基于复连续小波变换的管道连接器检测方法技术

技术编号:16325671 阅读:35 留言:0更新日期:2017-09-29 18:11
本发明专利技术属于管道测绘领域,具体涉及了一种基于复连续小波变换的管道连接器检测方法。本发明专利技术包括:采用管道内检测装置中用于管道检测定位的惯性传感器测量数据;并运用复连续小波变换方法来分析管道内的惯性传感器测量数据,通过对惯性传感器测量数据的奇异性分析来提取出管道连接器对应的时间段;同时,结合管道检测定位系统计算出来的管道位置和时间关系,二者进行时间同步运算即可得到管道连接器在管道不同位置的分布情况。管道连接器检测结果不仅为管道段连接器处等易腐蚀、易破裂部位的维修提供便利,还为惯性辅助管道检测定位系统在直管道段提供连续方位角和俯仰角误差修正,便于提高惯性辅助管道检测定位系统的定位和定向精度。

【技术实现步骤摘要】
基于复连续小波变换的管道连接器检测方法
本专利技术涉及一种基于复连续小波变换的管道连接器的检测方法,属于管道测绘领域。
技术介绍
管道是实现油、气或水等资源运输的最有效、便利和安全的方式。随着大量先前铺设的管道已达到或超过服役期,由管道泄漏带来的环境污染及经济损失是非常严重的,甚至管道爆炸造成的安全威胁更是难以估量。管道测量装置是在管道内实现管道缺陷检测及缺陷定位最有效的工具,已成为各类管道周期性检测的首选工具。此外,泥石流、山体滑坡、冻土解冻等自然因素也会造成管道变型,采用管道测量装置可实现对被检测管道坐标的有效测量,分析管道的位移或变型对管道潜在危险预测能提供很好的帮助,预防各类管道泄漏或爆炸等危险发生。由惯性传感器构成的惯性辅助管道定位系统是实现管道缺陷定位及管道变型检测的核心组成部分。但是,惯性辅助管道定位系统的定位误差和方位角误差是随着被检测管道距离的增加而逐渐累积发散的。通常情况下,管道测量装置四周对称安装的里程仪及其在管道内运动的非完整性约束能为惯性辅助管道定位系统提供连续三维速度修正。同时,沿被检测管道每隔一定距离且位置已知的地表标记可为惯性辅助管道定位系统提供离散三维位置修正值。但是,小体积低精度微机械惯性传感器构成的惯性辅助管道定位系统的方位角(定向)误差发散大,除了速度和位置误差修正外,还需要进行方位角误差修正。传统的方位角检测传感器在小径管道内受管道内径及管内环境等影响误差大,惯性辅助管道定位系统很难为管道开挖及维修提供足够的精度。因此,为惯性辅助小径管道检测定位系统提供一种新的方位角误差修正方法势在必行。铺设的管道是由直管道段由管道连接器(包括弯管道、环形焊缝和法兰等)连接而成的。一方面,管道连接处大都采用焊接或螺丝进行连接,在长期的地下环境中易于腐蚀甚至破裂。此外,管道测量装置在直管道内具有方位角和俯仰角不变的特性,可用于修正管道定位系统的方位角发散误差,提高管道检测定位系统的定位和定向精度。但是,此方法实现的前提就是实现对管道连接器的正确检测,并确定其具体坐标位置。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述技术问题,提出了一种基于复连续小波变换的管道连接器检测方法。本专利技术的技术方案是:为实现上述目的所采用的技术方案在于包括以下步骤:步骤一、在管道测量装置完成整个被检测管道的检测任务后,从存储器中读取管道定位传感器的数据;步骤二、采用复连续小波变换的方法,得出管道测量装置在管道内运行时间与不同时刻所对应的管道连接器的关系;步骤三、在采用管道测量时的惯性传感器数据检测管道连接器的同时,管道定位传感器采用惯性辅助管道定位方法,确定管道分布坐标信息;步骤四、将步骤二得出的管道连接器与时间的关系和步骤三得到的管道轨迹坐标与时间的关系进行时间同步操作。步骤五、在管道连接器检测结果与管道定位系统进行时间同步后,即可得到被检测管道中管道连接器的具体坐标位置;步骤六、通过检测和时间同步结果,生成最终标明管道连接器及其位置的检测报告。进一步地、步骤四中,时间同步的基础是步骤二中管道测量装置在管道内运行时间与不同时刻所对应的管道连接器的关系和步骤三中管道测量装置在管道内运动的轨迹与时间的关系,二者的结果都是基于管道测量装置中的同一套惯性测量数据;进一步地、步骤二中采用复连续小波变换的方法包括:步骤一、由管道测量装置内安装的三轴陀螺仪和三轴加速度计分别敏感管道测量装置在管道内运动时的旋转角速率和线性加速度;步骤二、通过三轴陀螺仪测量的旋转角速率测量值判断管道测量装置是否通过弯曲管道;步骤三、由三轴加速度计在管道测量装置内随着管道运动的测量信号用于判断环形焊缝和法兰等管道连接器;步骤四、将由陀螺仪测量值检测的弯曲管道段与由加速度计测量值检测的环形焊缝和法兰等管道连接器结合,得到整个被检测管道中的管道连接器与时间的对应关系。进一步地、步骤三中惯性辅助管道定位方法包括:步骤一、利用三轴陀螺仪和三轴加速度计分别敏感管道测量装置在管道内运动时的旋转角速率和线性加速度;步骤二、在管道测量装置检测初始姿态、速度和位置已知的条件下,采用捷联惯性导航算法计算出管道测量装置在管道内运动的姿态、速度和位置信息;步骤三、管道测量装置搭载的里程仪及其非完整性约束特性能提供连续的三维速度测量更新值,同时管道检测前预设的地表标记点能提供离散的三维位置测量值。此外,由管道连接器检测结果可为管道测量装置在直管道段提供方位角和俯仰角。将这些信息分别与由惯性导航算法计算出来的姿态角、速度和位置进行作差可计算出系统测量误差;步骤四、以系统测量误差为观测量,在Kalman滤波估计的作用下进行估算惯性传感器误差和捷联惯性导航系统误差,并进行误差修正;步骤五、采用数据平滑处理技术离线估计系统误差并进行误差修正,从而进一步提高管道定位系统精度;步骤六、通过步骤五的数据平滑处理后,获得精确的管道地理坐标值。进一步地、步骤三中惯性传感器本身的测量误差计算是基于里程仪测量的轴向速度和管道测量装置在管道内的非完整性约束提供三维速度、管道连接器检测在直管道段提供方位角和俯仰角,以及地表磁标记提供三维位置的基础上进行的误差计算。进一步地、步骤四中Kalman滤波估计的作用下估算出的惯性传感器误差和捷联惯性导航系统误差,可以反馈并修正管道定位系统误差。本专利技术具有以下有益效果:本专利技术中基于复连续小波变换的管道连接器检测是无需任何硬件成本的。管道连接器检测的实现不需要在管道测量装置中安装其他传感器,用于检测的信号是对管道检测定位用惯性传感器数据的再次利用。此外,管道检测中对管道缺陷的维护是在管道检测完成之后进行的,无需实时进行,故对管道检测数据的分析、管道连接器检测和管道定位系统计算管道地理坐标都是离线进行的,不会对现有的管道检测及评估系统产生影响。此外本专利技术还有以下特点:1、本专利技术采用复连续小波变换来检测管道连接器是离线处理的,管道连接器检测结果可为惯性辅助管道定位系统在直管道段提供方位角和俯仰角误差修正。2、本专利技术中的管道连接器检测结果是不依赖于任何额外的传感器的,只是采用了惯性辅助管道检测定位系统已装备的惯性传感器。3、本专利技术中的管道连接器检测适用于各类油、气、水、化学物质等运输用各种管径管道,所采用的管道测量装置外型为圆柱型或类鱼雷型。附图说明图1是复连续小波变换管道连接器检测示意图;图2是惯性辅助管道定位系统定位原理图;图3是基于复连续小波变换的管道连接器检测流程图。具体实施方式结合附图对本专利技术做详细地描述,需要说明的是该方法中涉及的陀螺仪、加速度计和捷联惯性导航系统均为典型惯性器件和导航定位系统,管道测量装置为典型的管道检测系统,故本专利技术不再对其原理进行详细描述:图1所示,复连续小波变换检测管道连接器示意图。由管道测量装置内安装的三轴陀螺仪和三轴加速度计分别敏感管道测量装置在管道内运动时的旋转角速率和线性加速度。三轴陀螺仪测量的旋转角速率测量值用于判断管道测量装置是否通过弯曲管道。其中,静止状态下陀螺仪输出角速率的平方和作为阈值,当三轴陀螺仪任意轴测量的旋转角速率测量值大于阈值,则判定管道测量装置正通过弯曲管道段,否则判定管道测量装置正通过直管道段。同时,由加速度计在管道测量装置内随着管道运动的测量信号用于判断环形焊缝和法兰等管道连接器。采用复连续小本文档来自技高网
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基于复连续小波变换的管道连接器检测方法

【技术保护点】
基于复连续小波变换的管道连接器检测方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤一、在管道测量装置完成整个被检测管道的检测任务后,从存储器中读取管道定位传感器的数据;步骤二、采用复连续小波变换的方法,得出管道测量装置在管道内运行时间与不同时刻所对应的管道连接器的关系;步骤三、在采用管道测量时的惯性传感器数据检测管道连接器的同时,管道定位传感器采用惯性辅助管道定位方法,确定管道分布坐标信息;步骤四、将步骤二得出的管道连接器与时间的关系和步骤三得到的管道轨迹坐标与时间的关系进行时间同步操作;步骤五、在管道连接器检测结果与管道定位系统进行时间同步后,即可得到被检测管道中管道连接器的具体坐标位置;步骤六、通过检测和时间同步结果,生成最终标明管道连接器及其位置的检测报告。

【技术特征摘要】
1.基于复连续小波变换的管道连接器检测方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤一、在管道测量装置完成整个被检测管道的检测任务后,从存储器中读取管道定位传感器的数据;步骤二、采用复连续小波变换的方法,得出管道测量装置在管道内运行时间与不同时刻所对应的管道连接器的关系;步骤三、在采用管道测量时的惯性传感器数据检测管道连接器的同时,管道定位传感器采用惯性辅助管道定位方法,确定管道分布坐标信息;步骤四、将步骤二得出的管道连接器与时间的关系和步骤三得到的管道轨迹坐标与时间的关系进行时间同步操作;步骤五、在管道连接器检测结果与管道定位系统进行时间同步后,即可得到被检测管道中管道连接器的具体坐标位置;步骤六、通过检测和时间同步结果,生成最终标明管道连接器及其位置的检测报告。2.根据权利要求1所述的基于复连续小波变换的管道连接器检测方法,其特征在于:所述的步骤四中,时间同步的基础是步骤二中管道测量装置在管道内运行时间与不同时刻所对应的管道连接器的关系和步骤三中管道测量装置在管道内运动的轨迹与时间的关系,二者的结果都是基于管道测量装置中的同一套惯性测量数据。3.根据权利要求1所述的基于复连续小波变换的管道连接器检测方法,其特征在于:所述的步骤二中采用复连续小波变换的方法包括以下步骤:步骤一、由管道测量装置内安装的三轴陀螺仪和三轴加速度计分别敏感管道测量装置在管道内运动时的旋转角速率和线性加速度;步骤二、通过三轴陀螺仪测量的旋转角速率测量值判断管道测量装置是否通过弯曲管道;步骤三、由三轴加速度计在管道测量装置内随着管道运动的测量信号用于判断环形焊缝和法兰等管道连接器;步骤四、将由陀螺仪测量值检测的弯曲管道段与由加速度计测量值检测的环形焊缝和法兰等管道连接器结合,得到整个被检测管道中的管道连...

【专利技术属性】
技术研发人员:管练武曾建辉高延滨张庆许德新何昆鹏胡文彬霍亮丛晓丹
申请(专利权)人:哈尔滨工程大学上海航士海洋科技有限公司
类型:发明
国别省市:黑龙江,23

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