[发明专利]一种多模式自切换的管线仪自适应精密定位方法

说明书

该发明公开了一种多模式自切换的管线仪自适应精密定位方法，属于惯性测量领域。该方法首先对原始数据进行预处理，设计了新的里程计打滑区间的检测方法，然后利用机器学习方法预先识别管线仪的运动模式，再在解算中根据当前时刻的运动模式切换至对应的精密量测模型。为提高各类测量数据的融合精度，提出了一套“SINS/ODO/AGM/HC/PC/YC”组合定位算法。本发明不仅适用于简单环境下的管线仪定位实验，也可用于长距离、多弯折、高起伏环境下的定位实验，可为国家对管道的日常维护、例行检修、资料统计等提供便利。

技术领域

本发明属于惯性测量技术领域，具体是一种多模式自切换的管线仪自适应精密位置测量方法，主要应用于管道中心线测量以及管道缺陷定位。

背景技术

近几十年来，随着微电子机械(MEMS)技术的发展，MEMS惯性测量单元(以下简称MIMU)以小体积、低成本的优势被广泛应用于管道内检测中。常规的管线仪(PIG)定位方法为：纯惯性导航/里程计/地面标志点(SINS/ODO/AGM)组合定位，这种方法可对短距离的直线管道实现亚米级甚至厘米级的定位精度，但是对于长距离、多弯折管道的定位精度往往不能满足实际检修需要。该方法在复杂环境下的定位精度主要受限于MIMU的性能与外部观测量信息冗余，因此有学者提出结合管道特性辅助定位，如：管道转弯信息、管道焊接口信息、管道长度信息等，其中能直接用于未知环境的检测方法是“SINS/ODO/AGM/管道形状判断”组合的定位模式。这种方法通过检测管道的转弯接口，识别出直线段与转弯段，进而在直线段添加偏航角/俯仰角约束模型，从而减小误差的发散。因此，该方法的性能依赖于管道转弯接口的准确检测以及姿态约束模型的合理构造。现有多种管道转弯接口的识别方法，如：对IMU原始数据进行峰值检测、对陀螺角速率积分得到姿态变化区间等。但以上所提到的方法往往对阈值非常敏感，难以在复杂环境下保持其检测的准确性，而非完整性约束应与实际运动相关联。目前，鲜有学者利用MIMU开展高起伏地形环境下的管线仪位置测量实验，因其环境特殊性给精密定位带来了巨大的挑战。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种可根据环境变化自适应重构观测模型的管线仪位置测量方法。该方法针对系统误差得不到及时修正的问题，预设多类观测模型；针对单一观测模型对环境适应性差的问题，利用机器学习识别管线仪的运动模态，再自动匹配相应观测模型。

本发明的技术方案为：一种多模式自切换的管线仪自适应精密定位方法，该方法包括数据采集和数据计算，所述数据采集包括：

步骤1：将惯性测量单元放入管线仪中时，与管道的右向、前向、天向保持对齐；

步骤2：将管线仪放置于发球站内；

步骤3：保持静止3～5分钟，配置初始偏航角与初始位置；

步骤4：待静止初始化阶段结束后，开始牵引运动，并在运动过程中标记多个地面标志点位置信息；

步骤5：待管线仪到达收球筒后，再静置3～5分钟，并测量管线仪的末端偏航角与末端位置；

步骤6：将所采集的惯性测量单元原始数据、里程计原始数据、地面标志点位置以及起末偏航信息融合处理，以获取管线仪高精度运动轨迹；

所述数据计算包括：

步骤1：获取惯性测量单元原始数据、里程计原始数据、地面标志点位置；

步骤2：进行原始数据预处理；

步骤2-1：设置阈值剔除角速率粗差；

步骤2-2：设置阈值剔除比力粗差；

步骤2-3：设置阈值剔除里程计粗差；

步骤2-4：使用有限脉冲响应滤波器对惯性测量单元的数据滤波；

步骤2-5：标注里程计打滑时段；