件要求具备有完整的技术档案；《城市地下管线探测技术规程》等要求建设单位应按有关规定对地下管线进行定位，及时将测量成果报送城建档案管理部门，并对测量数据和测量图的真实性、准确性负责。燃气企业安全运营也需要运营人员熟知管道位置；同时其他管线交叉施工，特别穿越或顶管施工更需要燃气管道精确的坐标定位，才能确定安全的交叉施工方案，避免意外损坏管道的事故。

（2）由于各种因素影响，燃气穿越管道难以准确定位。

首先，穿越管段的轨迹是不规则曲线，要对曲线定位就比较复杂，而施工时由于地层变化或其它地下管线等障碍物，穿越导向常会变更设计位置，更增加轨迹曲线的不规则变化。其次，地面的河流、山坡等地形，给地面测量和定位带来很大困难。最后，复杂现场和测量设备的局限，致使不可能进行穿越定位。目前穿越设备自带探测设备，但必须是地面条件好、埋深不大时，可在穿越钻头正上方探测到探棒发出的信号来定探棒所处的位置和深度，若在其周围有强电磁场干扰或上述地形条件所限，信号太弱甚至无信号反馈，无法定位，即使有信号，由于受到干扰，定位也相差甚远。

2.惯导技术可克服各种因素影响，在穿越管段定位中具有明显优势。

惯导技术定位是通过管道三维测量仪在被测管道内行进，记录下行进过程中惯性空间的3个转角速度和3个线加速度以及相互关系及与相应变化量，建立空间坐标系，经坐标转换利用计算机运算，得出管道在需要的坐标系统的信息。

（1）由于它是测量与计算自身变化量来确定轨迹点的坐标值，具有不受地形、探测管道深度限制，不受电磁干扰的优点。

（2）不受被测管道的材质影响，适合各种管材。

（3）MEMS陀螺设备微型化，DN80以上管道都适应，实践中适合所有穿越管；

（4）定位精度高，由于其测量误差主要受测量长度影响，在MEMS陀螺仪精度下，500米以内满足地下管线探测技术规程的要求，1000米以内的偏差精度可满足运营实际管控的要求；

（5）能直接与燃气管网GIS系统无缝兼容，由于空间坐标系与所需的坐标系可自由选取，非常方便地与GIS系统对接。

3.惯导定位技术在实际检测中也存在一些问题。

（1）惯导设备自身固有的设备偏差，有的还较大；

（2）检测原理表明测量偏差随检测长度而增大；

（3）检测人员操作影响明显，经作者组织针对同一设备不同人员与不同品牌设备相同人员对同一模拟管道测试得出结果如下表1、表2所示：

表1 同设备不同人员测试结果与GPS-RTK测值的偏差

表2不同品牌设备相同人员测试结果与GPS-RTK测值的偏差

由上表可以看出即使相同设备测出的结果仍有一些差别(最大水平差为0.096米、最大高程差为0.031米），对于不同设备测出的偏差（最大水平差为0.310米、最大高程差为0.026米）就更大。

4.分析总结日常作业与测试结果，改进相应措施，才能得到精准定位结果。

（1）甄选仪器设备的品牌及型号，优先选用光纤陀螺。有些品牌的设备由于性能和计算软件原因，测试结果偏差较大，特别是对检测管道曲率大等情况更会放大偏差结果。随着陀螺设备的更迭，光纤陀螺迭代MEMS陀螺，将会数量级地提高定位检测的准确度。

（2）增强责任意识，规范操作。检测人员不按规程操作对结果的影响很大，测试作业一般至少需往返测试2遍，每次检测完毕须使设备在起点处静止停放2分钟，行进速度应控制在5m/s左右。

（3）检测管内应清理干净。穿越管道由于回拖需泥浆润滑，两端保护不好易进泥浆或水，里程计在泥浆中滑行；焊缝的焊瘤造成里程行进中起伏跳跃，这些都使里程测量不准从而极大地影响检测准确度。

（4）检测设备应定期检定。检定周期为一年，检定应送具有CNAS资质单位，送检的设备至少应包括陀螺仪、GPS-RTK或北斗CR0SS等测量仪。

（5）保证基准点准确。由于陀螺仪检测的两个端点也就是该管段坐标计算的基准点，测量结果都是基于此两个基准点坐标计算转换而成，因此这两个端点的坐标值和高程值必须准确。通过三年来作者对坐标系统测试情况跟踪发现，测量仪在测量前应与校准点的三维坐标值校对，另外，作业时应检查定位卫星数量，少于三颗时不应作业。

（6）设置参照点以便复核。每个管段检测作业除对两个管端进行准确测量外，为防止测量系统的原因（尤其是市域交界处，测量仪常会发生由于通讯信号原因选错系统），在管端点附近设置一个参照点，并与管端的基准点进行三维栓点定位和坐标高程测量。一旦再测发现参照点的坐标和高程出现较大的偏差，就需核查检测时测量设备选取的系统或测量是否正确，可在确定了参照点与坐标和高程正确后再推导出当时端点在正确的坐标系统中的平面坐标和高程。重新进行坐标转换计算可导出该穿越管段正确的轨迹坐标，而避免了重新断管再测作业。

结束语：

综上所述，惯导定位技术在燃气穿越管道定位检测中具有良好的检测效果，是目前准确度较高、相比其他检测具有明显优势的检测方法。随着市场的接受、设备更迭、系统升级，其前景更加宽广，存在的偏差或不足，可从作业规程、设备系统维护和作业管理加强改进，就可提高和保证定位的准确度。

参考文献

[1]王文东 陈强赵华山基于惯性导航的地下管线轨迹测量系统[J]. 智能计算机与应用, 2019, 009(001):219-223.

[2]彭伟, 门伟. MEMS惯导辅助管线测量仪精度评估[J]. 浙江测绘, 2020.