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原文传递一种对管道测绘内检测IMU数据预处理的优化方法

专利名称：	一种对管道测绘内检测IMU数据预处理的优化方法
摘要：	本发明公开了一种管道测绘内检测IMU数据预处理的优化方法。首先通过测量发球筒几何尺寸确定IMU初始姿态角真值的估计值；然后用待比较的两次迭代滤波数据进行静基座初始对准，分别得到航向角和仰俯角，计算出航向角和仰俯角的对准误差；进而利用对准误差绝对值的差值作判据，评估两次迭代滤波的效果。该方法可以对不同迭代次数的滤波效果进行一定程度的比较，提示过度滤波的情况，实现对预处理算法的优化。相对于直接比较解算轨迹和校验点的匹配程度，本方法效率更高，对终止迭代的判断依据剔除了绝大多数混杂因素，更有说服力，基本避免了过度滤波的情况，实现了对数据预处理算法的优化。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	中国石油化工股份有限公司
发明人：	薛正林;龚则;顾春琳;马雪莉;杜慧丽;尹逊金;刘俊甫;李通;曹乐乐;孟祥磊;庄金峰;司刚强;李军;侯世俊;钱得才;姚志军;张苏;刘义生;张锋;朱克云;刘先东;陈峰;成文峰;苏林;陈发祥;许志军;郑树林;袁龙春;汤荣
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-31T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-11T00:00:00+0800
申请号：	CN201910102974.3
公开号：	CN109870546A
代理机构：	徐州市三联专利事务所
代理人：	周爱芳
分类号：	G01N33/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	100728 北京市朝阳区朝阳门北大街22#
主权项：	1.一种对管道测绘内检测IMU数据预处理的优化方法，其特征在于，该方法为： (1)通过测量发球筒几何尺寸确定IMU初始姿态角真值的估计值； (2)用待比较的两次迭代滤波数据进行静基座初始对准，分别得到航向角和仰俯角，计算出航向角和仰俯角的对准误差； (3)进而利用对准误差绝对值的差值作判据，评估两次迭代滤波的效果。 2.根据权利要求1所述的一种对管道测绘内检测IMU数据预处理的优化方法，其特征在于，航向角和仰俯角具体如下：步骤一：确定IMU初始姿态角真值的估计值，仰俯角β′估计为0°，航向角α′估计为发球筒中心线指向的方向；步骤二：用待比较的两次迭代滤波数据进行静基座初始对准，分别得到航向角αi、αj和仰俯角βi、βj；步骤三：定义第i次、第j次滤波后的航向角误差分别是εzi、εzj，仰俯角误差分别是εxi、εxj，此时根据下面关系： α′≈α+εz (1) β′≈β+εx (2) 显然有，α′i＝α′j＝α′，β′i＝β′j＝β′。则第i次和第j次的εz和εx可以近似通过(1)和(2)求出；步骤四：定义判据为： σij＝\|εzi\|-\|εzj\| (3) τij＝\|εxi\|-\|εxj\| (4)。 3.根据权利要求2所述的一种对管道测绘内检测IMU数据预处理的优化方法，其特征在于，使用判据的方法为： 1)在迭代滤波过程中，通常让三列陀螺数据或者三列加速度数据选择同一组滤波参数，但陀螺和加速度计数据分别独立滤波；因此，作为直接判据的σij或者τij能够独立使用； 2)利用σij或者τij进行比较和判定，必须参考其他迭代过程中产生的同类数据； 3)和同类数据对比，如果σij或τij的绝对值较大，说明参与比较的第i、j次滤波效果对比明显，反之效果对比不明显； 4)如果求得σij>0或者τij>0，而且相对之前求得的同类数据，σij或者τij的绝对值不是小量，则通常认为第j次滤波得到的陀螺仪数据或者加速度计数据精度更高；反之，σij<0或者τij<0，且绝对值不是小量，则第i次的滤波效果更好； 5)如果σij或者τij的绝对值相对同类数据是小量，相对εzi、εzj、εxi、εxj也是小量，则通常认为两次滤波的效果相近； 6)i和j是先后两次连续的迭代滤波效果的比较，即i+1＝j，如果σij<0或者τij<0，而且比较之前的同类数据，σij或者τij的绝对值相对较大，则能够判定第j次迭代导致过度滤波，应停止对应数据的迭代滤波过程； 7)i和j是先后两次连续的迭代滤波效果的比较，即i+1＝j，如果判断第j次迭代导致过度滤波，则应该在小于j的迭代结果中选择滤波效果最好的一组作为迭代滤波的输出数据。 4.根据权利要求3所述的一种对管道测绘内检测IMU数据预处理的优化方法，其特征在于在步骤2)中：所谓同类数据，通常是其他的与i和j间隔相同的εz或εx的绝对值之差；也就是说，与σij或者τij相比较的同类数据σab或者τab，应该保证a、b之间的间隔与i、j间隔相等。 5.根据权利要求4所述的一种对管道测绘内检测IMU数据预处理的优化方法，其特征在于：i和j间隔为1或2。 6.根据权利要求2所述的一种对管道测绘内检测IMU数据预处理的优化方法，其特征在于，判定方法的使用前提是：发球筒中心线与大地平面基本处于水平状态，而且PIG在发球筒内的初始运动阶段沿直线前进；保证PIG水平面与大地平面平行；PIG运动之前需静置时间5分钟以上，可以完成静基座的初始对准。 7.根据权利要求6所述的一种对管道测绘内检测IMU数据预处理的优化方法，其特征在于： PIG在发球筒内的初始运动阶段为2到3米。 8.根据权利要求1所述的一种对管道测绘内检测IMU数据预处理的优化方法，其特征在于：将坐标原点设置在载体PIG的重心位置，X、Y、Z坐标轴方向依次沿地球表面切线方向选取东向、北向和天向，构成的坐标系为地理坐标系，也叫做东北天坐标系，常简称n系，表示为OXnYnZn；而载体坐标系，简称b系，表示为OXbYbZb，有同样的坐标原点,Yb沿发球筒内PIG载体的纵轴指向前进方向，Xb沿载体水平截面横轴指向右侧，Zb与载体水平截面垂直指向上方。 9.根据权利要求1所述的一种对管道测绘内检测IMU数据预处理的优化方法，其特征在于：令n系坐标，依次通过三个姿态角旋转，得到b系坐标；其中航向角定义域为-180°～180°，0°表示指向正北方；仰俯角定义域为-90°～90°，0°指PIG自身水平面和大地平面平行。
所属类别：	发明专利