管道内检测变径惯导子系统数据的时间同步方法技术方案

技术编号:18288950 阅读:79 留言:0更新日期:2018-06-24 02:36
本发明专利技术公开了一种基于里程数据时间的PIG变径、惯导子系统输出数据的同步操作流程。该流程首先将变径和惯导输出数据矩阵中的里程数据列图形化,将采样点数作为横轴;然后使用启动点搜索方法分别在两个图中标记里程数据从静止到运动一瞬间的采样点数;进而求出在各自系统时钟中里程数据从静止到运动一瞬间对应的时间;最后,求出两个时钟的差值,把变径和惯导子系统的时钟修正成同一时间,实现数据的同步。采用本发明专利技术的同步方法,相对于使用全部里程数据作为同步基准的方法,可以有效解决PIG运动过程中里程计失效或者后期里程数据修正造成的同步失败问题,只要保证发球筒阶段里程数据的完整,可以对两个子系统全部输出数据进行同步操作。

【技术实现步骤摘要】
管道内检测变径惯导子系统数据的时间同步方法
本专利技术涉及管道内检测装置的内部子系统输出数据的同步方法,具体地说是涉及管道内检测装置中变径和惯导两个子系统,各种管道管径的变径/惯导组合内检测系统都可以使用该同步方法。
技术介绍
1.管道内检测管道内检测装置(PIG)在管道内运动过程中,可以对管道缺陷或变形情况进行测量。PIG通常根据当前的任务需要,可以搭载多个检测子系统。由于需要根据不同任务灵活组合各检测子系统,各子系统通常有独立的数据采集和存储能力。由于变径装置占用PIG空间相对较小,因此经常和惯导装置安装在一个PIG的腔体中,在空间上看成一体,可以共享一个里程数据。2.PIG内部子系统之间的同步问题当多个检测子系统之间需要配合使用时,数据之间的同步关系非常重要。例如,当变径检测和惯导定位检测两个子系统搭载在同一PIG平台上,同时进行在线检测,理论上下载的数据应该是高度同步的,即当检测工作结束,依照检测得到的数据,惯导定位和变径检测的对象必须在时间和空间上保持同一个尺度。具体来说,如果变径检测器检出某个管壁缺陷,同一时间,惯导定位装置就应该给出该缺陷对应的地理坐标。但是,由于传感器检测原理不同,对应的检测装置的电器结构也不同,采样率、信号格式、系统时钟,甚至输出数据的格式都完全不同。因此,很难确定惯导和变径两个子系统的输出数据在时间上的一一对应关系。这就需要在两个子系统都完成数据输出之后,对两批输出数据进行同步操作。实质是保证两批输出数据在各自的时间轴上使用同一个时间标尺。3.现有同步方法的局限之前解决该问题的方法是直接使用里程数据作为同步基准的方法。把同一路里程计信号分别引入不同的检测子系统,使其作为输出数据矩阵的一列。所谓输出数据矩阵,指每一行数据包括多个数据项(里程是其中之一),被称为一个采样点;采样点所有数据来源于该检测子系统同一时刻的采样;通过引入该子系统采样频率、信号格式等参数,可以计算出该行采样点在该子系统时钟下的采样时间。由于每个采样点都包含一个里程数据项,可以在输出数据时,把里程数据作为坐标的横轴。当不同的检测子系统使用共同的里程数据作为坐标系的横轴,就实现了不同子系统输出数据的同步。上述直接使用里程数据作为同步基准信号的缺点如下:1)容易失效。里程计运行在PIG的保护壳体外部,相对于其他检测子系统,数据失效的概率更高。在油气管道内部,工作环境非常恶劣,里程计的机械结构故障率很高。即便里程计在一百小时左右的恶劣环境下保持机械结构没有变形和损坏,但高粘度原油、高度腐蚀性的天然气、管道内壁缺陷等,都可能造成里程计打滑、卡死、电气部件失效等严重问题。一旦里程数据部分或全部失效,则所有的同步操作无法进行。2)里程修正导致相关的同步数据也要重新进行修正。测量之后,里程数据的精度也有修正的必要,例如对里程计打滑的补偿计算等。但里程数据作为同步基准数据,一旦进行修正,其相关的所有子系统的检测数据也要分别进行同步修正。也就是说,在两个子系统的同步操作之前,为了保证两个子系统内部的输出数据和当前的里程输出数据“绑定”在一起,必须在子系统输出数据内部先进行“同步”操作,而且这种子系统内部的“同步”操作还可能进行多次。这明显提高了系统数据处理的复杂性,降低了系统可靠性。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的目的是解决变径和惯导两个子系统的里程同步方法的上述问题,使得里程数据在离开发球筒之后的运动部分数据失效后,或者里程数据进行局部或全局的修正后,仍然可以计算得到启动点时间作为同步基准,保证相对较高的同步精度。技术方案管道内检测变径惯导子系统数据的时间同步方法,PIG系统的一个里程计信号同时被引入安装在一个舱体的变径和惯导两个子系统;在发球筒阶段,里程数据完整;在上电运行过程中,两个子系统各自的系统时钟处于相同的精度水平;其特征在于:方法步骤如下:步骤一,分别将变径和惯导输出数据矩阵中的里程计原始数据图形化,定义为惯导子系统里程计原始数据图和变径子系统里程计原始数据图;惯导子系统和变径子系统输出数据的格式类似,都是组织成二维表格形式,每一行数据包括多个数据项,里程计原始信号也是其中之一,每一行数据被称为一个采样点;从上电、自检、启动后正常采集数据开始,采样点按照时间排列的正整数序列称为采样点数,定义为m,m为正整数;将上电后获得的第一个采样点放置在坐标轴原点上,即0点,将后续的采样点数m对映横轴的正整数,即1到N个采样点数;每个采样点数对应的里程计原始信号值作为纵轴;步骤二,定义PIG在发球筒中从静止状态转换到运动状态的瞬间为启动点,变径和惯导两个子系统的启动点的物理时间是一样的;对两个子系统的里程计原始信号采用启动点搜索算法,分别在惯导子系统里程计原始数据图和变径子系统里程计原始数据图中标记启动点的采样点数,定义为m1和m2;所述启动点搜索算法如下:1)确定搜索启动点算法的精度目标search_time,该精度必须和整个同步算法的精度目标相匹配,即搜索算法的精度目标比整个同步算法的精度目标高一个数量级,即搜索算法的误差时间search_time是同步算法误差时间goal_time的N分之一;2)确定搜索步长step:定义某个子系统的采样频率(一秒钟的采样点个数)为sample_times,则搜索的步长为搜索启动点算法的精度目标乘以采样频率step=search_time×sample_times搜索过程中,当第i次搜索的采样点数是mi,则第i+1次搜索的采样点数mi+1有mi+1=mi+step3)定义搜索空间Ss:Ss区间是采样点数组成的集合,是里程原始数据横坐标上的一段连续区间,由搜索的起点m_start和终点m_end定义;定义Ss的原则是:保证搜索的目标,即启动点,在m_start和m_end之间;设定Ss的方法如下:观察里程原始数据的图形,启动点必然处于平直区域向振荡区域的过渡区域,把这个过渡区域的左边界设定为m_start;m_start是开始搜索的采样点数,m_end是结束搜索的采样点数,进行后续的搜索计算,此时能够确定最大搜索次数Ns为Ns=(m_end-m_start)/step令i为当前搜索的次数,定义搜索空间Ss={mi∣m_start≤mi≤m_end,i=1,2,…,Ns}其中mi为第i次搜索的采样点数;4)确定发球筒内PIG的静置区间S;静置区间,即在子系统里程计原始信号图中标记的,PIG处于静置状态,没有微小移动的采样点数的集合区间,定义静置区间边界采样点数分别为ms0和ms1,则能够定义S={(m,SV)∣ms0≤m≤ms1}其中m为静置区间的采样点数,SV为m所对应的里程计原始信号;设定S的方法如下:在里程原始数据图上观察,从原点开始,图像会迅速趋于稳定,并进入一个平直的区域,该区域从横坐标看,将持续很多个采样点数,在这个平直区域中,图像只有高频的噪声信号,而不会出现纵坐标的较大起伏,把这个区域的左边界标记为采样点数ms0,右边界标记为采样点数ms1;在保证PIG处于静止状态的前提下,S区间应尽可能大,从统计意义上能够更精确的求出静置时SV的观测值,即静置区间S内所有SV的均值,定义为E(SV);5)设置搜索中使用的参数:定义第i次搜索的目标采样点数为mi,mi∈Ss;本文档来自技高网
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管道内检测变径惯导子系统数据的时间同步方法

【技术保护点】
1.管道内检测变径惯导子系统数据的时间同步方法,PIG系统的一个里程计信号同时被引入安装在一个舱体的变径和惯导两个子系统;在发球筒阶段,里程数据完整;在上电运行过程中,两个子系统各自的系统时钟处于相同的精度水平;其特征在于:方法步骤如下:步骤一,分别将变径和惯导输出数据矩阵中的里程计原始数据图形化,定义为惯导子系统里程计原始数据图和变径子系统里程计原始数据图;惯导子系统和变径子系统输出数据的格式类似,都是组织成二维表格形式,每一行数据包括多个数据项,里程计原始信号也是其中之一,每一行数据被称为一个采样点;从上电、自检、启动后正常采集数据开始,采样点按照时间排列的正整数序列称为采样点数,定义为m,m为正整数;将上电后获得的第一个采样点放置在坐标轴原点上,即0点,将后续的采样点数m对映横轴的正整数,即1到N个采样点数;每个采样点数对应的里程计原始信号值作为纵轴;步骤二,定义PIG在发球筒中从静止状态转换到运动状态的瞬间为启动点,变径和惯导两个子系统的启动点的物理时间是一样的;对两个子系统的里程计原始信号采用启动点搜索算法,分别在惯导子系统里程计原始数据图和变径子系统里程计原始数据图中标记启动点的采样点数,定义为m1和m2;所述启动点搜索算法如下:1)确定搜索启动点算法的精度目标search_time,该精度必须和整个同步算法的精度目标相匹配,即搜索算法的精度目标比整个同步算法的精度目标高一个数量级,即搜索算法的误差时间search_time是同步算法误差时间goal_time的N分之一;...

【技术特征摘要】
1.管道内检测变径惯导子系统数据的时间同步方法,PIG系统的一个里程计信号同时被引入安装在一个舱体的变径和惯导两个子系统;在发球筒阶段,里程数据完整;在上电运行过程中,两个子系统各自的系统时钟处于相同的精度水平;其特征在于:方法步骤如下:步骤一,分别将变径和惯导输出数据矩阵中的里程计原始数据图形化,定义为惯导子系统里程计原始数据图和变径子系统里程计原始数据图;惯导子系统和变径子系统输出数据的格式类似,都是组织成二维表格形式,每一行数据包括多个数据项,里程计原始信号也是其中之一,每一行数据被称为一个采样点;从上电、自检、启动后正常采集数据开始,采样点按照时间排列的正整数序列称为采样点数,定义为m,m为正整数;将上电后获得的第一个采样点放置在坐标轴原点上,即0点,将后续的采样点数m对映横轴的正整数,即1到N个采样点数;每个采样点数对应的里程计原始信号值作为纵轴;步骤二,定义PIG在发球筒中从静止状态转换到运动状态的瞬间为启动点,变径和惯导两个子系统的启动点的物理时间是一样的;对两个子系统的里程计原始信号采用启动点搜索算法,分别在惯导子系统里程计原始数据图和变径子系统里程计原始数据图中标记启动点的采样点数,定义为m1和m2;所述启动点搜索算法如下:1)确定搜索启动点算法的精度目标search_time,该精度必须和整个同步算法的精度目标相匹配,即搜索算法的精度目标比整个同步算法的精度目标高一个数量级,即搜索算法的误差时间search_time是同步算法误差时间goal_time的N分之一;2)确定搜索步长step:定义某个子系统的采样频率(一秒钟的采样点个数)为sample_times,则搜索的步长为搜索启动点算法的精度目标乘以采样频率step=search_time×sample_times搜索过程中,当第i次搜索的采样点数是mi,则第i+1次搜索的采样点数mi+1有mi+1=mi+step3)定义搜索空间Ss:Ss区间是采样点数组成的集合,是里程原始数据横坐标上的一段连续区间,由搜索的起点m_start和终点m_end定义;定义Ss的原则是:保证搜索的目标,即启动点,在m_start和m_end之间;设定Ss的方法如下:观察里程原始数据的图形,启动点必然处于平直区域向振荡区域的过渡区域,把这个过渡区域的左边界设定为m_start;m_start是开始搜索的采样点数,m_end是结束搜索的采样点数,进行后续的搜索计算,此时能够确定最大搜索次数Ns为Ns=(m_end-m_start)/step令i为当前搜索的次数,定义搜索空间Ss={mi∣m_start≤mi≤m_end,i=1,2,…,Ns}其中mi为第i次搜索的采样点数;4)确定发球筒内PIG的静置区间S;静置区间,即在子系统里程计原始信号图中标记的,PIG处于静置状态,没有微小移动的采样点数的集合区间,定义静置区间边界采样点数分别为ms0和ms1,则能够定义S={(m,SV)∣ms0≤m≤ms1}其中m为静置区间的采样点数,SV为m所对应的里程计原始信号;设定S的方法如下:在里程原始数据图上观察,从原点开始,图像会迅速趋于稳定,并进入一个平直的区域,该区域从横坐标看,将持续很多个采样点数,在这个...

【专利技术属性】
技术研发人员:靳鹏杨理践邢燕好张佳
申请(专利权)人:沈阳工业大学
类型:发明
国别省市:辽宁,21

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