基于组合导航原理的油气管道内部缺陷定位技术研究

随着油气管道工业的发展,管道运营商面临着管线多,管线服役时间长等一系列管理和安全性问题,而管线在线检测是实现管线安全管理的前提和重要环节,且重要性在逐渐增加,这给管线在线检测带来了巨大的挑战,需要不断创新技术,提高检测水平。管线检测包括外检测和内检测两种类型,其中内检测是极为重要的一个方面,包括两部分,一是检测缺陷的类型、尺寸等属性信息；二是检测缺陷的具体位置,属于空间信息,本文研究的是第二个问题,根据对国内外研究现状的了解以及定位系统的仿真和误差分析,提出将组合导航技术应用于油气管道内部缺陷定位。 本文首先简要的介绍了研究的重要意义以及国内外管道检测定位研究现状,然后对当前用于管道定位主要设备的原理和使用方法进行了分析和总结。针对检测器在管道内部导航的特点推导了捷联惯导的数学模型,同时针对仿真实验需求,设计了基于管道定位的轨迹发生器和惯性器件仿真模型。为了验证导航算法正确性,评价定位的精度状况,本文利用MATLAB7.0软件将建立的仿真模型和定位算法编写成可执行程序,仿真得到导航的位置、速度和姿态信息,通过与仿真轨迹发生器信息比较分析得到系统的算法误差。为了进一步分析捷联惯导用于管道检测定位的可行性,本文对捷联惯导系统误差进行了定量分析,考虑初始误差、器件误差和累积误差。通过编写仿真程序分析了误差的特点及其累计规律,经分析认为纯捷联惯导系统定位精度无法达到管道检测定位的实际工程要求。根据当前管道检测定位的特点、要求以及对当前导航方式的比选后,提出了由里程仪和捷联惯导组成的组合导航系统,利用间接法卡尔曼滤波技术做系统数据的融合处理。通过组合导航系统误差分析可知,利用组合导航的方式得到的仿真结果精度较高,在地面标记等设备的辅助下完全可以满足定位的工程要求。但是系统没有考虑外界环境的影响,如温度、地磁场等对导航设备的干扰,这些内容有待于在今后进一步研究和实践。 本文将SINS用于油气管道的检测定位中,国内尚无此内容的相关研究成果。同时本文还对组合导航方式在管道检测领域进行仿真实验和误差分析得到了相关的结论,虽然文中研究成果尚需要经过实践的检验和校正,但是研究内容的开展为提高管道内部缺陷定位精度,完善定位方法做了有益的尝试。