本發(fā)明涉及管道檢測(cè)
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種基于球形內(nèi)檢測(cè)器的海底管道三維地理坐標(biāo)測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
：隨著全球油氣資源消費(fèi)的持續(xù)增長(zhǎng)和陸地油氣資源的日漸枯竭，海洋油氣開發(fā)已經(jīng)愈來愈受到全世界的重視，未來我國(guó)乃至世界海底輸油氣管道的數(shù)量會(huì)以驚人的速度增長(zhǎng)。海底輸油氣管道在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著非常重要作用的同時(shí)，又經(jīng)常發(fā)生觸目驚心的管道泄漏事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的環(huán)境污染，甚至引發(fā)生態(tài)災(zāi)難，且隨著海底管道數(shù)量的增加有愈演愈烈之勢(shì)。定期對(duì)海底管道各種缺陷和原位狀態(tài)進(jìn)行全管線檢測(cè)，及早采取維修、預(yù)防措施，可避免海底管道泄漏事故發(fā)生并延長(zhǎng)其使用年限。因此各種檢測(cè)技術(shù)包括：管道防腐層檢測(cè)、管道腐蝕檢測(cè)、管道泄漏檢測(cè)、管道位置定位檢測(cè)與監(jiān)測(cè)應(yīng)運(yùn)而生。其中，管道位置檢測(cè)是實(shí)現(xiàn)管道其他很多檢測(cè)技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)的前提。首先，內(nèi)檢測(cè)法是目前應(yīng)用較多的海底管道缺陷檢測(cè)方法。海底管道缺陷內(nèi)檢測(cè)只有在知道了海底管道地理坐標(biāo)的前提下才有意義。否則，即便檢測(cè)到了海底管道缺陷也無法對(duì)其進(jìn)行維修。其次，海底管道在運(yùn)輸油氣的過程中，存在高溫?zé)崤蛎浐蛢?nèi)外壓力差，會(huì)使海底管道有伸長(zhǎng)的趨勢(shì)。在大尺度范圍內(nèi)，海底管道會(huì)變得很柔軟。當(dāng)受到海底洋流或潮汐的沖刷作用時(shí)，海底管道會(huì)發(fā)生漂移并偏離最初的地理位置，導(dǎo)致其地理坐標(biāo)信息丟失，使得對(duì)海底管道定位、維護(hù)、維修變得困難。因此，海底管道地理坐標(biāo)測(cè)量具有重要意義。目前針對(duì)海底地理坐標(biāo)測(cè)量，國(guó)內(nèi)外通常是利用水下機(jī)器人(RemoteOperatedVehicle，ROV)、(AutonomousUnderwaterVehicle，AUV)攜帶多波束測(cè)深儀、旁掃聲吶、淺地層剖面儀、水下攝像機(jī)、海洋磁力儀等，完成水下及海底泥面以下管道埋藏狀況以及路由區(qū)域海底地質(zhì)狀況調(diào)查。其中，多波束測(cè)深儀和旁掃聲吶通過探測(cè)水深和海底地貌來確定海底管道縱向和橫向位置；淺地層剖面儀可以獲得高、低頻兩種淺地層剖面資料，實(shí)現(xiàn)對(duì)埋藏管道的埋深、上覆沉積物的類型及厚度的調(diào)查。多波束測(cè)深儀不能顯示完全掩埋管道的狀態(tài)，需要淺地層剖面儀的配合。水下攝像機(jī)檢測(cè)海底管道直觀性強(qiáng)，但是能見度很低。海洋磁力儀可用于檢測(cè)管道是否存在，但不能探測(cè)海底管道的空間位置狀態(tài)。這些方法都有各自不足，需要綜合利用，聯(lián)合分析。這導(dǎo)致檢測(cè)任務(wù)復(fù)雜、成本高，檢測(cè)間隔長(zhǎng)的問題。而且對(duì)于深水海管，工程物探法檢測(cè)難度非常大。此外，有人嘗試將捷聯(lián)慣導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用于海底管道地理坐標(biāo)測(cè)量，但未獲得成功。主要原因是慣性導(dǎo)航須基于球形或柱形內(nèi)檢測(cè)器和地面標(biāo)記器實(shí)現(xiàn)，而埋入泥下的雙層海底管道沿途沒有設(shè)置標(biāo)志點(diǎn)，難以獲取管道沿途的GPS信息，慣性導(dǎo)航定位誤差會(huì)隨著時(shí)間的積累迅速增大導(dǎo)致定位發(fā)散，不能長(zhǎng)時(shí)間獨(dú)立工作。綜上所述，急需一種全管線、短周期、低成本、實(shí)施便捷的海底管道三維地理坐標(biāo)測(cè)量方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提供了一種海底管道三維地理坐標(biāo)測(cè)量方法，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在沒有任何輔助定位方法(如GPS、地面標(biāo)記器)的前提下，利用球形內(nèi)檢測(cè)器進(jìn)行全管線、短周期、低成本、便捷的海底管道三維地理坐標(biāo)測(cè)量，詳見下文描述：一種海底管道三維地理坐標(biāo)測(cè)量方法，所述測(cè)量方法包括以下步驟：將三分量磁傳感器和加速度傳感器固定在球形內(nèi)檢測(cè)器里的任意位置，將球形內(nèi)檢測(cè)器投管巡檢，測(cè)量管道內(nèi)磁場(chǎng)和加速度，巡檢完畢，將球形內(nèi)檢測(cè)器記錄的磁場(chǎng)信號(hào)下載到上位機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；計(jì)算球形內(nèi)檢測(cè)器里程；構(gòu)建轉(zhuǎn)換矩陣；對(duì)磁場(chǎng)做坐標(biāo)變換；求解第j個(gè)數(shù)據(jù)子集所對(duì)應(yīng)的管道的3D走向；計(jì)算管道3D地理坐標(biāo)，利用管道端點(diǎn)3D地理坐標(biāo)對(duì)初步計(jì)算的管道3D地理坐標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)。其中，所述計(jì)算球形內(nèi)檢測(cè)器里程的步驟具體為：對(duì)第j個(gè)數(shù)據(jù)子集做傅里葉變換得到中間變量數(shù)據(jù)子集，搜索中間變量數(shù)據(jù)子集的最大值得到最大值的索引，獲取數(shù)據(jù)子集對(duì)應(yīng)的球形內(nèi)檢測(cè)器滾動(dòng)的平均頻率；設(shè)球形內(nèi)檢測(cè)器的外徑，獲取數(shù)據(jù)子集對(duì)應(yīng)的球形內(nèi)檢測(cè)器前進(jìn)的平均速率；獲取球形內(nèi)檢測(cè)器在第j個(gè)數(shù)據(jù)子集期間的里程；設(shè)管道總長(zhǎng)度為S0，獲取修正以后球形內(nèi)檢測(cè)器在第j個(gè)數(shù)據(jù)子集期間的里程。其中，所述構(gòu)建轉(zhuǎn)換矩陣的步驟具體為：分別對(duì)數(shù)據(jù)子集進(jìn)行中值濾波，得到濾波后的信號(hào)子集；通過濾波后的信號(hào)子集獲取中間變量數(shù)據(jù)子集；計(jì)算中間變量數(shù)據(jù)子集的幅值，構(gòu)建矩陣集合。其中，所述對(duì)磁場(chǎng)做坐標(biāo)變換的步驟具體為：將B2x(k)、B2y(k)、B2z(k)分割成一系列數(shù)據(jù)子集；利用R12j對(duì)一系列數(shù)據(jù)子集作如下運(yùn)算，得到Gxj,Gyj,Gzj；計(jì)算Gxj,Gyj,Gzj的均值，得到的三個(gè)新分量構(gòu)成的中間變量向量。其中，所述計(jì)算管道3D地理坐標(biāo)，利用管道端點(diǎn)3D地理坐標(biāo)校準(zhǔn)初步計(jì)算的管道3D地理坐標(biāo)的步驟具體為：計(jì)算單位旋轉(zhuǎn)軸；計(jì)算旋轉(zhuǎn)角；計(jì)算旋轉(zhuǎn)矩陣；計(jì)算縮放系數(shù)；校準(zhǔn)。本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是：1、本方法不需要GPS和地面標(biāo)記器，特別適用于海底管道；2、本方法所采用的內(nèi)檢測(cè)器是外徑小于管道內(nèi)徑的球形結(jié)構(gòu)，因此不易發(fā)生卡堵，能克服管道變形并輕松通過管道上的閥門等裝置；3、本方法所采用的所用的磁傳感器和加速度傳感器是MEMS器件，具有低成本、微功耗、體積小、使用靈活等優(yōu)點(diǎn)；4、本方法利用現(xiàn)有的清管器收發(fā)設(shè)備，可以方便、快速的發(fā)射與接收所采用的球形內(nèi)檢測(cè)器；該方法不僅可應(yīng)用于海底管道，也可應(yīng)用于陸地管道與城市供水管道的軌跡重構(gòu)，適應(yīng)性強(qiáng)、應(yīng)用面廣；5、在沒有GPS和地面標(biāo)記器的情況下，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本方法已經(jīng)能夠利用球形內(nèi)檢測(cè)器繪制出一條30km長(zhǎng)的成品油管道軌跡，驗(yàn)證了本方法的可行性。附圖說明圖1為一種海底管道三維地理坐標(biāo)測(cè)量方法的流程圖；圖2為原始加速度信號(hào)數(shù)據(jù)子集Sxj、Syj、Szj的示意圖；圖3為去除直流分量并濾波之后的加速度信號(hào)數(shù)據(jù)子集Vxj、Vyj、Vzj的示意圖；圖4為四種配置的R12j正交誤差ER12j的示例圖；圖5為坐標(biāo)變換前后的磁場(chǎng)的示意圖；(a)為變換前的示意圖；(b)為變換后的示意圖。圖6為計(jì)算得到的管道軌跡：(a)計(jì)算、未校準(zhǔn)的管道軌跡；(b)校準(zhǔn)后的管道軌跡。具體實(shí)施方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。實(shí)施例1本發(fā)明實(shí)施例提出了一種海底管道三維地理坐標(biāo)測(cè)量方法，參見圖1，該方法包括以下步驟：101：將三分量磁傳感器和加速度傳感器固定在球形內(nèi)檢測(cè)器里的任意位置，將球形內(nèi)檢測(cè)器投管巡檢，測(cè)量管道內(nèi)磁場(chǎng)和加速度，巡檢完畢，將球形內(nèi)檢測(cè)器記錄的磁場(chǎng)信號(hào)下載到上位機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；計(jì)算球形內(nèi)檢測(cè)器里程；102：構(gòu)建轉(zhuǎn)換矩陣；對(duì)磁場(chǎng)做坐標(biāo)變換；103：求解第j個(gè)數(shù)據(jù)子集所對(duì)應(yīng)的管道的3D走向；104：計(jì)算管道3D地理坐標(biāo)，利用管道端點(diǎn)3D地理坐標(biāo)對(duì)初步計(jì)算的管道3D地理坐標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)。其中，步驟101中的計(jì)算球形內(nèi)檢測(cè)器里程的步驟具體為：對(duì)第j個(gè)數(shù)據(jù)子集做傅里葉變換得到中間變量數(shù)據(jù)子集，搜索中間變量數(shù)據(jù)子集的最大值得到最大值的索引，獲取數(shù)據(jù)子集對(duì)應(yīng)的球形內(nèi)檢測(cè)器滾動(dòng)的平均頻率；設(shè)球形內(nèi)檢測(cè)器的外徑，獲取數(shù)據(jù)子集對(duì)應(yīng)的球形內(nèi)檢測(cè)器前進(jìn)的平均速率；獲取球形內(nèi)檢測(cè)器在第j個(gè)數(shù)據(jù)子集期間的里程；設(shè)管道總長(zhǎng)度為S0，獲取修正以后球形內(nèi)檢測(cè)器在第j個(gè)數(shù)據(jù)子集期間的里程。其中，步驟102中的構(gòu)建轉(zhuǎn)換矩陣的步驟具體為：分別對(duì)數(shù)據(jù)子集進(jìn)行中值濾波，得到濾波后的信號(hào)子集；通過濾波后的信號(hào)子集獲取中間變量數(shù)據(jù)子集；計(jì)算中間變量數(shù)據(jù)子集的幅值，構(gòu)建矩陣集合。其中，對(duì)磁場(chǎng)做坐標(biāo)變換的步驟具體為：將B2x(k)、B2y(k)、B2z(k)分割成一系列數(shù)據(jù)子集；利用R12j對(duì)一系列數(shù)據(jù)子集作如下運(yùn)算，得到Gxj,Gyj,Gzj；計(jì)算Gxj,Gyj,Gzj的均值，得到的三個(gè)新分量構(gòu)成的中間變量向量。其中，所述計(jì)算管道3D地理坐標(biāo)，通過管道3D地理坐標(biāo)校準(zhǔn)管道3D地理坐標(biāo)的步驟具體為：計(jì)算單位旋轉(zhuǎn)軸；計(jì)算旋轉(zhuǎn)角；計(jì)算旋轉(zhuǎn)矩陣；計(jì)算縮放系數(shù)；校準(zhǔn)。綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例在沒有任何輔助定位方法(如GPS、地面標(biāo)記器)的前提下，利用球形內(nèi)檢測(cè)器進(jìn)行全管線、短周期、低成本、便捷的海底管道三維地理坐標(biāo)測(cè)量，滿足了實(shí)際應(yīng)用中的多種需要。實(shí)施例2下面結(jié)合具體的附圖、計(jì)算公式對(duì)實(shí)施例1中的方案進(jìn)行詳細(xì)的介紹，詳見下文描述：201：數(shù)據(jù)收集部分；即將三分量磁傳感器和三分量加速度傳感器固定在球形內(nèi)檢測(cè)器里的任意位置，獲取管道中的磁場(chǎng)信號(hào)和球形內(nèi)檢測(cè)器的加速度信號(hào)，并將磁場(chǎng)信號(hào)和加速度信號(hào)傳輸至上位機(jī)；該步驟的詳細(xì)操作為：將三分量磁傳感器和加速度傳感器固定在球形內(nèi)檢測(cè)器里的任意位置，將球形內(nèi)檢測(cè)器投管巡檢，測(cè)量管道內(nèi)磁場(chǎng)和加速度，巡檢完畢，將球形內(nèi)檢測(cè)器記錄的磁場(chǎng)信號(hào)下載到上位機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。其中，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)三分量磁傳感器和三分量加速度傳感器的型號(hào)不做限制，只要求磁傳感器的三個(gè)軸分別和加速度傳感器三個(gè)軸分別平行，例如：三分量磁傳感器和三分量加速度可以封裝在一個(gè)芯片內(nèi)，也可以分別封裝在兩個(gè)芯片內(nèi)。設(shè)磁傳感器的三個(gè)軸的信號(hào)分別為B2(k)＝{(B2x(k),B2y(k),B2z(k))|k＝1,2,3,…}，與這三個(gè)軸分別平行的加速度分量信號(hào)則記為a2(k)＝{(a2x(k),a2y(k),a2z(k))|k＝1,2,3,…}，k為離散采樣點(diǎn)序號(hào)。202：計(jì)算球形內(nèi)檢測(cè)器里程；(1)選用幅值較大的一個(gè)a2(k)分量，本次試驗(yàn)中選取a2x(k)分量。將a2x(k)分割成一系列數(shù)據(jù)子集，設(shè)每個(gè)數(shù)據(jù)子集點(diǎn)數(shù)為N0。其中，N0的選擇要滿足：數(shù)據(jù)子集大約包含8-20個(gè)周期信號(hào)。本次示例的實(shí)驗(yàn)中，采樣率fs＝50Hz，球形內(nèi)檢測(cè)器的滾動(dòng)頻率大約為2Hz，N0取260。設(shè)當(dāng)次實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)總的采樣點(diǎn)數(shù)為N，則數(shù)據(jù)子集的個(gè)數(shù)N1＝N/N0向下取整。(2)設(shè)第j個(gè)數(shù)據(jù)子集表示為Sxj＝{a2xj(i)|i＝1,2,…,N0},1≤j≤N1，a2xj(i)為第j個(gè)x分量加速度數(shù)據(jù)子集的元素。對(duì)第j個(gè)數(shù)據(jù)子集Sxj做傅里葉變換得到中間變量數(shù)據(jù)子集Qxj＝{q2xj(i)|i＝1,2,…,N0},1≤j≤N1，q2xj(i)為中間變量數(shù)據(jù)子集Qxj的元素。搜索中間變量數(shù)據(jù)子集Qxj的最大值得到最大值的索引ij，數(shù)據(jù)子集Sxj對(duì)應(yīng)的球形內(nèi)檢測(cè)器滾動(dòng)的平均頻率為：fj=ijN0fs]]>(3)設(shè)球形內(nèi)檢測(cè)器的外徑為D，則數(shù)據(jù)子集Sxj對(duì)應(yīng)的球形內(nèi)檢測(cè)器前進(jìn)的平均速率為：vj＝πDfj(4)球形內(nèi)檢測(cè)器在第j個(gè)數(shù)據(jù)子集期間的里程可表示為：sj＝vj·N0/fs(5)設(shè)管道總長(zhǎng)度為s0，則修正以后球形內(nèi)檢測(cè)器在第j個(gè)數(shù)據(jù)子集期間的里程為：s1j=sjs0Σj=1N1sj]]>203：構(gòu)建轉(zhuǎn)換矩陣；利用加速度信號(hào)的第j個(gè)數(shù)據(jù)子集構(gòu)建的轉(zhuǎn)換矩陣的形式如下式所示：R12j={r12j(i)=uxj(i)uyj(i)uzj(i)x22jy22jz22jvxj(i)vyj(i)vzj(i)|i=1,2,...,N0}]]>下面的第(1)-(3)步，計(jì)算r12j(i)的第三行，第(4)步計(jì)算r12j(i)的第一行，第(5)-(7)步計(jì)算第二行。(1)參見圖2，將a2x(k)、a2y(k)、a2z(k)分割成一系列數(shù)據(jù)子集，設(shè)每個(gè)數(shù)據(jù)子集點(diǎn)數(shù)為N0，本次試驗(yàn)中取N0＝260，設(shè)第j個(gè)數(shù)據(jù)子集表示為Sxj＝{a2xj(i)|i＝1,2,…,N0},Syj＝{a2yj(i)|i＝1,2,…,N0},Szj＝{a2zj(i)|i＝1,2,…,N0},1≤j≤N1，a2yj(i)為第j個(gè)y分量加速度數(shù)據(jù)子集的元素；a2zj(i)為第j個(gè)z分量加速度數(shù)據(jù)子集的元素。(2)分別對(duì)Sxj、Syj、Szj進(jìn)行中值濾波，中值濾波的秩為1；再進(jìn)行均值濾波，均值濾波的階數(shù)為4；得到濾波后的信號(hào)子集Wxj、Wyj、Wzj。其中，秩和階數(shù)的取值根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中的需要進(jìn)行設(shè)定，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)此不做限制。當(dāng)秩為1，階數(shù)為4時(shí)，本次試驗(yàn)取得較好的效果。(3)參見圖3，設(shè)1個(gè)重力加速度對(duì)應(yīng)的加速度傳感器的輸出數(shù)值為g0，則將Wxj、Wyj、Wzj分別除以g0、然后減去各自的平均值，得到中間變量數(shù)據(jù)子集Vxj＝{vxj(i)|i＝1,2,…,N0},Vyj＝{vyj(i)|i＝1,2,…,N0},Vzj＝{vzj(i)|i＝1,2,…,N0},1≤j≤N1，vxj(i)為中間變量數(shù)據(jù)子集Vxj的元素；vyj(i)為中間變量數(shù)據(jù)子集Vyj的元素；vzj(i)為中間變量數(shù)據(jù)子集Vzj的元素。(4)計(jì)算球形內(nèi)檢測(cè)器的滾動(dòng)周期的四分之三PAj＝0.75*fj/fs，設(shè)PAj的整數(shù)部分為PA1j，對(duì)Vxj做如下線性插值運(yùn)算得到中間變量數(shù)據(jù)子集Uxj：Uxj＝Vxj(i+PAj)＝{uxj(i)＝vxj(i+PA1j)+(PAj-PA1j)(vxj(i+1+PA1j)-vxj(i+PA1j))i＝1,2,…,N0}其中，vxj是中間變量數(shù)據(jù)子集Vxj的元素，uxj(i)是中間變量數(shù)據(jù)子集Uxj的元素。對(duì)Vyj、Vzj做類似的線性插值運(yùn)算分別得到Uyj、Uzj。(5)計(jì)算Uxj、Uyj、Uzj的幅值，分別記為Axj、Ayj、Azj，計(jì)算：|x22j|=1-Axj2,|y22j|=1-Ayj2,|z22j|=1-Azj2]]>其中，x22j為球形內(nèi)檢測(cè)器的旋轉(zhuǎn)軸的x分量；y22j為球形內(nèi)檢測(cè)器的旋轉(zhuǎn)軸的y分量；z22j為球形內(nèi)檢測(cè)器的旋轉(zhuǎn)軸的z分量。取四種組合：[x22jy22jz22j]＝[β1|x22j|β2|y22j|β3|z22j|]其中,(β1β2β3)∈{(111),(-111),(1-11),(-1-11)}其中，β1、β2、β3為球形內(nèi)檢測(cè)器的旋轉(zhuǎn)軸的x、y、z分量的符號(hào)。(6)構(gòu)建如下轉(zhuǎn)換矩陣集合：R12j={r12j(i)=uxj(i)uyj(i)uzj(i)x22jy22jz22jvxj(i)vyj(i)vzj(i)|i=1,2,...,N0}]]>其中，vyj(i)為中間變量數(shù)據(jù)子集Vyj的元素；vzj(i)為中間變量數(shù)據(jù)子集Vzj的元素；uyj(i)為中間變量數(shù)據(jù)子集Uyj的元素；uzj(i)為中間變量數(shù)據(jù)子集Uzj的元素。因?yàn)榈诙杏兴姆N符號(hào)取值，因此R12j有四種配置。(7)計(jì)算四種情況R12j的正交誤差ER12j：ER12j＝{er12j(i)＝||r12j(i)T·r12j(i)-diag(1,1,1)||2|i＝1,2,…,N0}其中，diag(1,1,1)表示對(duì)角線上的元素全為1、其余元素全為0的3×3的矩陣，er12j(i)為正交誤差ER12j的元素；r12j(i)為轉(zhuǎn)換矩陣R12j的元素；r12j(i)T為r12j(i)的轉(zhuǎn)置；||·||2表示弗羅貝尼烏斯范數(shù)，例如：||A3×3||2=Σi=13Σj=13|aij|2]]>選取誤差較小的一組符號(hào)組合：如圖4所示當(dāng)(β1,β2,β3)＝(-1,1,1)時(shí)R12j的正交誤差ER12j遠(yuǎn)小于其他三種情況，排除R12j的另外三種情況，R12j唯一確定。204：對(duì)磁場(chǎng)做坐標(biāo)變換；(1)將B2x(k)、B2y(k)、B2z(k)分割成一系列數(shù)據(jù)子集，每個(gè)數(shù)據(jù)子集點(diǎn)數(shù)為N0，本次試驗(yàn)中取N0＝260，設(shè)第j個(gè)坐標(biāo)變換前的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)子集表示為Exj＝{e2xj(i)|i＝1,2,…,N0},Eyj＝{e2yj(i)|i＝1,2,…,N0},Ezj＝{e2zj(i)|i＝1,2,…,N0},1≤j≤N1，e2xj(i)為坐標(biāo)變換前的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)子集Exj的元素；e2yj(i)為坐標(biāo)變換前的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)子集Eyj的元素；e2zj(i)為坐標(biāo)變換前的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)子集Ezj的元素。(2)參見圖5，利用R12j對(duì)Exj,Eyj,Ezj作如下運(yùn)算，得到坐標(biāo)變換后的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)子集Gxj,Gyj,Gzj，設(shè)Gxj＝{gxj(i)|i＝1,2,…,N0},Gyj＝{gyj(i)|i＝1,2,…,N0},Gzj＝{gzj(i)|i＝1,2,…,N0},1≤j≤N1，且滿足gxj(i)gyj(i)gzj(i)=uxj(i)uyj(i)uzj(i)x22jy22jz22jvxj(i)vyj(i)vzj(i)exj(i)eyj(i)ezj(i)]]>其中，gxj(i)為Gxj的元素；gyj(i)為Gyj的元素；gzj(i)為Gzj的元素；exj(i)為Exj的元素；eyj(i)為Eyj的元素；ezj(i)為Ezj的元素。(3)計(jì)算Gxj,Gyj,Gzj的均值，得到的三個(gè)新分量構(gòu)成的中間變量向量B1j：B1j=[1N0Σi=1N0gxj(i)1N0Σi=1N0gyj(i)1N0Σi=1N0gzj(i)]]]>205：求解第j個(gè)數(shù)據(jù)子集所對(duì)應(yīng)的管道的3D走向；求解下列方程組，其中B1j已經(jīng)由步驟204(3)計(jì)算得到，(λa,λr,λr)＝(0.977,0.072,0.072)，B0是當(dāng)?shù)氐卮艌?chǎng)在東北天坐標(biāo)系的東北天三分量，本次試驗(yàn)中B0＝(-1.57,37.82,-24.48)μT，其中，μT為B0的單位。θj和分別是管道與水平面的夾角、以及管道在水平面的投影與正東的夾角，是未知的、待求解的。解此非線性方程組可得管道走向θj和其中，T表示矩陣的轉(zhuǎn)置。206：計(jì)算管道3D地理坐標(biāo)；pcj=Σj′=1jTj′sj′+p0]]>其中j＝1，2，3，…，p0是管道的起始坐標(biāo)，pcj是在第j個(gè)數(shù)據(jù)子集末點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，球形內(nèi)檢測(cè)器經(jīng)過的管道上的一點(diǎn)的地理坐標(biāo)；Tj'為第j個(gè)數(shù)據(jù)子集所對(duì)應(yīng)的管段的3D走向的單位向量；sinθj'為Tj’的三個(gè)分量；sj'為第j個(gè)數(shù)據(jù)子集所對(duì)應(yīng)的球形內(nèi)檢測(cè)器的里程。207：校準(zhǔn)管道3D地理坐標(biāo)：(1)計(jì)算單位旋轉(zhuǎn)軸n=pa×pc||pa×pc||]]>其中，pa和pc分別是管道末端點(diǎn)的實(shí)際的和計(jì)算的地理坐標(biāo)。(2)計(jì)算旋轉(zhuǎn)角γ=-cos-1pa·pc||pa||||pc||]]>其中，pa和pc分別是管道末端點(diǎn)的實(shí)際的和計(jì)算的地理坐標(biāo)。(3)計(jì)算旋轉(zhuǎn)矩陣其中，其中，n1,n2,n3為單位旋轉(zhuǎn)軸n的三個(gè)分量。(4)計(jì)算縮放系數(shù)η=||pa||||pc||]]>(5)校準(zhǔn)pcj＝ηRacpcj綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例在沒有任何輔助定位方法(如GPS、地面標(biāo)記器)的前提下，利用球形內(nèi)檢測(cè)器進(jìn)行全管線、短周期、低成本、便捷的海底管道三維地理坐標(biāo)測(cè)量，滿足了實(shí)際應(yīng)用中的多種需要。實(shí)施例3下面結(jié)合圖6對(duì)實(shí)施例1和2中的方案進(jìn)行可行性驗(yàn)證，詳見下文描述：1)把三分量磁傳感器和三分量加速度傳感器安裝在球形內(nèi)檢測(cè)器中，開啟球形內(nèi)檢測(cè)器的電源，電子系統(tǒng)開始數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)磁場(chǎng)信號(hào)和加速度信號(hào)，將球形內(nèi)檢測(cè)器密封、緊固好。2)從油氣管道始端的發(fā)球筒將球形內(nèi)檢測(cè)器發(fā)射到油氣管道內(nèi)，球形內(nèi)檢測(cè)器在管道內(nèi)的流體的推動(dòng)下，滾動(dòng)前進(jìn)，同時(shí)記錄磁場(chǎng)信號(hào)和加速度信號(hào)。3)當(dāng)球形內(nèi)檢測(cè)器到達(dá)油氣管道末端時(shí)，從收球筒內(nèi)取出球形內(nèi)檢測(cè)器，用干布擦拭干凈球形內(nèi)檢測(cè)器。4)打開球形內(nèi)檢測(cè)器，用數(shù)據(jù)線連接球形內(nèi)檢測(cè)器和上位機(jī)電腦，下載數(shù)據(jù)到上位機(jī)。5)利用前述算法對(duì)磁場(chǎng)數(shù)據(jù)和加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。圖6顯示了計(jì)算得到的管道軌跡：(a)計(jì)算、未校準(zhǔn)的管道軌跡；(b)校準(zhǔn)后的管道軌跡。通過圖6(a)可以看出，計(jì)算、未校準(zhǔn)的管道軌跡在水平面上投影，并與管道公司提供的管道路線圖進(jìn)行對(duì)比，形狀近乎相同，但是存在單一方向的嚴(yán)重偏差，這種偏差隨著里程的增加而增大。如圖6(b)所示，實(shí)施校準(zhǔn)后，即對(duì)計(jì)算得到的管線上每一點(diǎn)的地理坐標(biāo)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)與縮放，使計(jì)算出管線軌跡的終點(diǎn)與實(shí)際管線的終點(diǎn)相重合，則整個(gè)管線的計(jì)算的軌跡幾乎和實(shí)際管線的軌跡完全重合，偏差幾乎消失。本發(fā)明實(shí)施例對(duì)各器件的型號(hào)除做特殊說明的以外，其他器件的型號(hào)不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，上述本發(fā)明實(shí)施例序號(hào)僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3