一种地下金属管线定位计算方法技术

本发明专利技术公开一种地下金属管线定位计算方法，步骤是：步骤一，根据地下金属管线上测试桩的位置，将管线划分为若干待测管段，对各待测管段根据步骤11

【技术实现步骤摘要】
一种地下金属管线定位计算方法


[0001]本专利技术属于地下金属管线定位测量
，特别涉及一种基于经典电磁理论及有线控向系统的地下金属管线定位计算方法。

技术介绍

[0002]随着我国工业化的发展，巨量的油气管道已经完成建设，但是在大规模基建过程中，由于前期的技术力量落后、质量监管欠缺、资料管理不足等因素，导致很多管道建设完成后，其最终的铺设位置难以被精准定位，尤其是采用定向钻、顶管、直铺管等非开挖工艺完成的管道，由于其施工技术的特殊性，最终的管道位置并不十分准确。现在由于我国城市化已经达到了较高的水平，且国家对施工用地的审批和监管也越来越严格，这就使得新建管道往往要沿着原有管道的路权进行铺设，以减少征地成本，这就使得新建管道的施工区域变得比较狭窄，需要准确知道原管道的位置，才能进行新管道的施工，以防止在施工中造成对原有管道的破坏。
[0003]目前实际应用的标定既有在役管道的位置技术，大体有以下几种：
[0004]智能测径定位技术，本技术基本上用在新建设还未运行的管道上，采用在管道中通特殊装置的方式，测量管道形变、漏点和位置，其测量位置的精度不高，尤其是对非开挖管道的定位精度更低，且不适合于在运行管道；
[0005]雷迪测试技术，此技术受外界干扰大，测量深度有限，不适合深部管道定位；
[0006]One
‑
pass管道水下埋深检测系统，一般多用于河流穿越水下管道检测，需驾驶检测船以约为5～10米左右的间距呈S形轨迹垂直切割管道行驶，该技术受制于场地情况，并且测量精度较低。
[0007]由于目前测量在役管道位置的技术存在种种弊端，而在役管道定位的精度要求却越来越高，所以开发精确定位管道尤其是深埋非开挖管道技术，已经十分必要。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的，在于提供一种地下金属管线定位计算方法，在定向钻精确导向技术的基础上，研究并开发了利用有线控向系统定位在役管道的技术。此技术可以直接应用于在役管道的精确定位，也可以在定向钻施工中，同时测量临近在役管道的位置。
[0009]为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：
[0010]一种地下金属管线定位计算方法，包括如下步骤：
[0011]步骤一，根据地下金属管线上测试桩的位置，将管线划分为若干待测管段，对各待测管段根据步骤11
‑
14求解管段路径；
[0012]步骤11，基于待测管段构建地磁控向系统的线圈回路，探棒安装于钻头后，或者放置于地面上；
[0013]步骤12，采集测量过程所需的相关基本数据，包括探棒的方位角Az、基准方位角Bz、倾角Inc，第i个探棒坐标O
i
(Away,Right,Elev)，线圈回路通电时的线圈电流值I，此外，
还采集在对线圈回路通电时，线圈回路激活后探棒所在位置的场强H
‘
(Hx,Hy,Hz)及当前的环境噪音；
[0014]步骤13，将步骤12采集的场强H
‘
(Hx,Hy,Hz)进行约化处理，得到在1安培电流下探棒所在位置所产生的场强；
[0015]步骤14，求解待测管段路径方程；
[0016]步骤二，采用迭代方法求解管线路径；
[0017]步骤21，设定地下金属管线的路径初值；
[0018]步骤22，基于步骤一求解出各待测管段的路径方程后，得到完整的管线坐标表，根据该新得到的管线坐标表，将其设为新的预测路径，重复步骤一再次求解管线坐标表，视为完成一次迭代；设定数值次数迭代后，管线各点坐标点将收敛趋近于一定数值，从而得到管道轨迹。
[0019]上述步骤11中，当探棒安装于钻头后，构建线圈回路时，将待测管段两端测试桩的测试线分别使用电缆线连接至控向系统的线圈供电单元的正负极，形成一个线圈回路，即为待测线圈回路。
[0020]上述步骤11中，当探棒放置于地面上，构建线圈回路时，包括构建待测线圈回路和地面线圈回路，将待测管段接入地磁控向系统形成待测线圈回路，将电缆线的两端分别连接至地磁控向系统的线圈供电单元的正负极而形成地面线圈回路。
[0021]上述步骤12中，对于探棒安装于钻头后的情况，采用CPS测量仪采集探棒坐标；对于探棒放置于地面上的情况，根据地面线圈回路计算探棒坐标。
[0022]上述步骤12中，采集当前环境噪音时，要求有效信号频段的强度至少比环境噪音高20dB，否则调整线圈回路的供电频率直至满足要求。
[0023]上述步骤13中，根据公式场强H
′
换算为在1安培电流下探棒所在位置所产生的场强。
[0024]上述步骤14的具体内容是：
[0025]先求待测管段所在线圈回路中除去待测管段之外的线圈所产生的场强H
rc
：其中，B
rc
为其余线圈产生的磁感应强度，μ0为真空磁导率，Idl为电流元，r为电流元指向待求场点的矢量，L
rc
为线圈回路中除去待测管段之外的线圈曲线；
[0026]则该待测管段的场强表示为：H
n
＝H(O
i
)
‑
H
rc
；设该待测管段的路径方程为L
n
，场强位置坐标为O
i
，满足以下方程：
[0027][0028]求解目标就是找到满足以上方程的路径方程L
n
。
[0029]上述路径方程的求解方法是：
[0030]已知第i个探棒的坐标O、O点对应的场强H，以及待测管段中其中一端点A的坐标，则能够求得另一端点B的坐标；
[0031]取过O点以H为法向的法平面作为O、A、B所在平面，在该平面内取定一直角坐标系，
另O、A的坐标分别为O(x0，y0)，A(0，0)，能够求得B点的坐标(x，y)；求解公式为：
[0032]其中或
[0033]其中
[0034]y＝Ex
[0035]以上公式得到四组解，通过现场实际情况判断得到正确的一组解，最后根据坐标系取定的方式，将B点坐标转换为三维坐标。
[0036]上述步骤21中，根据电流接入点和接出点的位置，推测管线轨迹作为预测路径，或者将预测路径设定为电流接入点和接出点间的一条直线。
[0037]采用上述方案后，本专利技术基于经典电磁学及相关数学演绎开发出一系列分析算法。相较与传统的管道测量方法，本专利技术的定位精度更高，且对场地条件要求低，操作便利、可靠。更进一步，本专利技术可实现定向钻施工中，对伴行在役管道进行随钻测量，满足狭小路由内多管道并行施工的场景，相较与传统的管道测量方法，将大大降低施工风险，且测量精度可提高至厘米级。与此同时，本专利技术可以对更加复杂的(如管道路径为多弯曲线)管道路径进行精准的测量。只要管道路径是相对光滑的曲线，无论管道走向如何，对于算法的计算和输出精度是无差别的。
附图说明
[0038]图1是本专利技术实际应用的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地下金属管线定位计算方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一，根据地下金属管线上测试桩的位置，将管线划分为若干待测管段，对各待测管段根据步骤11
‑
14求解管段路径；步骤11，基于待测管段构建地磁控向系统的线圈回路，探棒安装于钻头后，或者放置于地面上；步骤12，采集测量过程所需的相关基本数据，包括探棒的方位角Az、基准方位角Bz、倾角Inc，第i个探棒坐标O
i
(Away,Right,Elev)，线圈回路通电时的线圈电流值I，此外，还采集在对线圈回路通电时，线圈回路激活后探棒所在位置的场强H
‘
(Hx,Hy,Hz)及当前的环境噪音；步骤13，将步骤12采集的场强H
‘
(Hx,Hy,Hz)进行约化处理，得到在1安培电流下探棒所在位置所产生的场强；步骤14，求解待测管段路径方程；步骤二，采用迭代方法求解管线路径；步骤21，设定地下金属管线的路径初值；步骤22，基于步骤一求解出各待测管段的路径方程后，得到完整的管线坐标表，根据该新得到的管线坐标表，将其设为新的预测路径，重复步骤一再次求解管线坐标表，视为完成一次迭代；设定数值次数迭代后，管线各点坐标点将收敛趋近于一定数值，从而得到管道轨迹。2.如权利要求1所述的地下金属管线定位计算方法，其特征在于：所述步骤11中，当探棒安装于钻头后，构建线圈回路时，将待测管段两端测试桩的测试线分别使用电缆线连接至控向系统的线圈供电单元的正负极，形成一个线圈回路，即为待测线圈回路。3.如权利要求1所述的地下金属管线定位计算方法，其特征在于：所述步骤11中，当探棒放置于地面上，构建线圈回路时，包括构建待测线圈回路和地面线圈回路，将待测管段接入地磁控向系统形成待测线圈回路，将电缆线的两端分别连接至地磁控向系统的线圈供电单元的正负极而形成地面线圈回路。4.如权利要求3所述的地下金属管线定位计算方法，其特征在于：所述步骤12中，对于探棒安装于钻头后的情况，采用CPS测量仪采集探棒坐标；对于探棒放置于地面上的情况，根据地面线圈回路计算探棒坐标。...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈嘉伟，徐良奎，马点飞，
申请(专利权)人：江苏管建穿越工程有限公司，
类型：发明
国别省市：