WO2015094015A1

WO2015094015A1 - Устройство и способ для определения положения трубопровода

Info

Publication number: WO2015094015A1
Application number: PCT/RU2014/000859
Authority: WO
Inventors: Александр Дмитриевич МИРОШНИК; Сергей Федорович ГУРИН; Максим Юрьевич КИРЬЯНОВ; Вячеслав Викторович ОРЛОВ
Original assignee: Transneft Diascan JSC; Oil Transporting JSC Transneft
Current assignee: Transneft PJSC; Transneft Diascan JSC
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2014-11-12
Publication date: 2015-06-25
Anticipated expiration: 2016-06-17
Also published as: EA033119B1; EP2985509A4; EP2985509A1; BR112015029372A2; EA201591997A1; RU2558724C2; MX2015016216A; RU2013155927A

Abstract

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения положения трубопровода в пространстве. Устройство состоит из аппаратной части и программной части, при этом в аппаратной части каждый из трех гироскопов и акселерометров бесплатформенной инерционной навигационной системой связан с одной из ортогональных осей внутритрубного инспекционного прибора. Программная часть состоит из алгоритмов определения навигационных параметров с использованием глобальной спутниковой навигационной системы GPS или/и GLONASS. Данные переписываются с аппаратной части, и расчет навигационных параметров производится на ЭВМ с помощью специальной программы. Способ определения относительного перемещения трубопровода состоит в том, что используются данные измерения величин и направлений линейных перемещений участка трубопровода по результатам двух и более инспекционных пропусков внутритрубного инспекционного прибора с установленным на нем аппаратной части по одному и тому же участку трубопровода. Полученные данные располагаются по таблицам и совмещаются по дистанциям. Критерием наличия перемещения трубопровода на инспектируемом участке является превышение модуля разностной кривизны заданного порогового значения.

Description

УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПОЛОЖЕНИЯ ТРУБОПРОВОДА

Описание изобретения

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения положения трубопровода в пространстве и в том числе в горизонтальной и вертикальной плоскостях при эксплуатации и строительстве трубопроводов.

Известно устройство для измерения пространственного положения трубопроводов (патент ΜΊ_1809297 А1 (RU) от 15.04.1993), содержащее платформу с размещенными на ней датчиками угла наклона в горизонтальной и вертикальной плоскостях, датчик пройденного расстояния, оснащенное с целью повышения точности и производительности измерений корпусом. На корпусе установлены эластичные манжеты для базирования устройства в трубопроводе. Датчик угла наклона выполнен в виде гировертикали, а датчик наклона в горизонтальной плоскости - в виде гирополукомпаса. Устройство снабжено системой вторичных преобразователей, коммутатором, аналогово-цифровым преобразователем и микроконтроллером.

Известно устройство для определения пространственного положения магистральных трубопроводов (патент N° 1404815 А1 (SU) от 23.06.1988). Устройство содержит корпус с гиросистемой, состоящей из гирокомпаса, гировертикали и датчика положения корпуса, выполненный в виде излучателя, скрепленного с гиросистемой. Корпус предназначен для установки в трубопроводе. Гиросистема снабжена фоконной матрицей, торцы которой оптически сопряжены с излучателем, со светочувтвительной лентой, обладающей возможностью перемещения в корпусе.

Известно устройство контроля внутренней поверхности, пространственного положения и напряженного состояния трубопровода (патент N°2106569 CI (RU) от 10.03.1998). Устройство имеет измерительный модуль, состоящий из контейнера, внутри которого расположена аппаратура измерения плановых и высотных меток, состоящей из цифрового вычислительного комплекса и трехосного гиростабилизатора с гироблоком и акселерометром. На наружной поверхности контейнера расположен второй датчик пути, соединенный с аппаратурой измерения плановых и высотных меток.

Недостатками выше указанных устройств являются автономность полученных данных, что влечет за собой погрешности определения положения трубопровода; а также полученные навигационные данные, не отражают всех параметров положения трубопровода, таких как углы и радиусы изгиба трубопровода в пространстве.

Известна аппаратура для измерения линейных деформаций магистрального трубопровода (патент N°2334162 С1 от 20.09.2008), содержащая струнные датчики деформации, установленные в различных сечениях магистрального трубопровода с определенным одинаковым шагом. Аппаратура дополнительно содержит приемник спутниковой радионавигационной системы, мультиплексор, микропроцессор, запоминающее устройство начального уровня, аналогово-цифровой преобразователь. Недостатком данного изобретения является стационарная установка датчиков деформации, что не позволяет получить полную информацию об изменении положения трубопровода.

Цель изобретения состоит в создании устройства диагностического комплекса для определения положения трубопровода (далее ДКОПТ) с использованием глобальной навигационной спутниковой систему GPS или/и GLONASS, которое повышает точность измерений пространственного положения трубопровода с учетом корректирующих точек, а также повышает точность измерений углов изгиба трубопровода - тангажа и азимута, и радиусов изгиба в каждой точке трубопровода с учетом вращения Земли; а также в способе определения относительного перемещения трубопровода по результатам двух и более инспекционных пропусков ДКОПТ, наглядно позволяющем определить перемещение трубопровода в пространстве путем сравнения более поздних траекторий трубопровода с базовой.

Технический результат достигается тем, что заявленное устройство ДКОПТ состоит из аппаратной части (далее АЧ) и программной части. Аппаратная часть ДКОПТ установлена на внутритрубный инспекционный прибор (далее ВИП). Аппаратная часть состоит из набора датчиков: акселерометр, связанный с осью X бесплатформенной инерционной навигационной системы (далее БИНС), акселерометр, связанный с осью Y БИНС, акселерометр, связанный с осью Z БИНС, гироскоп, связанный с осью X БИНС, гироскоп, связанный с осью Y БИНС, гироскоп, связанный с осью Z БИНС, одометр. Программная часть состоит из алгоритмов определения навигационных параметров в следующей последовательности: расчет линейной скорости при этом определение движения внутритрубного инспекционного прибора происходит по данным, полученным от аппаратной части устройства диагностического комплекса для определения положения трубопровода; выставка, то есть определение положения в пространстве ВИП производится определением начальных углов азимута и тангажа в прямоугольной системе координат Север- Восток-Высота с учетом вращения Земли и заданным геодезическим координатам ВИП в течение первых нескольких минут, когда ВИП неподвижен; расчет навигационных параметров происходит с использованием значение дискрета времени между отчетами акселерометров и гироскопов и показаниями одометра с определением соответствующих углов: крена, тангажа, азимута; расчет радиусов изгиба трубопровода как в вертикальном, так и горизонтальном направлении; коррекция траектории происходит при использовании координат корректирующих точек, полученных привязкой конкретных точек трубопровода к геодезическим координатам в системе Север-Восток-Высота с использованием глобальной спутниковой навигационной системы GPS или/и GLONASS. Данные переписываются с АЧ ДКОПТ, и расчет навигационных параметров производится на ЭВМ с помощью специальной программы. Таким образом, данные, полученные с АЧ ДКОПТ представляют собой массив, содержащий показания трех акселерометров и трех гироскопов в связанной с ортогональными осями БИНС и соответственно с ВИП прямоугольной системой координат и показания одометра. При этом ось у БИНС соответствует продольной оси ВИП. После инспекционного пропуска по трубопроводу ВИП массив данных переписывается с АЧ ДКОПТ, и расчет всех навигационных параметров производится на ЭВМ с помощью специальной программы. Используя данные ДКОПТ с использованием глобальной навигационной спутниковой системы GPS или/и GLONASS, повышается точность измерений пространственного положения трубопровода с учетом корректирующих точек. Величина и направления перемещения трубопровода определяются по результатам двух и более инспекционных пропусков по одному и тому же участку трубопровода. Способ определения относительного перемещения трубопровода по результатам двух и более инспекционных пропусков ДКОПТ состоит в том, что используются данные измерения величин и направлений линейных перемещений участка трубопровода по результатам двух и более инспекционных пропусков ВИП с установленным на нем ДКОПТ по одному и тому же участку трубопровода с одним и тем же направлением потока рабочей среды. Данные, полученные с ДКОПТ, располагаются по таблицам и совмещаются по дистанциям. Используются данные, полученные с ДКОПТ, для вычисления максимальной величины, направления и угла перемещения трубопровода.

Данные пропуска ВИП с установленной на нем АЧ ДКОПТ с более ранней датой считаются базовыми, а данные последующих пропусков сравниваются с базовыми. Критерием наличия перемещения трубопровода на инспектируемом участке является превышение модуля разностной кривизны заданного порогового значения.

Предложенный способ определения относительного перемещения трубопровода по результатам двух и более инспекционных пропусков ДКОПТ наглядно позволяет определить перемещение трубопровода в пространстве

На фиг. 1 изображена аппаратная часть ДКОПТ, включающая в себя набор датчиков.

1. акселерометр, связанный с ортогональной осью X БИНС, ах [м/ С²];

2. акселерометр, связанный с ортогональной осью Y БИНС, ау [м/с²];

3. акселерометр, связанный с ортогональной осью Z БИНС, az м/ С²];

На фиг. 2 изображена блок-схема алгоритмов определения навигационных параметров программной части ДКОПТ: 8. «Начало»;

9. «Получение данных (по акселерометрам, гироскопам и одометру) для значений сканов j=l ...N;

10. алгоритм «Расчет линейной скорости»;

11. алгоритм «Выставка», то есть определение положение ВИП в пространстве;

12. алгоритм «Расчет навигационных параметров»;

13. алгоритм «Расчет радиусов»;

14. алгоритм «Коррекция траектории»;

15. «Вывод данных»;

16. «Конец».

На фиг. 3 изображена траектория залегания трубопровода, выявленная по результатам базового пропуска ДКОПТ:

17. точка начала участка перемещения инспектируемого участка трубопровода с координатами xi,yi,zi;

18. точка конца участка перемещения инспектируемого участка трубопровода с координатами x₂,y₂,z₂;

На фиг. 4 изображена траектория залегания трубопровода, выявленная по результатам повторного пропуска ДКОПТ:

19. точка начала участка перемещения инспектируемого участка трубопровода с координатами Х_±,У_\, Ζ^,

20. точка конца участка перемещения инспектируемого участка трубопровода с координатами ₂, у₂ , 2₂.

На фиг. 5 изображены выделенные горизонтальная и вертикальная составляющие кривизны трубопровода, выявленные по результатам базового пропуска ДКОПТ:

21. вертикальная составляющая кривизны трубопровода, EV;

22. горизонтальная составляющая кривизны трубопровода, ЕН.

На фиг. 6 изображены выделенные горизонтальная и вертикальная составляющие кривизны трубопровода, выявленные по результатам повторного пропуска ДКОПТ: б

23. вертикальная составляющая кривизны трубопровода, EV ;

24. горизонтальная составляющая кривизны трубопровода, ЕН .

На фиг. 7 изображено определение направления вектора перемещения трубопровода и угол направления перемещения трубопровода:

25. единичный вектор направления оси трубопровода, п;

26. плоскость, перпендикулярная единичному вектору П, р;

27. рассчитанный вектор перемещения оси трубопровода, Δ ;

28. проекция рассчитанного вектора перемещения оси трубопровода Δ на плоскость р, Л_р;

29. единичный вектор вертикали, Z;

30. проекция вертикали z на плоскость р, ;

31. искомый угол направления перемещения трубопровода, <Х.

ДКОПТ состоит из аппаратной части и программную часть. АЧ (фиг. 1) включает в себя акселерометры 1, 2, 3 (фиг. 1), гироскопы 4, 5, 6 (фиг. 1) в связанной с БИНС и соответственно с ВИП прямоугольной системе координат и одометра 7 (фиг. 1). Данные, полученные с АЧ ДКОПТ представляют собой массив, содержащий показания трех акселерометров 1 , 2, 3 (фиг. 1) и трех гироскопов 4, 5, 6 (фиг. 1) в связанной с ортогональными осями БИНС и соответственно с ВИП прямоугольной системе координат и показания одометра 7 (фиг. 1). Программная часть состоит из алгоритмов определения навигационных параметров на основе данных с АЧ ДКОПТ для значения сканов j=l ...N 9 (фиг. 2) в следующей последовательности:

Алгоритм «Расчет линейной скорости» 10 (фиг. 2): используя показания одометра и показания таймера импульсов одометра, рассчитывается скорость движения ДКОПТ:

Sj=bjfo,

V=F{S, L,.C)/ М, где

fo - одометрический фактор;

Sj - пройденный путь; S=[S_j S₂ ... Stf], V^^_j Έ?₂ ... ν_Μ] - линейная скорость;

At - дискрет времени;

F{»,L_A,c} - фильтрация скользящих средним с прямоугольным окном: Pf=

среднее по выборке проранжированных по

возрастанию данных Р_г, исходными для которых является массив

Для.) -отсчета;

j-L>0, j+L<N, L - половина ширины окна фильтра;

с - удаляемое количество проранжированных данных в долях единицы.

Алгоритм «Выставка», то есть определение положения ВИП в пространстве 11 (фиг. 2): в начальный момент времени пропуска ВИП остается неподвижен несколько минут. Этот промежуток времени отслеживается по значениям скорости движения, полученной на предыдущем этапе. В это время производится выставка БИНС. По вращению Земли и заданным геодезическим координатам ВИП определяются начальные углы азимута и тангажа в прямоугольной системе координат Север- Восток-Высота. В дальнейшем при расчете прохождения ВИП по трубопроводу определяемые значения этих углов позволяют учесть вращение Земли и вычесть соответствующую компоненту угловой скорости Земли из показаний гироскопов. Таким образом, вращение Земли практически не оказывает влияния на определяемые навигационные параметры. Режим выставки подразделяется на два этапа: грубая и точная выставки.

Грубая выставка- приближенное вычисление параметров:

Где arctg(») - вычисление арктангенса с учетом квадранта аргументов; α, =— 2ΐ^αι - > ^'У'²' - количество отсчетов, отводимых на грубую

4 y=i

выставку, во время которой ВИП неподвижен;

ус - угол крена;

0с - угол тангажа;

Точная выставка- уточнение параметров проводится в несколько этапов:

Первый этап:

cos(0_c/2) sin(0_c /2) 0 0 cos( _c/2)^'

- sin(0_c/2) cos(#_c/2) 0 0 0

0 0 cos(0_c/2) sin(#_c /2) ^sin(r_C/²) 0 0 - sin(0_c/2) cos(<9_c/2) 0

K_Lc - начальное значение нормированного полного кватерниона, полученного из углов Эйлера;

Q_L - начальное значение угловой скорости Земли;

j=L_c...L_a, L_a - количество отсчетов, отводимых на точную выставку, в это время ВИП неподвижен;

ί=ω, g, >A - широта точки выставки;

Yj, θβ ψ Xj - соответственно текущие углы крена, тангажа, азимута, угол

направления на географический север - азимут навигационной системы координат;

СОЕ - угловая скорость Земли;

С\ ...с₆ - константы.

Второй этап:

текущее значение нормированного полного кватерниона.

Третий этап

2k_2jk_Aj—k_ljk_i-_j)

Yj = -arctg

Четвертый этап:

Пятый этап ψ_] =

Далее идет расчет текущего значения угловой скорости:

-Ale,,

1-е

1 = e^'^I + Z_j = arctg^, {r_y ./r_xj ),

B_j - приращение линейной скорости на текущем кванте времени;

l_tJ и г,. . - параметры петли обратной связи по оценке угловой скорости вращения прибора в горизонтальной плоскости;

- символ принадлежности к связанной системе координат.

Навигационная система координат (далее НСК) представляет собой прямоугольную систему координат, начало которой связано с точкой выставки, основная плоскость - плоскость местного горизонта, одна ось направлена вверх, При преобразовании из НСК в связанную систему и наоборот в результирующий вектор входят последние три элемента перемножения.

Алгоритм «Расчет навигационных параметров» 12 (фиг. 2) делится на несколько этапов:

Первый этап - расчет промежуточных параметров:

^' cos(A_e/2) 0 0 sin(l_a/2)^'

0 -sin(A₀/2) cos( _a/2) 0

-sin A_a/2) 0 0 cos(l_a/2)

Второй этап

По математическим выражениям первого и второго этапов «Точной выставки» алгоритма «Выставка» определяется ориентация ВИП, а по математическим выражениям третьего, четвертого и пятого этапов «Точной выставки» алгоритма «Выставка» определяются соответствующие углы:

.

=-arctglz_l /z₂J (P_j = arctg

I [²(^W2j^WA j + Wl W₃y ) + [²[^W j^W4j - j*>2j )

Данные по скорости и углам позволяют определить скорости в системе координат Север-Восток-Высота. Интегрируя эти скорости по времени, получаются значения соответствующих координат:

v_Ej =^v„_uv>i * Z_j+v_nuV2. sin ZJ,

V_NJ = -v„„_Vl. sin*, + v_nuV2j cosz_j ,

¹ Ί

- cos ^_y sin X_j

COS q)_j COS Z_j

sin c_j

^Ω4, = 2_у+ _у,где

W_L и W_j - начальное и текущее значения нормированного кватерниона, определяющего угловое положение НСК;

J=L_A...N;

и Q_j - начальное и текущее значения вектора угловой скорости Земли в

НСК;

Σ . - вектор транспортирующей угловой скорости;

Z_j - элементы третьего столбца матрицы направляющих косинусов по компонентам нормированного кватерниона;

V_mv - вектор линейных скоростей в НСК; v_E , v_Nj , Vy , e_{J }} ri_j , и _j - соответственно скорости и координаты

Восток-Север-Высота;

е_к - эксцентриситет Земли;

г - экваториальный радиус Земли.

Алгоритм «Расчет радиусов» 13 (фиг. 2): так как изгиб трубопровода может происходить как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении, можно вьщелить горизонтальную и вертикальную составляющие кривизны, где кривизной изгиба трубопровода называется величина, обратная радиусу изгиба трубопровода. Для вычисления кривизн траектории используются значения линейной скорости прибора и углов азимута и тангажа. Значение горизонтальной кривизны определяется как отношение производной по времени от азимута к линейной скорости, вертикальной - как отношение производной по времени от тангажа к линейной скорости.

соответственно горизонтальный и вертикальный малые радиусы;

НВл ^{и r}VBt ' соответственно горизонтальный и вертикальный большие радиусы.

AS - фиксированное значение базовой дистанции для определения больших радиусов, в этом случае приращение угла определяется по значениям углов на краях AS, а значение рассчитанного радиуса ставится в соответствии точке посередине AS,

Δ^- и AQJ - соответствующие средние оценки углов на базовой дистанции;

Кнв[гнБ_ш Г_Нв_ъа^ - _нв„], R_VB[rvB_la ^rVB_zab-»r_VB_x] ^и аналогично для векторов радиусов с индексом f, где

Ls, LB -соответствующие параметры окна фильтра.

Алгоритм «Коррекция траектории» 14 (фиг.2): при использовании координат корректирующих точек, полученных на основе данных спутниковой системы GPS или (и) GLONASS, происходит коррекция полученной траектории и ее перенос на координатную сетку Север-Восток-Высота:

АЕ = \{АЕ К,М},

e_j=e_j + Ae_j,

AN = 1{AN K,M],

ri_j = ri_j + An _j ,

AU = \{AU K,M),

и J = и _j + Au_j , где

Aej, Atij, AUj - корректирующие добавки по соответствующим осям; j=L_a...N, AE=[Ae_La Ae_La+1... Ae_N], AN=[A.n_La An_La+1... Δη_Μ], AV=[Au_La Au_La+t ... A _N];

M} - операция линейной интерполяции К значений на M=N-L_a;

AE'= [Δβ,' Ae₂' ... Ае_к ^<], AN'=[A«,' Аи₂' ... Αη_κ'],

Δί/' = [Aw, ' Аи₂' ... Аи_к'] - соответствующие разницы по координатам корректирующих точек и точек полученной траектории для соответствующих дистанций;

- координаты корректирующей точки для ^cp^ дистанции (дистанция, для которой измерены координаты корректирующей точки);

[e_fc n_fc щ] - координаты корректируемой траектории для s_k дистанции, при этом две указанные дистанции должны быть максимально близки;

К - количество корректирующих точек.

Способ определения величины и направления перемещения трубопровода по результатам двух и более инспекционных пропусков ДКОПТ предполагает использование данных по измеренным БИНС навигационным параметрам одного и того же участка трубопровода. Предложенный способ определения относительного перемещения трубопровода по результатам двух и более инспекционных пропусков ДКОПТ наглядно позволяет определить перемещение трубопровода в пространстве. Расположенная по таблицам информация о пропусках ДКОПТ по одному и тому же участку трубопровода совмещается по дистанциям. Пропуск ДКОПТ по инспектируемому участку трубопровода с более ранней датой считается базовым (фиг. 3). Последующий пропуск ДКОПТ по инспектируемому участку трубопровода (фиг. 4) сравниваются с базовым. Прогиб участка трубопровода может происходить как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Для этого выделяются вертикальная составляющая кривизны изгиба трубопровода: базовая 21 (фиг. 5) и последующая 23 (фиг. 6), и горизонтальная составляющая кривизны изгиба трубопровода: базовая 22 (фиг. 5) и последующая 24 (фиг. 6). Кривизной изгиба участка трубопровода называется величина, обратная радиусу изгиба участка трубопровода:

E=l/R, где

R - радиус изгиба участка трубопровода.

Между повторным и базовым пропусками ДКОПТ по участку инспектируемого трубопровода вычисляется разностный вектор:

Ё=(ЕН^' - EH, EV^' - EV), где EH 22 (фиг. 5) и EH 24 (фиг. 6) соответственно горизонтальная составляющая кривизны, выявленная по результатам базового пропуска ДКОПТ по участку инспектируемого трубопровода, и горизонтальная составляющая кривизны, выявленная по результатам последующего пропуска ДКОПТ по участку инспектируемого трубопровода;

EV 21 (фиг. 5) и EV 23 (фиг. 6) соответственно вертикальная составляющая кривизны, выявленная по результатам базового пропуска ДКОПТ по участку инспектируемого трубопровода, и вертикальная составляющая кривизны, выявленная по результатам последующего пропуска ДКОПТ по участку инспектируемого трубопровода.

Модуль разностной кривизны:

\Ё - Ш)² + (ЕУ - F1 ²

Превышение модуля разностной кривизны выше некоторого заданного порогового значения является критерием наличия перемещения на инспектируемом участке трубопровода.

Из навигационных данных определяются координаты точки начала участка перемещения 17 (фиг. 3) и конца участка перемещения 18 (фиг. 3) инспектируемого участка трубопровода при базовом пропуске ДКОПТ. При повторном пропуске ДКОПТ по инспектируемому участку трубопровода точки начала и конца участка перемещения соответственно 19 (фиг. 4) и

20 (фиг. 4).

Для того, чтобы вычислить величину вертикального перемещения внутри участка, необходимо приравнять координаты на границах участка перемещения инспектируемого участка трубопровода, а затем вычислить разницу координат внутри участка. Для этого рассчитывается:

где _t и ₂ соответственно вертикальные координаты начала и конца участка перемещения инспектируемого участка трубопровода при базовом пропуске ДКОПТ; и Z2 соответственно вертикальные координаты начала и конца участка перемещения инспектируемого участка трубопровода при последующем пропуске ДКОПТ.

После этого вычисляется фактическая разность координат по вертикали в точке р инспектируемого участка трубопровода между базовым и повторном пропусках ДКОПТ на инспектируемом участке трубопровода:

L - длина участка перемещения;

L] - дистанция от начала участка перемещения до выбранной точки р.

Для того, чтобы вычислить величину горизонтального перемещения внутри участка перемещения инспектируемого участка трубопровода, необходимо развернуть траектории базового и повторного пропуска ДКОПТ в горизонтальной плоскости таким образом, чтобы координаты начала и конца участка перемещения по оси Y стали нулевыми. Для этого рассчитываются координаты развернутых траекторий:

Prol , х

Prol - ;)² +0 - ')² _Ψ' , y_P' _rol = ^_Ρ' - χ[ )² +{ _p - y[)² sin ^' ,

Ух

ψ = arctg - arctg У 2 ^~ Ух

x x_l x₂ X_]

Фактическая разность коор инат в горизонтальной плоскости: ХГ

- Урго, -

Использование раздельной процедуры расчета перемещений в вертикальной и горизонтальной плоскости позволяет снизить ошибки определения перемещений, когда траектории трубопровода при базовом и последующем пропусках в горизонтальной плоскости стремятся к ортогональному положению.

Абсолютная величина перемещения:

Максимальная величина перемещения участка трубопровода может быть определена как максимальное значение абсолютного перемещения.

Направление рассчитанного вектора перемещения 27 (фиг. 7) необходимо определить в плоскости 26 (фиг. 7), перпендикулярной оси трубопровода, за 0° принимается положение «на 12 часов». Внутри участка перемещения участка инспектируемого трубопровода вычисляются векторы направления движения. Точками начала и конца вектора предлагается установить координаты сварных швов отдельных секций трубопровода.

Единичный вектор нап авления оси трубопровода 25 (фиг. 7):

Ny_%, Ν_Ζί - координаты начала отдельной секции трубопровода; N_Xz , My_{z l} N_Zz - координаты конца отдельной секции трубопровода;

П_Х1 fiy,, _z - координаты единичного вектора 25 (фиг. 7).

Рассчитанный вектор перемещения 27 (фиг. 7):

A = (Ax_p , Ay_p , Az_p ) .

Проекция рассчитанного вектора перемещения 28 (фиг. 7), перпендикулярная направлению движения рабочей среды, трубопровода рассчитывается по формуле:

Ар = А - (А · п) - п .

Затем рассчитывается коэффициент:

К - А- П = Ах_р · п_х +Ау_р · η_γ +Δζ_ρ · η_ζ. .

Тогда с учетом рассчитанного коэффициента проекция рассчитанного вектора перемещения 28 (фиг. 7) -

Ар = Δ - К · Я - (Ах - К · п _х , Ау - К · η_γ , Αζ _р - К · η _ζ ) ,

\Ар\ = ~jAp_x ² + Ap_Y ² + Ap , где Δρ_χ, Лр_у, Δρ_ζ - координаты проекции рассчитанного вектора 28 (фиг. 7) на плоскость 26 (фиг. 7).

Проекция вертикали 30 (фиг. 7) на плоскость 28 (фиг. 7), перпендикулярную направлению движения рабочей среды в трубопроводе:

2_ρ= -η_ζ·η_χ -η_ζ·η_γ,\-η_ζ·η_ζ),

ζ РХ ' ΡΥ > ^Δ ΡΖ - координаты проекции вертикали 30 (фиг. 7) на плоскость 28 (фиг. 7).

Косинус искомого угла направления перемещения 31 (фиг. 7) находится по формуле:

Направление перемещения:

S ⁼ % - П_х + Пуу - n_Y + n_n · п ¹2 '

П_у = {η_νχ

(Ар_у · ζ_η - Αρ_ζ · z_Py , Αρ_χ · ζ_ΡΖ - Αρ_ζ · ζ_ρχ , Αρ_γ · ζ_ΡΧ - Αρ_χ · ζ_ΡΥ )

Если S>0, a =arccos С . Если S<0, а - 360 - arccosC .

Claims

Формула изобретения

1. Устройство диагностического комплекса для определения положения трубопровода состоящее из аппаратной части: акселерометров, гироскопов и одометра, отличающееся тем, что состоит из аппаратной части и программной части, при этом аппаратная часть установлена на внутритрубный инспекционный прибор и состоит из набора датчиков: акселерометр, связанный с осью X бесплатформенной инерционной навигационной системой, акселерометр, связанный с осью Y бесплатформенной инерционной навигационной системой, акселерометр, связанный с осью Z бесплатформенной инерционной навигационной системой, гироскоп, связанный с осью X бесплатформенной инерционной навигационной системой, гироскоп, связанный с осью Y бесплатформенной инерционной навигационной системой, гироскоп, связанный с осью Z бесплатформенной инерционной навигационной системой, одометр.

2. Устройство по п.1 , отличающееся тем, что программная часть состоит из алгоритмов определения навигационных параметров в следующей последовательности: расчет линейной скорости, при этом определение движения внутритрубного инспекционного прибора происходит по данным, полученным от аппаратной части устройства диагностического комплекса для определения положения трубопровода; выставка, то есть определение положения в пространстве внутритрубного инспекционного прибора производится определением начальных углов азимута и тангажа в прямоугольной системе координат Север-Восток-Высота с учетом вращения Земли и заданным геодезическим координатам внутритрубного инспекционного прибора в течение первых нескольких минут, когда внутритрубный инспекционный прибор неподвижен; расчет навигационных параметров происходит с использованием значения дискрета времени между отчетами акселерометров и гироскопов и показаниями одометра с определением соответствующих углов: крена, тангажа, азимута; расчет радиусов изгиба трубопровода как в вертикальном, так и горизонтальном направлении; коррекция траектории происходит при использовании координат корректирующих точек, полученных привязкой конкретных точек трубопровода к геодезическим координатам в системе Север-Восток-Высота с использованием глобальной спутниковой навигационной системы GPS или/и GLONASS.

3. Устройство по п.п. 1 и 2, отличающееся тем, что после пропуска инспекционного прибора по трубопроводу, с установленной на нем аппаратной частью диагностического комплекса для определения положения трубопровода данные, полученные с аппаратной части диагностического комплекса для определения положения трубопровода, представляют собой массив, содержащий показания трех акселерометров и трех гироскопов в связанной с ортогональными осями бесплатформенной инерционной навигационной системы и соответственно с внутритрубного инспекционного прибора прямоугольной системой координат и показания одометра.

4. Устройство по п.1 , отличающееся тем, что ось у бесплатформенной инерционной навигационной системы соответствует продольной оси внутритрубного инспекционного прибора, а массив данных переписывается с аппаратной части диагностического комплекса для определения положения трубопровода, и расчет всех навигационных параметров производится на ЭВМ с помощью специальной программы.

5. Способ определения положения трубопровода, отличающийся тем, что используются данные измерения величин и направлений линейных перемещений участка трубопровода по результатам двух и более инспекционных пропусков внутритрубного инспекционного прибора с установленным на нем диагностическим комплексом для определения положения трубопровода по одному и тому же участку трубопровода с одним и тем же направлением потока рабочей среды.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что данные, полученные с диагностического комплекса для определения положения трубопровода, располагаются по таблицам и совмещаются по дистанциям.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что данные пропуска внутритрубного инспекционного прибора с установленной на нем аппаратной частью диагностического комплекса для определения положения трубопровода с более ранней датой считаются базовыми, а данные последующих пропусков сравниваются с базовыми.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что критерием наличия перемещения трубопровода на инспектируемом участке является превышение модуля разностной кривизны заданного порогового значения.