管道三维姿态测量系统

◎刘成长输管道三维测绘技术及应用研究（作者单位：湖南和仁测绘服务有限公司）长输管道在我国油气输送工作当中所起到的作用非常关键，由于石油与天然气物质具有较强的易燃易爆性质，如果在管道运输过程中产生失效出现泄漏问题，会造成非常严重的爆炸事故所造成的危害和损失不可估量。

对于油气长输管道而言，在实际应用过程中必须要充分做好检测工作，内检测技术是长输管道检测工作当中非常重要的技术方法，在管道内部检测技术的使用过程中，测量工作精度和定位精度是评价管道检测仪器设备的重要影响因素，因此必须要充分做好管道缺陷信号的精确定位工作，实现对管道线路的缺陷全面修复。

一、管道三维测绘工作原理分析通过管道三维测绘技术的有效应用，可以通过管道内检测设备作为测绘载体，将测绘工作单元直接安放在内检仪器设备的密封腔体当中，内检测仪器设备在管道内部会直接沿着管道的中心线运行和工作，通过惯性导航系统有效测绘出实际的运行工作轨迹，并且和管道的中心线轨迹保持相同。

通过检测分析之后得出数据进行后期加工和处理，可以准确计算出内检测器的运行路轨迹以及的GPS 信息情况，有效得出测绘管道线路的三维坐标信息。

惯性导航系统的核心工作元件是加速度计和陀螺仪设备，如图1，在系统当中根据特定的方式进行排列，通过测量加速度计与陀螺仪的运行轨迹，有效得出线性加速度的参数数值和角速度的参数数值。

通过详细的计算和分析，可以有效得出内检其设备测绘空间，三维坐标系统当中的实际位移情况以及测绘旋转工作角度情况，可以通过坐标转换和数据处理的方法，有效得出相应的检测运动轨迹以及测绘运动姿态。

其中，加速度计两两之间成正相交，排列沿着空间的坐标轴方向呈横向分布，总共分为三个测量方向分量对加速度分量展开，一次性积分可以有效得到测量载体的实际运行速率，同时还可以得到二次积分载体。

在测绘工作过程中的相对位移大小，通过三个陀螺仪可以有效得出三个坐标平面内所形成的测绘角速度分量大小，经过后期的进一步处理之后，可以通过使用卡尔曼滤波处理，最终可以有效得出测绘载体的具体运行信息。

基于AUTOCAD的管道3维建模系统摘要本文介绍一个基于AUTOCAD的管道3维建模系统。

该系统采用AUTOCAD的VBA开发工具，开发一系列实用的宏，在AUTOCAD的环境下实现3维的管道建模。

目前已全面完成了管系、通风（螺旋风管、方风管）以及管支架的3维建模程序和生产设计报表程序的开发。

该系统通过测试，并在46000吨多用途船上全面使用，取得良好的效果。

该系统操作界面友好、操作简便，由于基于AUTOCAD，因此非常容易上手，有着广阔的应用前景。

关键词：管道三维建模1．概述三维建模是计算机辅助设计的重要手段，它的先进性在相当程度上代表了一个计算机辅助设计系统软件的水平。

因此，我们对从前开发的造船设计软件有了大规模升级换代的想法，在这个思想基础上，我们决定开发船舶建造三维设计系统（SB3DS）。

该系统的开发目标是为船厂的船舶建造提供一套完整的符合当代先进的船舶建造模式以及采用计算机三维技术的辅助设计和生产制造软件。

为此，系统应该包括壳舾涂的全部内容。

为了提高开发进度，降低用户系统费用，并保持系统的先进性、可靠性和商品化程度，我们决定在微机上采用AUTOCAD系统和Office2000系统作为开发平台。

目前，我们已经完成了管系和通风系统的软件设计，并在一条46000吨化学品船上全面使用，深受设计人员的欢迎，取得了成功。

2．系统功能系统主要包括三维建模、绘图、统计计算、数据管理等四大功能。

三维建模功能包括设备、管路、螺旋风管、方风管、管支架的布置和建模。

在建模的过程中，系统能自动地即时进行工艺性干涉检查和数据处理，以保证零件的可加工性。

也可以进行三维的碰撞检查。

绘图功能可以出各种形式的安装图和零件制作图。

统计计算功能完成各类计算统计报表，系统提供了标准的样式，由于采用了数据库，用户也可以方便地制作自定义的报表。

数据管理功能管理原理图、设备、标准件、工艺、建模、材料等等所有的数据，以满足系统和设计的要求。

三维综合管线系统操作手册1.概述综合管线系统用于城市地下综合管线数据的三维可视化、管理和应用。

1.1环境要求1.2数据要求系统所管理的管线数据类型包括给水、污水、雨水、燃气、电力、路灯、通信、电视、热力、工业等。

2.界面框架系统初始状态仅“新建工程”，“打开工程”两个命令可用；只有通过打开或新建，加载了有效工程之后，其他命令才切换为有效状态。

3.工程管理工程管理模块包括工程的新建、打开、保存，以及工程相关参数设置等。

3.1新建工程3.1.1功能新建一个空的工程。

3.1.2操作运行“工程”菜单下的“新建工程”命令，弹出“新建项目”对话框，设置新工程的参数。

设置工程路径选择新工程保存的路径及设定工程名。

IP地址设定数据服务器（虚拟机）ip。

点击“连接”，读取服务器上的场景配置和管线配置列表。

若服务器状态正常，则测试连接成功，则弹出对话框：并将场景配置列表和管线配置列表填写到下面两个下拉框中，并切换下拉框为可用状态，如下图所示。

场景配置文件场景配置文件用于配置工程中管线以外的其他显示图层。

服务器上可能有多个场景配置，选择新工程所需要使用的配置。

管线配置文件管线配置文件用于配置管线显示图层及相应的服务链接。

服务器上可能有多个管线配置，选择新工程所需要使用的配置。

确定点击“确定”，新工程创建并自动保存。

3.2打开工程3.2.1功能打开已存在的管线工程文件。

3.2.2操作运行“工程”菜单下的“打开工程”命令，弹出文件选择对话框，用户选择需要打开的工程文件（文件类型为*.wdprj）。

点击“打开”按钮，系统加载新的工程作为当前工程。

3.3保存工程3.3.1功能用于保存当前活动的工程。

3.3.2操作运行“工程”菜单下的“保存工程”命令，保存当前工程，路径为新建或打开时的路径。

3.3.3说明当在系统中进行过隧道、标注、管段等的编辑（增加、删除、修改等）后，应该通过“保存工程”命令存储当前工程中的数据。

3.4关闭工程3.4.1功能关闭当前工程，但并不退出程序。

长输管道三维测绘技术及应用发表时间：2020-11-13T06:01:00.729Z 来源：《中国科技人才》2020年第20期作者：何丽[导读] 在我国油气输送领域中，从西气东输工程到家家户户的能够使用上天然气燃气的整个过程之中，长输管道设备及其相关技术在其中扮演了极其重要的角色。

长输管道的数字化智能化管理是我现阶段不断努力发展的方向，以三维测绘技术为代表的数字化管理技术，通过对管道内外部进行精确测量，对各个管道部分准确定位，对问题部位及时处理。

何丽南京市锅炉压力容器检验研究院 210098摘要：在我国油气输送领域中，从西气东输工程到家家户户的能够使用上天然气燃气的整个过程之中，长输管道设备及其相关技术在其中扮演了极其重要的角色。

长输管道的数字化智能化管理是我现阶段不断努力发展的方向，以三维测绘技术为代表的数字化管理技术，通过对管道内外部进行精确测量，对各个管道部分准确定位，对问题部位及时处理。

极大的保证了油气传输的安全性和可控性。

本文以长输管道三维测量技术作为研究对象，从基本原理，使用方式，误差分析等角度出发，同新时期下的互联网技术进行结合探究。

关键词：长输管道；三维测绘技术；核心器件；新型应用引言：长输管道三维测绘技术的相关原理是利用了惯性测量，使用相关的仪器在力的牵引下，对各种物理量进行测量后绘制出运动轨迹。

后期需要相关操作人员进行数据分析和管道实况对比，得到管道的三维姿态。

通过三维测绘技术对管道进行数据建模，对管道中的缺漏进行时刻控制。

在运输安全，运行管理，施工维护等方面具有重要意义。

想要打破传统管理下的低效的限制，需要相关企业引进相关技术，利用三维测绘技术对于长输管道整体的系统把控，实现油气领域企业的稳定发展。

一、三维测绘技术概述在长输管道的测量阶段主要分为惯性测量单位和后期数据处理两个方面，如图一所示。

在惯性测量阶段，将需要测量设备放置在检测器的内部，通过惯性测量得到相关数据。

被测量物体的加速度和线速度等核心数据需要加速度测量计和陀螺仪。

智能管道系统三维可视化展示模块设计方案智能管道系统是一种利用现代计算机技术和物联网技术对管道进行实时监测和管理的系统。

智能管道系统的三维可视化展示模块是该系统中的一个重要组成部分，可以通过三维模型的形式直观展示管道系统的运行情况，帮助用户实时了解管道的状态，实现远程监控和管理。

一、模块功能需求：1.管道系统的三维模型展示：通过三维模型展示管道系统的整体结构和布局，包括各个管道的漏洞、连接状态等信息。

2.实时数据更新：根据管道系统的实时数据，及时更新三维模型上的各个节点和管道的状态信息，如温度、流速、压力等。

3.状态显示：根据实时数据，显示管道节点和管道的运行状态，例如绿色表示正常，红色表示故障。

4.告警提示：在管道出现异常情况时，及时发出告警提示，以便用户能够及时采取措施处理。

5.数据查询功能：提供查询管道系统历史数据的功能，可以根据时间范围查询特定时刻的管道状态。

6.用户交互：提供用户友好的操作界面，方便用户进行查看、查询和分析。

二、技术实现方案：1.数据采集与传输：通过物联网技术，将管道系统各个节点的实时数据采集并传输至服务器。

2.数据存储：将采集的实时数据存储于数据库中，以便实现数据查询功能。

3.三维模型构建：根据管道系统的实际情况，构建相应的三维模型。

4.数据更新与展示：通过服务器端程序实时更新数据库中的数据，并将数据传输至客户端程序，实时更新三维模型的状态。

5.告警提示：客户端程序监测数据库中数据的变化情况，并根据预设的告警规则判断是否发出告警提示。

6.用户交互：采用图形界面设计，提供用户友好的操作界面。

7.数据查询功能：通过数据库查询语言，实现根据时间范围查询特定时刻的管道状态。

三、系统设计方案：1.服务器端设计：搭建服务器，实现数据的采集、存储和更新功能。

2.客户端设计：采用图形界面设计，实现数据的展示、告警提示和用户交互功能。

3.数据库设计：设计合适的数据库结构，存储实时数据和历史数据。

管道内的三维地理坐标检测杨洋;吴新杰;杨理践;李宾【摘要】研究了利用管道清管器(PIG)搭载惯性测量单元(IMU)实现管道三维地理坐标测量的方法.该方法以捷联惯导系统(SINS)定位为主,并辅以校正信息的Kalman滤波估计算法来解决SINS计算的发散问题.首先,将测量装置搭载在PIG 上,PIG在管道中运动的同时记录惯性信号.然后,经离线计算得到管道的三维地理坐标,并利用IMU的姿态倾角和里程轮速度对SINS计算的误差进行校正.最后,建立了9维状态量Kalman滤波模型方程,并利用扩展Kalman滤波算法进行求解.实验结果显示,该系统对于30 m管道的测量精度为0.28 m;表明通过加入校正算法,可以实现内检测条件下对管道三维地理坐标的精确测量.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2014(022)010【总页数】7页(P2740-2746)【关键词】管道内检测;三维地理坐标;捷联惯导;里程轮;姿态倾角;Kalman滤波【作者】杨洋;吴新杰;杨理践;李宾【作者单位】辽宁大学物理学院,辽宁沈阳110036;辽宁大学物理学院,辽宁沈阳110036;沈阳工业大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳110870;辽宁大学物理学院,辽宁沈阳110036【正文语种】中文【中图分类】TP231 引言管道输送是石油、天然气长距离输送的主要手段［1］，管道内检测是目前常用的管道检测方式，它可以实现对管道输送的在线检测，预报变形引起的应力集中、卡堵、管壁缺陷等各种管道异常情况［2］，对于管道的安全运行和管道铺设地区的环境保护具有重要作用。

管道内检测利用管道清管器（PIG）进行检测，PIG借助管道内传输的介质在管道中运动，可以定期对管道内聚积的砂、泥和石蜡进行清洗，防止管道卡堵［3］。

将测量装置搭载在PIG上，就可以在清管的同时对管道进行定期的检测［4］。

管道内检测时需要定位出缺陷的具体位置；通过对海底管道弯曲程度的定位检测，利用管道三维地理坐标找出管道上承受最大应力的危险区间［5］，这些都需要内检测能够提供管道三维地理坐标的精确信息，但是传统内检测法采用里程轮测量，只能得到PIG在管道中移动的距离［6］，所以需研究一种新的测量方法。

一种管道内3维形貌检测系统戴欣冉;钱晓凡;徐天杰;郎海涛【摘要】为了解决常见结构光管道内3维形貌检测系统存在光线遮挡引起测量误差和"盲区"的问题,采用了一种新改进的圆结构光垂直照明、用两个互补金属氧化物半导体摄像机同步拍摄的管道内3维形貌检测系统,建立了适合该系统的图像处理和系统标定方法,完成了检测实验. 结果表明,该系统可以很好地解决"盲区"问题,减小了测量误差,系统的标准差为0.50mm,并能得到完整的管道内壁3维形貌信息.%In order to solve the problem of measurement error and blind zone because of light obstruction and obtain a satisfactory 3-D shape of in-pipe surface, a novel 3-D shape inspection system for in-pipe surfaces was proposed .The system was set up with a circular structured light to illuminate vertically and dual complementary metal oxide semiconductor cameras to record images simultaneously .Image process algorithm and calibration method for the inspection system were founded .The results of verification experiment show that standard deviation of the system is0.50mm.The system has good ability to solve the problem of blind zone, reduce the measurement error , and obtain whole 3-D shapes of in-pipe surfaces.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2016(040)001【总页数】5页(P68-72)【关键词】测量与计量;3维形貌检测;圆结构光;系统标定【作者】戴欣冉;钱晓凡;徐天杰;郎海涛【作者单位】昆明理工大学理学院激光研究所,昆明650500;昆明理工大学理学院激光研究所,昆明650500;昆明理工大学理学院激光研究所,昆明650500;昆明理工大学理学院激光研究所,昆明650500【正文语种】中文【中图分类】TP391*通讯联系人。

管道三维坐标轴一、引言管道是一种用于输送流体或气体的设备，广泛应用于工业领域。

在研究和设计管道系统时，我们常常需要建立一个坐标轴系统来描述管道的位置和方向。

在三维空间中，我们可以使用三个相互垂直的坐标轴来表示管道的位置。

本文将介绍管道三维坐标轴的概念、构建方法以及在实际应用中的应用场景。

二、坐标轴的概念管道三维坐标轴是一个三维空间中的直角坐标系，其中包含三个相互垂直的轴线，分别表示x轴、y轴和z轴。

这三个轴线的交点被称为坐标原点，用来确定其他点的位置。

三、构建方法要构建管道三维坐标轴，首先需要确定一个基准点作为坐标原点。

可以选择一个管道系统中的关键节点或者其他容易确定位置的地方作为基准点。

然后，需要确定x轴、y轴和z轴的方向。

一般情况下，我们可以选择与管道系统的主要流向、垂直于地面和垂直于主要流向的方向作为x轴、y轴和z轴的方向。

四、应用场景管道三维坐标轴在实际应用中有着广泛的应用场景。

以下是一些常见的应用场景：1. 管道设计：在进行管道系统的设计时，需要确定各个管道的位置和方向。

通过建立管道三维坐标轴，可以清晰地描述管道的几何关系，有助于进行设计和布局。

2. 管道施工：在管道施工过程中，需要按照设计要求进行管道的铺设和安装。

通过管道三维坐标轴，可以准确地确定管道的位置和方向，避免施工错误。

3. 管道维护：对于已经建成的管道系统，需要进行定期的维护和检修。

通过管道三维坐标轴，可以清晰地标记出各个管道的位置，方便维护人员进行维修和更换。

4. 管道模拟：在进行管道系统的模拟和仿真时，需要准确地描述管道的位置和方向。

通过管道三维坐标轴，可以将管道系统与其他模型进行对接，进行模拟分析。

五、总结管道三维坐标轴是描述管道位置和方向的重要工具，在管道设计、施工、维护和模拟中都有着重要的应用。

通过建立管道三维坐标轴，可以清晰地描述管道的几何关系，有助于提高工作效率和减少错误。

在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的基准点和坐标轴方向，以确保描述的准确性和可靠性。