慣性陀螺儀在管線測量中的研究與應用

張明敢

摘要：地下管線是現(xiàn)代城市正常運行的重要部件，但在日?？辈煸O計、施工中經(jīng)常會遺漏或破壞到已運行的地下管線，故地下管線的精確測量在現(xiàn)實中至關重要。本文結(jié)合工程案例對慣性陀螺儀這種儀器在定位、定深的原理及在儀器探測精度方面進行了分析和總結(jié)。

關鍵詞：深埋管線；慣性陀螺儀；精確測量

1.前言

隨著我國城市建設發(fā)展的需求，國內(nèi)眾多城市開工建設了軌道交通和一些常規(guī)市政工程，為了減少對居民日常生活的影響，這就需要對深埋的地下管線進行精確的測量，為工程勘察設計與施工建設提供準確的三維數(shù)據(jù)進而避免重大的人員與財產(chǎn)損失。

地下管線的運行安全涉及到社會的和諧與穩(wěn)定，對一些埋深較大的管線常規(guī)儀器探測精度不能滿足勘察設計或施工要求時，運用慣性陀螺儀獲取精確的三維坐標不失為一種解決問題的辦法。本文結(jié)合了實際工程案例對慣性陀螺儀這種儀器在定位、定深的原理及儀器精度誤差方面進行了分析和總結(jié)。

2.陀螺儀運行要點

2.1運行原理

陀螺儀工作原理就是利用物體高速旋轉(zhuǎn)時，角動量很大，旋轉(zhuǎn)軸會一直穩(wěn)定指向一個方向，旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)得越快，指向越穩(wěn)定。如下圖所示。

圖1 慣性陀螺儀運行原理圖

圖2 慣性陀螺儀

運行慣性陀螺儀前需要運用RTK或全站儀實測管線起始點位，作為儀器運行計算的起始點，而后將慣性陀螺儀放置在待測管線內(nèi)，使其慢慢沿管線向前運行，儀器會自動記錄運行軌跡長度，運用專業(yè)軟件計算出垂直和水平分量即可得到精確的三維數(shù)據(jù)。

2.2實施要點及誤差分析

（1）運行儀器前需要檢查管線內(nèi)壁是否光滑，陀螺儀能否無障礙通過，最好能在管線應用前施測。

（2）陀螺儀在管道中運行時要盡量勻速前進，避免加速前行造成不必要的運算誤差，運行長度不宜過長避免誤差累計。

（3）通常還需實測一個終點數(shù)據(jù)用來作為對比數(shù)據(jù)，確定慣性陀螺儀運算成果是否達到要求，尋找分析原因不能滿足要求時重新探測作業(yè)，直至精度符合要求。

2.3慣性陀螺儀技術優(yōu)點

（1）實施起來不受地形、交通條件的限制，操作簡單方便，節(jié)省人力。

（2）探測時不受現(xiàn)場其它管線信號干擾，探測方法與常規(guī)電磁波探測不同，獲取的成果精度非常高。

（3）金屬與非金屬管材都可以探測，且不受管線埋設方式的限制。

（4）探測成果除起算點外，均由儀器和軟件自動計算得來避免人工記錄和計算帶來的誤差。

2.4工程應用案例

無錫市新區(qū)污水管網(wǎng)能級提升工程-漢江路污水管工程中，由于污水工作井在現(xiàn)狀路面上實施人員車流量多交通壓力大，無法大規(guī)模開挖施工，故全線采用頂管工藝，這就對與線路走向垂直相交的管線探測精度要求非常高?，F(xiàn)查明橫穿漢江路兩側(cè)西門子公司的通信電纜為非開挖施工埋深較大，為避免破壞電纜造成工廠停產(chǎn)，業(yè)主方委托我公司對線纜進行精確測量。

圖3 探測成果圖

本次工程實測管線長度為76.58m，共采集管線特征32個，測量間距約2.3m，管線埋深約0.7～4.85米；其中電纜最大埋深處與設計污水管線高程有沖突需調(diào)整原設計方案，探測線纜軌跡成果上圖所示。

探測成果精度如下：

平面精度：±0.25%*L=±0.25%×76.58=±19cm m<0.1h

高程精度：±0.10%*L=±0.10%×76.58=±7.6cm<0.15h（其中L為軌跡運行長度，h為管道中心的埋深），精度滿足規(guī)程要求。

3.結(jié)束語

經(jīng)過我們的了解與實踐運用，慣性陀螺儀已經(jīng)在周邊多個城市管線探測中得到運用，且取得不錯的探測成果，為勘察設計、施工或城市規(guī)劃部門提供了準確的基礎數(shù)據(jù)，避免了深埋管線不必要的破壞。

參考文獻：

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