一种基于人工鱼群算法的小径管道缺陷定位方法技术

本发明专利技术涉及管道测绘技术，公开了一种基于人工鱼群算法的小径管道缺陷定位方法，包括如下步骤：通过管道测量装置获取被测管道的检测数据，所述管道检测装置包括外壳，所述外壳的内部设有数据存储单元、数据处理单元、捷联惯性测量单元和电源模块，所述外壳的外部设有跟踪模块、管道缺陷检测传感器以及里程仪，所述里程仪位于所述外壳的最外侧紧贴管道内侧壁。本发明专利技术能够在无需增加任何额外硬件成本下提高检测精度，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。用。用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于人工鱼群算法的小径管道缺陷定位方法


[0001]本专利技术涉及管道测绘
，特别是涉及一种基于人工鱼群算法的小径管道缺陷定位方法。

技术介绍

[0002]随着大量早期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。因此，可以通过管道测量装置对管道进行测量。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。此外，泥石流、山体滑坡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，且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。
[0003]包含惯性传感器的惯性辅助小径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，由于惯性辅助小径管道定位系统采用的MEMS捷联惯性测量单元(即MEMS捷联惯性传感器)精度普遍较低，惯性辅助小径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严重。通常情况下，管道测量装置四周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小径管道定位系统提供连续三维速度误差修正。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小径管道定位系统提供离散三维位置误差修正。但是，由小体积、低精度的MEMS捷联惯性测量单元构成的惯性辅助定位系统的方位角误差发散大，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会导致误差大，惯性辅助小径管道定位系统很难为管道开挖及维修提供足够的定位精度信息。《一种基于MEMS惯性测量单元的管道测绘及缺陷定位装置及其管道测绘及定位方法》中提到，通过采用磁力计测量管道的方位，但是，在钢质管道内运行的磁力计会受管道材质的屏蔽效应，很难根据磁力计原理精确测量出管道的方位角。因此，在实际的管道检测中很难设计实现。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术的不足，本申请提供一种基于人工鱼群算法的管道缺陷定位装置及其定位方法，针对所铺设的管道是由直管道段通过管道连接器(包括弯管道、环形焊缝和法兰等)连接而成的基本特性，采用基于人工鱼群算法的管道连接器检测方法得到管道连接器检测结果，并根据管道测量装置在直管道内具有姿态角(方位角和俯仰角)不变的特性，将管道连接器检测结果用于修正管道定位系统的姿态角发散误差，提高管道检测定位系统的定位和定向精度，以解决上述问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0006]一种基于人工鱼群算法的小径管道缺陷定位方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1、通过管道测量装置获取被测管道的检测数据；
[0008]步骤2、从所述检测数据中获取旋转角速度和线性加速度，同时，结合所述管道测量装置的初始状态，通过捷联惯性导航算法和已知初始位置计算所述检测数据得到所述管道检测装置的第一速度、第一姿态角和第一位置信息；
[0009]步骤3、将所述旋转角速度和线性加速度通过人工鱼群算法计算得到管道连接器的检测结果，以此得到所述管道检测装置经过管道连接器的时间段以及第二姿态角；
[0010]步骤4、将步骤2得到的第一速度、第一姿态角和第一位置信息与外部数据进行对比，得到误差值；
[0011]步骤5、以所述误差值为观测量，采用卡尔曼滤波技术进行估计和修正，观测量作为真实值来估计并补偿当前解算出来的惯性传感器和捷联惯性导航系统带有误差的状态量，同时并存储解算出来的状态量以及对应的协方差阵；
[0012]步骤6、以所述步骤5的状态量和协方差阵为观测量，通过反向方式采用数据平滑处理技术再次估计并补偿步骤5的惯性传感器和捷联惯性导航系统带有误差的状态量，从而得到精度高的被测管道的坐标信息；
[0013]步骤7、将平滑处理后的坐标信息与所述管道测量装置的检测数据的分析结果进行时间同步操作，得出管道缺陷与位置的关系。
[0014]作为优化，所述管道检测装置包括外壳，所述外壳的内部设有数据存储单元、数据处理单元、捷联惯性测量单元和电源模块，所述外壳的外部设有跟踪模块、管道缺陷检测传感器以及里程仪，所述里程仪位于所述外壳的最外侧紧贴管道内侧壁；
[0015]所述捷联惯性测量单元包括三轴陀螺仪和三轴加速度计，所述三轴陀螺仪和三轴加速度计分别测量所述管道测量装置在管道内运动的旋转角速度和线性加速度；
[0016]所述里程仪测量所述管道测量装置在管道内运动时的轴向速度；
[0017]所述跟踪模块位于所述外壳的轴线方向的一侧，用于记录通过地表磁标记的时间和位置，并与地表跟踪设备连接以实时监控所述管道测量装置的位置；
[0018]所述管道缺陷检测传感器用于检测被测管道内部的缺陷；
[0019]所述数据处理单元用于采集所述管道缺陷检测传感器、跟踪模块、里程仪和捷联惯性测量单元的信息；
[0020]所述数据存储单元用于存储所述数据处理单元采集到的信息；
[0021]所述电源模块用于为所述管道检测装置提供电力。
[0022]作为优化，步骤1中，所述检测数据包括管道测量装置的旋转角速度、线性加速度、轴向速度、通过地表磁标记的时间和位置以及管道缺陷类型。
[0023]作为优化，所述步骤2中的初始状态包括所述管道测量装置的初始速度、初始姿态角以及初始位置。
[0024]作为优化，步骤3中，计算得出所述管道连接器的时间段分别包括对弯管道位置的计算以及对环形焊缝、法兰位置的计算，所述第二姿态角为所述弯管道的姿态角；
[0025]对弯管道位置的计算包括如下步骤：
[0026]S3.1、将静止状态下的三轴陀螺仪的输出角速度的平方和作为角速度阈值；
[0027]S3.2、若三轴陀螺仪的任一轴的旋转角速度测量值大于所述角速度阈值时，判定所述管道测量装置正通过弯管道段并计算第二姿态角，否则通过直管道段；
[0028]对环形焊缝、法兰位置的计算包括如下步骤：
[0029]S3.3、采用新型人工鱼群算法对三轴加速度计的测量信号进行建模处理，并提取出建模信号或测量信号对应的频域信号，得出建模信号或测量信号的时频特性曲线；
[0030]S3.4、若所述时频特性曲线的幅值大于预设的加速度阈值，则判定所述管道测量装置整通过环形焊缝/法兰处，否则正通过直管道段，其中，所述加速度阈值可以通过对所述初始加速度做均值或者方差的方法得到。
[0031]作为优化，步骤4中，所述外部数据包括里程仪测量的轴向速度以及所述管道测量装置在管道内横向和纵向的非完整性约束提供的零速、地表磁标记提供的离散位置、第二姿态角，所述误差值包括：由捷联惯性导航算法计算出来的第一速度与所述里程仪测量的轴向速度以及管道测量装置在管道内横向和纵向的非完整性约束提供的零速作差得出速度误差；由捷联惯性导航算法计算出来的第一位置与跟踪模块通过地表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于人工鱼群算法的小径管道缺陷定位方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、通过管道测量装置获取被测管道的检测数据；步骤2、从所述检测数据中获取旋转角速度和线性加速度，同时，结合所述管道测量装置的初始状态，通过捷联惯性导航算法和已知初始位置信息计算所述检测数据得到所述管道检测装置的第一速度、第一姿态角和第一位置信息；步骤3、将所述旋转角速度和线性加速度通过人工鱼群算法计算得到管道连接器的检测结果，以此得到所述管道检测装置经过管道连接器的时间段以及第二姿态角；步骤4、将步骤2得到的第一速度、第一姿态角和第一位置信息与外部数据进行对比，得到误差值；步骤5、以所述误差值为观测量，采用卡尔曼滤波技术进行估计和修正，观测量作为真实值来估计并补偿当前解算出来的惯性传感器和捷联惯性导航系统带有误差的状态量，同时并存储解算出来的状态量以及对应的协方差阵；步骤6、以所述步骤5的状态量和协方差阵为观测量，通过反向方式采用数据平滑处理技术再次估计并补偿步骤5的惯性传感器和捷联惯性导航系统带有误差的状态量，从而得到精度高的被测管道的坐标信息；步骤7、将平滑处理后的坐标信息与所述管道测量装置的检测数据的分析结果进行时间同步操作，得出管道缺陷与位置的关系。2.根据权利要求1所述的一种基于人工鱼群算法的小径管道缺陷定位方法，其特征在于，所述管道检测装置包括外壳，所述外壳的内部设有数据存储单元、数据处理单元、捷联惯性测量单元和电源模块，所述外壳的外部设有跟踪模块、管道缺陷检测传感器以及里程仪，所述里程仪位于所述外壳的最外侧紧贴管道内侧壁；所述捷联惯性测量单元包括三轴陀螺仪和三轴加速度计，所述三轴陀螺仪和三轴加速度计分别测量所述管道测量装置在管道内运动的旋转角速度和线性加速度；所述里程仪测量所述管道测量装置在管道内运动时的轴向速度；所述跟踪模块位于所述外壳的轴线方向的一侧，用于记录通过地表磁标记的时间和位置，并与地表跟踪设备连接以实时监控所述管道测量装置的位置；所述管道缺陷检测传感器用于检测被测管道内部的缺陷；所述数据处理单元用于采集所述管道缺陷检测传感器、跟踪模块、里程仪和捷联惯性测量单元的信息；所述数据存储单元用于存储所述数据处理单元采集到的信息；所述电源模块用于为所述管道检测装置提供电力。3.根据权利要求2所述的一种基于人工鱼群算法的小径管道缺陷定位方法，其特征在于，步骤1中，所述检测数据包括管道测量装置的旋转角速度、线性加速度、轴向速度、通过地表磁标记的时间和位置以及管道缺陷类型。4.根据权利要求1或2所述的一种基于人工鱼群算法的小径管道缺陷定位方法，其特征在于，所述步骤2中的初...

【专利技术属性】
技术研发人员：张所容，王颖，管练武，张琼，陈述斌，段然，陈晓琴，安冬，黄小倩，李海娟，许翻，周磊，
申请(专利权)人：重庆飞扬测控技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：