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应用技术

单位竣工验收中对位置及深度的精度要求。 度数据，管道的轨迹是直线时，左右方向的
惯性定位技术作为一种高精度、全自主 加速度是零，根据这些加速度大小和速度数

的定位技术，近年来已广泛应用于非开挖管 据，即可计算出管道的轨迹。原理如图1、图2

线的探测中，该技术可精准记录管道的空间 所示。
轨迹并准确测定非开挖施工管道的三维空间

坐标数据 [5-6] ，解决了一系列实际难题。

2 惯性陀螺仪探测系统

2.1 探测原理

惯性导航测量技术是利用陀螺仪的定向
图1 加速度计轨迹路线计算示意图
性研制的一种轨迹测量仪器，它根据测量载
体的加速度和姿态，推算出载体的瞬时速度

和位置。

一般由三维陀螺仪加信号记录（加速度
计）分析处理软件组成。工作原理是利用惯性

陀螺仪定向性技术对地下管道的三维位置进
行测量，测量时仪器在埋地管道内部行走过程

中，随着管道轨迹的变化，陀螺仪可以获取埋
地管道在左右水平方向及高低的加速度变化 图2 管道深度示意图

情况，陀螺转子的垂直轴与管道方向之间的夹 根据向心力加速度计算公式：

角，计算出角速度，进而通过夹角和角速度来
（1）
[7]
确定物体的三维状态 。根据管道出入口点的
（2）
绝对坐标信息，通过数据分析处理软件计算，

可得到整个管道的精确空间位置坐标。 其中， α为加速度， v为运动速度， r为管
惯性导航测量仪在管道内部行走运动 道轨迹曲率半径， s为运动距离

时，由于管道出现左右拐弯，测量仪在管道弯 在图1中，已知起点A的坐标为（X、 Y、

曲方向会产生一个向心力，这个向心力的大小 Z），陀螺仪以速度V运动t 到B点，加速度测量
s
与运动的物体质量、速度与曲率半径有关，速 仪获得的平均加速度为α，取单位时间1S时，

度越快曲率半径越小向心力越大—即产生的 AB弧长为1/2α。
加速度越大。仪器内部的陀螺仪与加速计会 根据三角函数与弧长的关系可得到B点

记录下管道各个位置产生的加速度大小和速 的坐标为：

54 地下管线管理