论文题目：基于惯性导航的管道与特征位置检测方法研究
摘要：管道运输由于其经济、快捷、可靠等性质被广泛用于石油天然气等易燃易爆和毒性物质的运输。在管道运输的过程当中由于自然环境、人为因素、材料腐蚀等因素影响,会产生腐蚀、裂纹、盗油孔等缺陷。所以对管道进行定期的检测,并且对其进行完整性分析是管道安全稳定运行的保证,有着预防重大事故的发生的重要作用。基于惯性导航技术的管道地理坐标定位系统可搭载在管道内检测器上与其同时工作,结合管道内检测器的缺陷检测功能,对管道缺陷及特征位置进行精确定位。在管道惯性测绘离线解算过程中,测量数据中不仅能够解算出整条管线的轨迹,还包含了大量有价值的信息等待挖掘。本文研究了惯性导航基础理论以及基于捷联惯导技术的管道地理坐标惯性测绘原理及其相关算法,研究了数据离线解算预处理流程,并在此基础上结合里程计及定位点信息推导了姿态修正模型以及惯性导航系统速度修正模型,给出修正方法。采用引入外部定位点的方式进行管道地理坐标轨迹误差修正。提出两种管道地理坐标惯性测绘轨迹误差修正方法适用于不同工程实际,第一种为快速解算方法采用经纬度误差线性修正原理对轨迹进行线性修正,采用双向线性修正消除定位点处轨迹突变问题。第二种方式为惯性导航系统在定位点处地理坐标系三轴误差投影在载体坐标系上的位姿及速度修正方法,通过分段逆向修正与正向重新迭代解算逐步对数据进行离线解算修正。结合工程实际需要,对管道弯头及焊缝特征进行识别定位。在MATLAB平台上编程实现管道地理坐标定位点修正及管道特征位置识别定位算法,并且完成管道地理坐标惯性测绘数据解算与修正,结合检测器实现管道缺陷及特征位置的识别定位。实验与数据解算结果表明:搭载在管道内检测器上的惯性导航系统能够结合检测器接收到的定位点信息,对管道惯性测绘轨迹进行分段修正,对惯性导航系统长时间运行的误差积累具有打断作用,并且能够结合解算信息对管道特征位置进行准确的识别与定位。利用KVH1775惯性测量单元的测量数据进行解算,轨迹线性修正算法能够快速修正偏离定位点的轨迹;位姿分段迭代修正算法结合定位点及里程轮信息对惯性测量单元每个采样点的姿态和速度进行修正,在对位姿和速度修正后重新进行解算,逐段实现管道惯性测绘轨迹修正,两种修正方法在实验中都对偏离定位点的轨迹具有良好修正效果。利用MPU6500的实验数据进行解算,能够准确识别定位管道弯头特征,可提供弯头走向、角度以及弧长等信息。在实际工程数据中,管道焊缝特征识别定位算法可以有效筛选识别管道焊缝特征并结合定位点修正后坐标对其进行更精准地理坐标定位。
关键词：惯性导航;参数解算;误差修正;定位点;管道特征定位
学科专业：仪器科学与技术
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.2 管道内检测技术的研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 管道检测地理坐标定位技术的研究现状
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.4 论文的研究内容与章节安排
1.4.1 论文的研究内容
1.4.2 论文的章节安排
第2章 惯性导航技术与管道检测地理坐标定位原理
2.1 惯性导航技术及其数学描述
2.1.1 惯性导航系统的基本坐标系
2.1.2 惯性导航系统的主要参数
2.1.3 惯性导航系统坐标系间的变换
2.2 管道检测地理坐标定位系统
2.2.1 捷联式惯性导航系统
2.2.2 管道内检测系统与管道检测地理坐标定位系统
2.2.3 检测器坐标系统
2.3 管道检测地理坐标定位方法
2.4 本章小结
第3章 基于惯性导航的管道与特征位置检测方法研究
3.1 MATLAB数学软件
3.2 数据预处理
3.2.1 数据预处理原理
3.2.2 数据预处理程序
3.3 管道地理坐标惯性测绘轨迹线性修正方法
3.3.1 基于定位点的惯性导航轨迹线性修正算法
3.3.2 基于定位点的惯性导航轨迹线性修正程序
3.4 管道地理坐标惯性测绘位姿修正方法
3.4.1 基于定位点的惯性导航位姿修正原理
3.4.2 基于定位点的惯性导航位姿修正算法
3.4.3 基于定位点的惯性导航位姿修正程序
3.5 管道特征位置识别与定位方法
3.5.1 管道特征位置识别定位原理
3.5.2 管道特征位置识别定位算法
3.5.3 管道特征位置识别定位程序
3.6 本章小结
第4章 实验验证与结果分析
4.1 含有定位点的惯性导航系统测绘实验
4.1.1 实验参数
4.1.2 数据预处理与原始数据分析
4.1.3 数据解算
4.1.4 导航轨迹修正与校验
4.1.5 导航位姿修正与校验
4.2 含有管道特征的管段实验
4.2.1 实验参数
4.2.2 数据解算与结果分析
4.3 本章小结
第5章 结论
参考文献
在学研究成果
致谢