專利名稱：：基于慣性技術(shù)的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，特別是一種基于慣性技術(shù)的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：隨著城市基礎(chǔ)建設(shè)的大規(guī)模發(fā)展，非開挖技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，尤其在各種管線的鋪設(shè)和地鐵施工等地下工程中，為了能夠保障按照預(yù)定的路線鋪設(shè)和施工，需要在鉆進(jìn)的過(guò)程中進(jìn)行導(dǎo)向和測(cè)量。目前，非開挖工程中常用的隨鉆測(cè)量系統(tǒng)多基于電磁定位原理和無(wú)線電定位原理。參見(jiàn)圖1，探頭101為跟隨鉆頭運(yùn)動(dòng)的部分，其中內(nèi)置有電磁波發(fā)射器或者無(wú)線電發(fā)射器，向接收器102發(fā)射信號(hào)；接收器102位于地面或者鉆口附近，或者垂直于鉆頭的地上；接收器102通過(guò)信號(hào)強(qiáng)度解算鉆頭的位置；監(jiān)視器103同接收器102通過(guò)有線或者無(wú)線連接，以監(jiān)視探頭的工作情況。參見(jiàn)圖2，該隨鉆測(cè)量系統(tǒng)包括地下單元1和地上單元2,地下單元中的地磁傳感器201和溫度傳感器202將地磁信號(hào)和溫度信號(hào)傳遞到A/D轉(zhuǎn)換及CPU裝置203中，A/D轉(zhuǎn)換及CPU裝置203將地磁信號(hào)和溫度信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并做相應(yīng)處理，發(fā)送到編碼傳輸裝置204，編碼傳輸裝置204為RS232或者無(wú)線傳輸方式，編碼傳輸裝置204將A/D轉(zhuǎn)換及CPU裝置203傳來(lái)的信號(hào)進(jìn)行編碼并傳輸，地上單元中2的編碼接收裝置205接收編碼傳輸裝置204傳來(lái)的信號(hào)，并發(fā)送到姿態(tài)解算與顯示裝置206中進(jìn)行姿態(tài)解算和顯示，編碼接收裝置205為相應(yīng)的RS232或者無(wú)線傳輸方式。以上兩種隨鉆測(cè)量系統(tǒng)存在以下缺陷易產(chǎn)生溢出，易受環(huán)境電磁信號(hào)的干擾；功率受到限制，對(duì)較深的定位深度無(wú)法測(cè)量；信號(hào)的穿透力受地層狀況、土質(zhì)條件的影響；需地面接收設(shè)備，影響地面交通，且地面有障礙物時(shí)無(wú)法測(cè)量。參見(jiàn)圖3，地下單元1'中的三軸加速度計(jì)301和溫度傳感器302傳送監(jiān)測(cè)信號(hào)到A/D轉(zhuǎn)換及CPU姿態(tài)解算裝置303中，A/D轉(zhuǎn)換及CPU姿態(tài)解算裝置303將監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并做相應(yīng)處理，發(fā)送到編碼傳輸裝置304,編碼傳輸裝置204為RS232或者無(wú)線傳輸方式，編碼傳輸裝置304將A/D轉(zhuǎn)換及CPU姿態(tài)解算裝置303傳來(lái)的信號(hào)進(jìn)行編碼并傳輸，地面監(jiān)視器305接收編碼傳輸裝置304傳來(lái)的信號(hào)，并進(jìn)行相應(yīng)處理，顯示信息。但上述隨鉆測(cè)量系統(tǒng)存在測(cè)量范圍有限等缺陷，例如傾角不大于50°等。對(duì)于該種方法，有的加上了磁強(qiáng)計(jì)以增加航向角的測(cè)量，但在滾轉(zhuǎn)角、傾斜角方面并沒(méi)有和加速度計(jì)的信號(hào)進(jìn)行有效融合；同時(shí)，磁強(qiáng)計(jì)易受電磁干擾影響，在很多場(chǎng)合不能有效應(yīng)用，因此不能有效解決角度測(cè)量受限的問(wèn)題。而其同地面的信號(hào)傳輸方式，使其測(cè)量深度受到RS232傳輸距離或無(wú)線電傳輸距離的限制。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明基于慣性技術(shù)的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的目的是提供一種不受電磁干擾、鉆進(jìn)深度等因素的影響，并對(duì)溫度進(jìn)行補(bǔ)償，給出更加可靠的工具面向角和俯仰角，給出參考航向和位置，并對(duì)電磁干擾強(qiáng)弱進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)而給出參考航向和位置的可信度的基于慣性技術(shù)的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)。一種基于慣性技術(shù)的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，包括安裝于鉆進(jìn)系統(tǒng)上的隨鉆單元和與通過(guò)線纜連接鉆進(jìn)系統(tǒng)的監(jiān)控單元；所述隨鉆單元包括第一三軸加速度傳感器、溫度傳感器、地磁敏感器和數(shù)據(jù)處理裝置；所述第一三軸加速度傳感器用于測(cè)量系統(tǒng)靜止時(shí)的重力加速度的三個(gè)分量，進(jìn)而獲得系統(tǒng)的鉆頭傾角和工具面向角，測(cè)量系統(tǒng)在三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)加速度，獲得系統(tǒng)的位移數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送出去；所述溫度傳感器用于測(cè)量隨鉆單元的溫度，并將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送出去；所述地磁敏感器用于通過(guò)檢測(cè)鉆頭指向與地磁極方向的夾角來(lái)獲得方位基準(zhǔn)，獲得鉆頭的運(yùn)行方向，并將數(shù)據(jù)發(fā)送出去；所述數(shù)據(jù)處理裝置用于讀取或測(cè)量數(shù)據(jù)，并形成數(shù)據(jù)幀，發(fā)送出去；所述監(jiān)控單元包括人機(jī)交互裝置、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與導(dǎo)出裝置和數(shù)據(jù)處理與解算裝置；所述人機(jī)交互裝置用于對(duì)測(cè)量結(jié)果和解算結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與導(dǎo)出裝置用于將測(cè)量數(shù)據(jù)和解算數(shù)據(jù)導(dǎo)出并存儲(chǔ)；所述數(shù)據(jù)處理與解算裝置用于接收地球引力加速度數(shù)據(jù)、地磁敏感器測(cè)量數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)和處理，測(cè)量隨鉆單元的溫度、并對(duì)溫度進(jìn)行補(bǔ)償，計(jì)算出工具面向角和鉆頭傾角、給出航向和位置及其可信度、從而給出電磁干擾強(qiáng)弱的評(píng)價(jià)，發(fā)送測(cè)量結(jié)果和解算結(jié)果到存儲(chǔ)或顯示；所述隨鉆單元還包括第二三軸加速度傳感器以及載波通信發(fā)送裝置；所述第二三軸加速度傳感器用于在第一三軸加速度傳感器誤差大時(shí)測(cè)量系統(tǒng)靜止時(shí)在三個(gè)方向的重力加速度，獲得系統(tǒng)的鉆頭傾角和工具面向角，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到所述數(shù)據(jù)處理裝置；所述載波通信發(fā)送裝置用于接收所述數(shù)據(jù)處理裝置傳來(lái)的數(shù)據(jù)幀，并發(fā)送出去；所述監(jiān)控單元還包括載波通信接收裝置；所述載波通信接收裝置用于接收所述載波通信發(fā)送裝置發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)，并傳輸出去。本發(fā)明的基于慣性技術(shù)的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)處理與解算裝置進(jìn)行計(jì)算工具面向角和鉆頭傾角時(shí)，判斷所述第一三軸加速度傳感器傳來(lái)的X軸數(shù)據(jù)絕對(duì)值是否大于閾值，不大于則采用第一三軸加速度傳感器傳來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算工具面向角和鉆頭傾角，大于則采用第二三軸加速度傳感器傳來(lái)的數(shù)據(jù)計(jì)算工具面向角和鉆頭傾角。本發(fā)明的基于慣性技術(shù)的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，其中所述閾值為0.8g。本發(fā)明的基于慣性技術(shù)的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，其中所述第一三軸加速度傳感器和所述第二三軸加速度傳感器安裝在具有差角的兩個(gè)平面上。本發(fā)明的基于慣性技術(shù)的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，其中所述第一三軸加速度傳感器和所述第二三軸加速度傳感器所在平面的差角為45°。本發(fā)明的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，其中所述載波通信發(fā)送裝置和所述載波通信接收裝置以直流載波方式傳送數(shù)據(jù)。本發(fā)明的基于慣性技術(shù)的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)處理與解算裝置采用ARM微處理器。本發(fā)明的基于慣性技術(shù)的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，其中所述載波通信發(fā)送裝置和所述載波通信接收裝置采用P485芯片。本發(fā)明的基于慣性技術(shù)的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，其中所述載波通信發(fā)送裝置和所述載波通信接收裝置采用標(biāo)準(zhǔn)電纜連接。本發(fā)明的基于慣性技術(shù)的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法，所述數(shù)據(jù)測(cè)量和控制方法包括以下步驟1)隨鉆單元采集加速度數(shù)據(jù)；2)隨鉆單元采集溫度數(shù)據(jù)；3)隨鉆單元采集地磁數(shù)據(jù)；4)隨鉆單元形成數(shù)據(jù)幀發(fā)送至監(jiān)控單元；5)控制單元接收隨鉆單元傳來(lái)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)；6)校驗(yàn)數(shù)據(jù)是否正確，否則執(zhí)行步驟5);7)讀取第一三軸加速度傳感器的加速度1和第二三軸加速度傳感器的加速度2的數(shù)據(jù)；8)判斷加速度l的X軸數(shù)據(jù)絕對(duì)值是否大于閾值，是則執(zhí)行步驟17);9)用加速度1的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算；10)輸出工具面向角和鉆頭傾角；11)進(jìn)行航跡推算；12)給出溫度補(bǔ)償；13)給出電磁干擾強(qiáng)弱的評(píng)價(jià)，給出位置和航向角信息的可信度；14)判斷是否導(dǎo)出數(shù)據(jù)，是則執(zhí)行步驟19);15)判斷是否退出，否則執(zhí)行步驟5);16)結(jié)束；17)用加速度2數(shù)據(jù)計(jì)算；18)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，執(zhí)行步驟10);19)通過(guò)串口導(dǎo)出數(shù)據(jù)，執(zhí)行步驟15)。由于采用了溫度傳感器以及數(shù)據(jù)處理與解算裝置可以給出隨鉆單元的溫度、并對(duì)溫度進(jìn)行補(bǔ)償，通過(guò)三軸加速度傳感器的冗余設(shè)計(jì)，即使用兩個(gè)三軸加速度傳感器可以給出可靠的鉆頭傾角、工具面向角和航向角，由于數(shù)據(jù)處理與解算裝置通過(guò)相應(yīng)算法給出參考航向和位置及其可信度，又由于采用了直流載波通信的方式，采用了加速度傳感器等測(cè)量用傳感器，使系統(tǒng)的抗干擾能力加強(qiáng)，可以給出更加可靠的測(cè)量結(jié)果。圖1是利用波強(qiáng)測(cè)量的隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖2是利用地磁傳感器測(cè)量的隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖3是利用加速度計(jì)測(cè)量的隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖4是本發(fā)明基于慣性技術(shù)的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖5是本發(fā)明基于慣性技術(shù)的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的隨鉆單元的測(cè)量流程圖6是本發(fā)明基于慣性技術(shù)的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的監(jiān)控單元的控制流程圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明基于慣性技術(shù)的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。參見(jiàn)圖4,一種基于慣性技術(shù)的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，包括安裝于鈷進(jìn)系統(tǒng)上的隨鉆單元11和與通過(guò)線纜連接鉆進(jìn)系統(tǒng)的監(jiān)控單元22。其中隨鉆單元11包括兩個(gè)三軸加速度傳感器，第一三軸加速度傳感器401和第二三軸加速度傳感器402、溫度傳感器403、地磁敏感器404、數(shù)據(jù)處理裝置405以及載波通信發(fā)送裝置406;監(jiān)控單元22包括載波通信接收裝置407、數(shù)據(jù)處理與解算裝置408、人機(jī)交互裝置409以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與導(dǎo)出裝置410。第一三軸加速度傳感器401和第二三軸加速度傳感器402用于測(cè)量系統(tǒng)靜止時(shí)的重力加速度的三個(gè)分量，進(jìn)而獲得系統(tǒng)的鉆頭傾角和工具面向角，測(cè)量系統(tǒng)在三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)加速度，獲得系統(tǒng)的位移數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理裝置405中。在靜止時(shí)通過(guò)測(cè)量地球重力加速度的各個(gè)分量，獲得鉆頭傾角和工具面向角的數(shù)據(jù)。采用兩個(gè)三軸加速度傳感器來(lái)解決角度測(cè)量受限的問(wèn)題:采用第一三軸加速度傳感器401測(cè)量時(shí)，如果被測(cè)量的鉆頭傾角和工具面向角接近90度，則相應(yīng)的測(cè)量誤差很大，甚至發(fā)散，測(cè)量角度受到限制，使第二三軸加速度傳感器402與第一三軸加速度傳感器401斜置安裝，即第一三軸加速度傳感器401和第二三軸加速度傳感器402分別設(shè)在兩個(gè)平面上，兩個(gè)平面間有差角。其中第一三軸加速度傳感器401與載體坐標(biāo)系同軸安裝，第二三軸加速度傳感器402各軸與載體坐標(biāo)系相差一個(gè)角度，其優(yōu)選方式為令差角為45°。當(dāng)?shù)谝蝗S加速度401測(cè)量到的鉆頭傾角和工具面向角接近90度，測(cè)量受到限制時(shí)，第二三軸加速度傳感器402沒(méi)有受到限制，從而就解決了現(xiàn)有產(chǎn)品存在的對(duì)角度測(cè)量范圍受限制的問(wèn)題。其中三軸加速度傳感器可采用LIS3L06AL。溫度傳感器403用于測(cè)量鉆進(jìn)部分的溫度，將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理裝置405中，并對(duì)三軸加速度傳感器等部件進(jìn)行溫度補(bǔ)償。溫度傳感器403采用集成溫度測(cè)量芯片，如DS1820，測(cè)溫范圍為-55°~125°。地磁敏感器404通過(guò)檢測(cè)鉆頭指向與地磁極方向的夾角來(lái)獲得方位基準(zhǔn)，獲得鉆頭的運(yùn)行方向，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理裝置405。地磁敏感器404采用三軸磁傳感器HMC1053等芯片或者采用三個(gè)HMC1002單軸磁阻傳感器正交安裝組成。數(shù)據(jù)處理裝置405采用通用CPU作為核心，如C8051F120等，通過(guò)其內(nèi)部集成的A/D轉(zhuǎn)換電路完成兩個(gè)三軸加速度傳感器和地磁傳感器的信號(hào)測(cè)量，讀取溫度傳感器采集到的溫度數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)形成數(shù)據(jù)幀，由UART傳輸?shù)捷d波通信模塊。載波通信發(fā)送裝置406由載波通信芯片、放大器及三極管、電容、電阻、變壓器等外圍元器件組成，以直流載波的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，即將調(diào)制后的數(shù)據(jù)信號(hào)疊加到直流電源上，進(jìn)行傳輸。直流載波的方式既可以提高通信的抗干擾能力，又可以減少兩部分之間的電纜數(shù)量，整個(gè)連接電纜只需2根線；載波通信芯片可使用P485，放大器可使用P111;載波通信電纜設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度、標(biāo)準(zhǔn)接頭，標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度一方面適合鉆桿的一般標(biāo)準(zhǔn)，另一方面可輔助測(cè)量鉆頭的位置信息。隨鉆單元ll內(nèi)部還包含有高精度電源模塊，保障電源的穩(wěn)定，保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。其中數(shù)據(jù)處理裝置405和載波通信發(fā)送裝置406集成在電路板上。載波通信接收裝置407，采用與隨鉆單元ll中載波通信發(fā)送裝置406相對(duì)應(yīng)的電路，完成同隨鉆單元ll的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)處理與解算裝置408，由ARM微處理器構(gòu)成。接收載波通信接收裝置407傳入的地球引力加速度數(shù)據(jù)、地磁敏感器測(cè)量數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)；并根據(jù)第一三軸加速度傳感器401、第二三軸加速度傳感器402傳來(lái)的地球引力加速度數(shù)據(jù)，計(jì)算出鉆頭傾角和工具面向角；采用地磁敏感器404，得到鉆頭的鉆進(jìn)航向；利用三軸加速度傳感器401,402經(jīng)兩次積分得到位移數(shù)據(jù)，融合標(biāo)準(zhǔn)鉆桿及標(biāo)準(zhǔn)通訊電纜的長(zhǎng)度可得到較準(zhǔn)確的位移數(shù)據(jù)；綜合測(cè)量到的鉆頭傾角、工具面向角，以及航向，推算出鉆頭在各個(gè)瞬時(shí)的位置；給出航向和位置及其可信度；根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果得到電磁干擾強(qiáng)弱的評(píng)價(jià)指標(biāo)；根據(jù)靜止時(shí)加速度計(jì)測(cè)得的鉆頭傾角和工具面向角對(duì)地磁測(cè)量的誤差進(jìn)行建模，進(jìn)而補(bǔ)償電磁干擾的影響；通過(guò)在隨鉆單元ll內(nèi)置的溫度傳感器401實(shí)時(shí)隨鉆單元11的溫度，以了解鉆進(jìn)系統(tǒng)的溫度情況，并對(duì)溫度進(jìn)行補(bǔ)償；并將解算后的數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器，送人人機(jī)交互裝置409,通過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與導(dǎo)出模塊中的RS232接口電路接收計(jì)算機(jī)的指令，并可將數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)。其中進(jìn)行溫度補(bǔ)償按如下方法進(jìn)行加速度實(shí)際輸出表示為"=/7(0"。+;1(0;其中a。為加速度的理想輸出，T7(z)和;io)分別為與溫度有關(guān)的刻度因子和零偏；根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的/7(r)和義(f)曲線可得到當(dāng)前溫度下加速度的刻度因子和零偏，進(jìn)而對(duì)加速度輸出進(jìn)行補(bǔ)償，得到更接近a。的加速度估計(jì)值。采用三軸加速度傳感器進(jìn)行角度計(jì)算按如下方式迸行系統(tǒng)靜止時(shí)，俯仰角e與滾轉(zhuǎn)角y，即鉆頭傾角和工具面向角的計(jì)算公式分別為<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>其中^也可以采用如下公式;r=arccos(///gcosx);其中g(shù)為重力加速度，//、"和"分別為載體坐標(biāo)系(坐標(biāo)原點(diǎn)在載體重心，X軸載體前方，Z軸指向上方，Y軸指向載體左側(cè))中X軸、Y軸、Z軸的加速度。按上述基本公式可以得出，當(dāng)俯仰角接近正負(fù)90。時(shí)(也即Z/接近正負(fù)g)，滾轉(zhuǎn)角的解算將可能由于噪聲的影響產(chǎn)生很大誤差，甚至發(fā)散，因此，可將一個(gè)三軸加速度計(jì)ar沿載體坐標(biāo)系安裝，另一個(gè)a2與載體坐標(biāo)系斜置一個(gè)角度，如45°安裝。這樣，當(dāng)a,敏感的"接近正負(fù)g，大于閾值時(shí)，如最優(yōu)選方式為"》0.8g,采用基本公式計(jì)算出來(lái)的結(jié)果將不可靠；此時(shí)可采用a2的數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，由于a2敏感的俯仰角與&相差一個(gè)角度，所以它敏感的刀將遠(yuǎn)離正負(fù)g，其解算精度將得到提高。根據(jù)a2數(shù)據(jù)解算的結(jié)果還需要按照a2與載體坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)關(guān)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最終得到載體的俯仰角和滾轉(zhuǎn)角。采用地磁敏感器進(jìn)行角度解算按如下方法進(jìn)行利用加速度計(jì)測(cè)量得到的俯仰角P和滾轉(zhuǎn)角y，應(yīng)用下式求得載體的方位角即航向角p。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>式中，Hp,Hy,Hz,.，H,，Hy分別為磁傳感器測(cè)定的載體坐標(biāo)軸方向上的三個(gè)磁場(chǎng)強(qiáng)度分量和地理坐標(biāo)系X軸和Y軸方向的磁場(chǎng)強(qiáng)度分量。同時(shí)，利用三軸磁敏感器，根據(jù)下式解算出俯仰角《與滾轉(zhuǎn)角^，用于給出可信度。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>進(jìn)行航跡推算按如下方法進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，將加速度計(jì)的輸出進(jìn)行二次積分可得到系統(tǒng)的位移信息，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)鉆桿及標(biāo)準(zhǔn)通信電纜的長(zhǎng)度可在特殊點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)，以提高位移信息的精度。根據(jù)位移信息和載體姿態(tài)角即俯仰角^與滾轉(zhuǎn)角"和方位角^，應(yīng)用航跡推算原理可得到載體的位置信息。位置可信度計(jì)算按如下方法進(jìn)行.-在系統(tǒng)靜止時(shí)，雙加速度計(jì)解算的俯仰角6與滾轉(zhuǎn)角7精度很高，可看作精確值。對(duì)比此時(shí)的磁傳感器解算輸出《和&,可得到位置和方位角信息的可信度或^一i21zZl1數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與導(dǎo)出裝置410，包括大容量存儲(chǔ)芯片和RS232通信接口電路，同其他計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，將數(shù)據(jù)導(dǎo)出，作為歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。K9F2808U0是16M*8位的FLASH存儲(chǔ)器，用于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。人機(jī)交互裝置409，以LCD顯示器為主體，對(duì)測(cè)量結(jié)果實(shí)時(shí)顯示。動(dòng)態(tài)顯示信息包括3個(gè)姿態(tài)角信息(航向角、俯仰角、滾轉(zhuǎn)角)、4個(gè)航程信息(X軸航程、Y軸航程、Z軸航程、系統(tǒng)經(jīng)過(guò)的總航程)和2個(gè)圖形顯示信息(俯仰角、滾轉(zhuǎn)角)。基于慣性技術(shù)的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，隨鉆單元11的數(shù)據(jù)測(cè)量包括以下步驟-步驟501，采集加速度數(shù)據(jù)；步驟5G2，采集溫度數(shù)據(jù)；步驟503，采集地磁數(shù)據(jù)；步驟504，形成數(shù)據(jù)幀發(fā)送至監(jiān)控單元?；趹T性技術(shù)的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，監(jiān)控單元22的控制過(guò)程包括以下步驟步驟601，控制單元接收隨鉆單元傳來(lái)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)；步驟602，校驗(yàn)數(shù)據(jù)是否正確，否則執(zhí)行步驟601;步驟603，讀取第一三軸加速度傳感器的加速度1和第二三軸加速度傳感器的加速度2的數(shù)據(jù)；步驟604，判斷加速度1的X軸數(shù)據(jù)絕對(duì)值是否大于閾值，是則執(zhí)行步驟613;步驟605,用加速度1的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算；步驟606，輸出工具面向角和鉆頭傾角；步驟607，進(jìn)行航航跡推算；步驟608,給出溫度補(bǔ)償；步驟609，給出電磁干擾強(qiáng)弱的評(píng)價(jià)，給出位置和方位角信息的可信度；步驟610，判斷是否導(dǎo)出數(shù)據(jù)，是則執(zhí)行步驟615;步驟611，判斷是否退出，否則執(zhí)行步驟601;步驟612，結(jié)束；步驟613,用加速度2數(shù)據(jù)計(jì)算；步驟614,坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，執(zhí)行步驟606;步驟615，通過(guò)串口導(dǎo)出數(shù)據(jù)，執(zhí)行步驟611。由于采用了溫度傳感器以及數(shù)據(jù)處理與解算裝置可以給出隨鉆單元的溫度、并對(duì)溫度進(jìn)行補(bǔ)償，通過(guò)三軸加速度傳感器的冗余設(shè)計(jì)，即使用兩個(gè)三軸加速度傳感器可以給出可靠的鉆頭傾角、工具面向角和航向角，由于數(shù)據(jù)處理與解算裝置通過(guò)相應(yīng)算法給出參考航向和位置及其可信度，又由于采用了直流載波通信的方式，采用了加速度傳感器等測(cè)量用傳感器，使系統(tǒng)的抗千擾能力加強(qiáng)，可以給出更加可靠的測(cè)量結(jié)果。以上的實(shí)施例僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精祌的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。權(quán)利要求1.一種基于慣性技術(shù)的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，包括安裝于鉆進(jìn)系統(tǒng)上的隨鉆單元(11)和與通過(guò)線纜連接鉆進(jìn)系統(tǒng)的監(jiān)控單元(22)；所述隨鉆單元(11)包括第一三軸加速度傳感器(401)、溫度傳感器(403)、地磁敏感器(404)和數(shù)據(jù)處理裝置(405)；所述第一三軸加速度傳感器(401)用于測(cè)量系統(tǒng)靜止時(shí)的重力加速度的三個(gè)分量，進(jìn)而獲得系統(tǒng)的鉆頭傾角和工具面向角，測(cè)量系統(tǒng)在三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)加速度，獲得系統(tǒng)的位移數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送出去；所述溫度傳感器(403)用于測(cè)量隨鉆單元(11)的溫度，并將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送出去；所述地磁敏感器(404)用于通過(guò)檢測(cè)鉆頭指向與地磁極方向的夾角來(lái)獲得方位基準(zhǔn)，獲得鉆頭的運(yùn)行方向，并將數(shù)據(jù)發(fā)送出去；所述數(shù)據(jù)處理裝置(405)用于讀取或測(cè)量數(shù)據(jù)，并形成數(shù)據(jù)幀，發(fā)送出去；所述監(jiān)控單元(22)包括人機(jī)交互裝置(409)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與導(dǎo)出裝置(410)和數(shù)據(jù)處理與解算裝置(408)；所述人機(jī)交互裝置(409)用于對(duì)測(cè)量結(jié)果和解算結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與導(dǎo)出裝置(410)用于將測(cè)量數(shù)據(jù)和解算數(shù)據(jù)導(dǎo)出并存儲(chǔ)；所述數(shù)據(jù)處理與解算裝置(408)用于接收地球引力加速度數(shù)據(jù)、地磁敏感器測(cè)量數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)和處理，測(cè)量隨鉆單元(11)的溫度、并對(duì)溫度進(jìn)行補(bǔ)償，計(jì)算出工具面向角和鉆頭傾角、給出航向和位置及其可信度、從而給出電磁干擾強(qiáng)弱的評(píng)價(jià)，發(fā)送測(cè)量結(jié)果和解算結(jié)果到存儲(chǔ)或顯示；其特征在于，所述隨鉆單元(11)還包括第二三軸加速度傳感器(402)以及載波通信發(fā)送裝置(406)；所述第二三軸加速度傳感器(402)用于在第一三軸加速度傳感器(401)誤差大時(shí)測(cè)量系統(tǒng)靜止時(shí)在三個(gè)方向的重力加速度，獲得系統(tǒng)的鉆頭傾角和工具面向角，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到所述數(shù)據(jù)處理裝置(405)；所述載波通信發(fā)送裝置(406)用于接收所述數(shù)據(jù)處理裝置(405)傳來(lái)的數(shù)據(jù)幀，并發(fā)送出去；所述監(jiān)控單元(22)還包括載波通信接收裝置(407)；所述載波通信接收裝置(407)用于接收所述載波通信發(fā)送裝置(406)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)，并傳輸出去。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于慣性技術(shù)的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理與解算裝置(408)進(jìn)行計(jì)算工具面向角和鉆頭傾角時(shí)，判斷所述第一三軸加速度傳感器(401)傳來(lái)的X軸數(shù)據(jù)絕對(duì)值是否大于閾值，不大于則采用第一三軸加速度傳感器(401)傳來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算工具面向角和鉆頭傾角，大于則采用第二三軸加速度傳感器(402)傳來(lái)的數(shù)據(jù)計(jì)算工具面向角和鉆頭傾角。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于慣性技術(shù)的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述閾值為0.8g。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于慣性技術(shù)的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述第一三軸加速度傳感器(401)和所述第二三軸加速度傳感器(402)安裝在具有差角的兩個(gè)平面上。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于慣性技術(shù)的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述第一三軸加速度傳感器(401)和所述第二三軸加速度傳感器(402)所在平面的差角為45。。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于慣性技術(shù)的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述載波通信發(fā)送裝置(406)和所述載波通信接收裝置(407)以直流載波方式傳送數(shù)據(jù)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于慣性技術(shù)的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理與解算裝置(408)采用ARM微處理器。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于慣性技術(shù)的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述載波通信發(fā)送裝置(406)和所述載波通信接收裝置(407)采用P485芯片。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于慣性技術(shù)的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述載波通信發(fā)送裝置(406)和所述載波通信接收裝置(407)采用標(biāo)準(zhǔn)電纜連接。10.—種根據(jù)權(quán)利要求1-9中任意一項(xiàng)所述的基于慣性技術(shù)的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)測(cè)量和控制方法包括以下步驟-1)隨鉆單元采集加速度數(shù)據(jù)；2)隨鉆單元采集溫度數(shù)據(jù)；3)隨鉆單元采集地磁數(shù)據(jù)；4)隨鉆單元形成數(shù)據(jù)幀發(fā)送至監(jiān)控單元；5)控制單元接收隨鉆單元傳來(lái)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)；6)校驗(yàn)數(shù)據(jù)是否正確，否則執(zhí)行步驟5);7)讀取第一三軸加速度傳感器的加速度1和第二三軸加速度傳感器的加速度2的數(shù)據(jù)；8)判斷加速度l的X軸數(shù)據(jù)絕對(duì)值是否大于閾值，是則執(zhí)行步驟17);9)用加速度1的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算；10)輸出工具面向角和鉆頭傾角；11)進(jìn)行航跡推算；12)給出溫度補(bǔ)償；13)給出電磁干擾強(qiáng)弱的評(píng)價(jià)，給出位置和航向角信息的可信度;14)判斷是否導(dǎo)出數(shù)據(jù)，是則執(zhí)行步驟19);15)判斷是否退出，否則執(zhí)行步驟5);16)結(jié)束；17)用加速度2數(shù)據(jù)計(jì)算；18)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，執(zhí)行步驟10);19)通過(guò)串口導(dǎo)出數(shù)據(jù)，執(zhí)行步驟15)。全文摘要一種基于慣性技術(shù)的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，包括安裝于鉆進(jìn)系統(tǒng)上的隨鉆單元和與通過(guò)線纜連接鉆進(jìn)系統(tǒng)的監(jiān)控單元；隨鉆單元包括第一三軸加速度傳感器、第二三軸加速度傳感器、溫度傳感器、地磁敏感器、數(shù)據(jù)處理裝置以及載波通信發(fā)送裝置；監(jiān)控單元包括載波通信接收裝置、數(shù)據(jù)處理與解算裝置、人機(jī)交互裝置以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與導(dǎo)出裝置；從而提供一種不受電磁干擾、鉆進(jìn)深度等因素的影響，并對(duì)溫度進(jìn)行補(bǔ)償，給出更加可靠的工具面向角和俯仰角，給出參考航向和位置，并對(duì)電磁干擾強(qiáng)弱進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)而給出參考航向和位置的可信度的基于慣性技術(shù)的非開挖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)。文檔編號(hào)G01V3/00GK101532839SQ200910081759公開日2009年9月16日申請(qǐng)日期2009年4月9日優(yōu)先權(quán)日2009年4月9日發(fā)明者華宋,張軍香申請(qǐng)人:華宋