慣性陀螺儀在管線測量中的研究與應用

張明敢

摘要：地下管線是現代城市正常運行的重要部件，但在日常勘察設計、施工中經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實中至關重要。本文結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。

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展的需求，國內眾多城市開工建設了軌道交通和一些常規市政工程，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據進而避免重大的人員與財產損失。

地下管線的運行安全涉及到社會的和諧與穩定，對一些埋深較大的管線常規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。

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時，角動量很大，旋轉軸會一直穩定指向一個方向，旋轉軸轉得越快，指向越穩定。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，使其慢慢沿管線向前運行，儀器會自動記錄運行軌跡長度，運用專業軟件計算出垂直和水平分量即可得到精確的三維數據。

2.2實施要點及誤差分析

（1）運行儀器前需要檢查管線內壁是否光滑，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據用來作為對比數據，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，直至精度符合要求。

2.3慣性陀螺儀技術優點

（1）實施起來不受地形、交通條件的限制，操作簡單方便，節省人力。

（2）探測時不受現場其它管線信號干擾，探測方法與常規電磁波探測不同，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

無錫市新區污水管網能級提升工程-漢江路污水管工程中，由于污水工作井在現狀路面上實施人員車流量多交通壓力大，無法大規模開挖施工，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。現查明橫穿漢江路兩側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，業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），精度滿足規程要求。

3.結束語

經過我們的了解與實踐運用，慣性陀螺儀已經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、施工或城市規劃部門提供了準確的基礎數據，避免了深埋管線不必要的破壞。

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