三维惯性陀螺定位技术在非开挖地下管线高精度探测中的应用研究

程铭宇，陈友良

(广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州 510060)

1 引 言

随着城市建设的飞速发展，主要道路下的管网已是十分密布、趋于饱和，对地下管线探测技术提出了极大挑战。传统的管线探测技术大多是基于地球物理勘探的原理，通过一套完整的发射-接收系统，分析地下管线和周围介质的物性差异，以此推断其空间位置和埋设深度。由于地下管线的复杂性和地下介质的多样性，探测精度受到很大的影响，对于一些重要管线的建设和维护带来很大的安全隐患。近年来，三维惯性陀螺定位技术日趋成熟，在地下管线高精度探测中得到了越来广泛的应用。本文将结合比利时REDUCT公司生产的陀螺仪管道定位系统在广东的应用实例，简要介绍三维惯性陀螺定位技术的原理和工作方法，并探讨该技术的应用优势。

2 三维惯性陀螺定位技术的原理

陀螺仪是用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置，陀螺仪在角动量守恒原则下，具有两大特性——定轴性和进动性，在航天航空的惯性导航系统中有广泛的应用。

受惯性导航和示踪探头法探测地下管线的启发，综合运用陀螺仪和惯性定位技术，三维惯性陀螺定位仪应运而生，并在管线探测中得到了有效的应用。三维惯性陀螺定位仪主要有陀螺仪组件和加速度计组件组成，如图1所示，分别测量定位仪的相对惯性空间的3个转角速度和3个线加速度沿定位仪坐标系的分量，经过坐标变换，把加速度信息转化为沿导航坐标系的加速度，并运算出定位仪的位置、速度、航向和水平姿态，如图2所示。……