鄭芳 胡潤東 馮哲 黃蘭蘭 何楓 陸益希

摘要：現(xiàn)今世界格局中，測量主要是以信息化技術形式展開，側重于發(fā)展精確性高的制導儀器，慣性技術是一項能夠增強測量系統(tǒng)和提升導向能力的重要技術。陀螺儀是其中作用顯著的一部分。所以，一切研究工作的首要考慮因素為陀螺儀的使用和研究，因此，研究陀螺儀現(xiàn)實意義重大。本文對陀螺儀應用在燃氣行業(yè)的情勢詳加介紹，劃分為四部分展開論述：第一部分是緒論部分，研究其背景、意義，以及研究方法、研究內(nèi)容等，并且對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀加以介紹。第二部分是陀螺儀相關概述，分別介紹了陀螺儀的原理和幾個常見的陀螺儀介紹。第三部分是研究陀螺儀在燃氣行業(yè)的應用，從陀螺儀應用在燃氣行業(yè)的技術構成、較大優(yōu)勢展開論述，并且具體展開應用介紹。第四部分是結語部分，對全文進行內(nèi)容的總結、概括。

關鍵詞：陀螺儀;燃氣行業(yè);測量優(yōu)勢

一、緒論

（一）研究背景和意義

陀螺儀實際是慣性測量器件，也是慣性下導航、指導和測量系統(tǒng)的主要部件，被積極運用在軍事和民用領域。陀螺儀由于在慣性技術中效用明顯，所以探究陀螺儀應用很有必要，也極具意義。如今陀螺儀進入的階段劃分為四個，分別是靜電陀螺、激光陀螺和光纖陀螺、振動陀螺。隨著地面以下非開挖敷設管線施工項目增多，使得地面以下的空間日漸擁擠。盡管非開挖敷設施工具備優(yōu)勢，不過施工作業(yè)和施工設備等不相一致，一旦燃氣管道線路投產(chǎn)時不能供應確切的管線平面位置和埋深數(shù)據(jù)資料等，進而會對燃氣管道安全運行留下部分安全隱患。

2014年6月14日國務院辦公廳曾下發(fā)了關于加強城市地下管線建設管理的指導意見;2014年12月住建部、工信部、廣電總局、安監(jiān)總局和國家能源局等部門曾聯(lián)合印發(fā)“關于開展城市地下管線普查工作的通知”，所以管線軌跡的測量重建迫在眉睫。目前已知并被國內(nèi)外廣泛認可的管線軌跡測量方法有三種：①地質(zhì)雷達測量法：發(fā)射機通過發(fā)射天線發(fā)射固定頻率的脈沖電磁波信號，等這一信號碰到管線時便能夠出現(xiàn)一個反射信號，根據(jù)該信號到達的滯后時間及波速波形等可以判斷出管線的基本形狀和埋設深度等信息。②電磁感應法：通過電磁感應法探測地下管線時必須要求被測管線為金屬材質(zhì)，否則必須加金屬探頭才能感應出管線的位置及埋設深度等信息。③電子羅盤測量法：牽引電子羅盤組成的管線測量裝置，實時測量姿態(tài)角度，并結合行進的距離信息獲取所測管線的三維軌跡。

當前研究陀螺儀具體應用的學者和文章有很多，但是大部分集中于陀螺儀使用原理上，對于其在具體行業(yè)的應用探究比較少。本文選題是從陀螺儀在燃氣行業(yè)的應用展開研究，堅持從陀螺儀有關概述基礎上探究燃氣行業(yè)陀螺儀的使用技術構成和應用優(yōu)勢等，這也是對陀螺儀使用研究提供一個新思路和參考，所以具備現(xiàn)實研究意義。

（二）研究方法和研究內(nèi)容

1.2.1研究方法

結合本文的特點，研究上主要用到下述幾種方法：

（1）文獻檢索法

對于陀螺儀原理及其在燃氣行業(yè)的應用研究，首先要閱讀許多文獻成果，將論文議題的研究進展情況總結起來，積極找出此前研究上存在的不足。同時在充分了解陀螺儀應用現(xiàn)狀和燃氣行業(yè)陀螺儀應用時，因為并不能親身調(diào)查研究，所以憑借文獻檢索，匯總多種資料進行分析總結。

（2）比較分析法

論文中會對國內(nèi)外關于陀螺儀研究的現(xiàn)狀進行分析，并且從常用的幾種陀螺儀對比分析，總結其具備的各個特性，進而針對燃氣行業(yè)陀螺儀精確需求給出具體使用介紹。

（3）理論聯(lián)合實際方法

對陀螺儀的原理進行分析，結合應用理論分析燃氣行業(yè)現(xiàn)狀和陀螺儀應用的有效領域和方式。結合所學專業(yè)知識，給出適用的陀螺儀應用總結。

1.2.2研究內(nèi)容

本文主要研究目的是對陀螺儀在燃氣行業(yè)應用優(yōu)勢等合理介紹，并且對其應用在燃氣行業(yè)解決的問題展開分析。

（1）介紹了陀螺儀的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，分析了陀螺儀的工作原理和諸多層面的應用。

（2）對于常見的幾種陀螺儀，如光纖陀螺儀、驅(qū)動彈性陀螺儀、微機陀螺儀等重點介紹，分別從它們各自的工作原理著手。

（3）具體到燃氣行業(yè)，對于陀螺儀的技術構成、運用優(yōu)勢等合理分析、介紹。

（三）國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.3.1國外研究現(xiàn)狀

對于陀螺儀及其應用從20世紀初，國外就進行了相關研究。而在上世紀50年代之后，陸續(xù)就有陀螺儀轉子液浮、磁浮和動壓氣浮、靜電懸浮和饒性支承技術，讓陀螺儀的構造得以改進，其精確度也較大提升。1975年激光陀螺研制成功，不被機械摩擦和重力加速度的影響，能夠承載的振動能力較強。而在飛機、導彈等慣性導航系統(tǒng)中應用廣泛。到了80年代之后，現(xiàn)代光纖陀螺儀則發(fā)展迅速，也讓激光諧振陀螺儀獲得較大發(fā)展。傳統(tǒng)的機械轉子陀螺儀，由于其高精度和可靠性，在今后相當長一段時間內(nèi)，仍將獲得廣泛應用，特別是在需要高精度的場合。

在美國和日本大力發(fā)展定向鉆進和微型隧道技術的同時，英國對管道（線）修復和更新產(chǎn)生迫切需求，但在進行修復前，首先要查明管道內(nèi)部狀況，導致了閉路電視及相關技術的誕生。同化虹si扣form法（軟襯法）、內(nèi)襯法管道修復技術和爆管法更換技術也應運而生。非開挖施工工藝受到世界各地關注，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。19%國際非開挖協(xié)會成立于英國倫敦，這表明非開挖技術的研究和發(fā)展世界己進入一個新的時代。據(jù)初步統(tǒng)計，國際非開挖技術協(xié)會和主要的外國公司，在建的非開挖管道建設項目，個別城市和地區(qū)，如柏林達到40。經(jīng)過數(shù)些年發(fā)展，世界范圍內(nèi)非開挖技術，包括通過鋪設、更新、維護、管理和地下管線都取得了長足的進步，其系列配套技術也己經(jīng)成熟。對于燃氣管道中的三維精確定位技術，國外對管線三維軌跡測量系統(tǒng)的研究起步較早，現(xiàn)在也已經(jīng)有了較為成熟的裝置，可以精確完成施工方的測量要求。比利時的REDUCT公司在該領域研究比較深入，率先做出了全球唯一快速精確取得地下管線三維空間坐標和唯一不受電磁波干擾、不受地形、管材、深度等限制的慣性管道三維定位儀，該公司的DR-4世界上用途最廣的3D管道測繪系統(tǒng)，其高精確度和易于操作的特點使其成為所有公用管道基礎設施測繪時的首選系統(tǒng)。

最近幾年，陀螺儀已經(jīng)在汽車的穩(wěn)定控制系統(tǒng)、GPS獲得越來越多的應用。在消費電子領域，攝像機、數(shù)碼相機的圖像防抖也是陀螺儀很有前途的應用。分析家預計，僅MEMS（MicroElectroMechanicalSystem，微電子機械系統(tǒng)）陀螺儀的市場就將從2006年的4億美元增長到2012年的12億美元。隨著工業(yè)和消費類機器人的發(fā)展，陀螺儀將有望在這兩個市場大顯身手。在自動化流水線上，陀螺儀有助于提高自動化程度。光纖陀螺發(fā)展的方向：一是向更高精度、更高可靠性的方向發(fā)展，為航天、航空、航海提供高精度的慣性元件;二是向體積小、高度集成、價格便宜、結構更牢固的超小型化方向發(fā)展，為戰(zhàn)術級應用提供堅固、廉價的慣性傳感器;三是朝多軸化方向發(fā)展。

1.3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀

近年來，對于陀螺儀的相關研究有很多，從中國知網(wǎng)搜索“陀螺儀原理”，總共出現(xiàn)2856篇文獻，各有研究側重點。比如探究陀螺儀本身，如王治平（2019）文章《陀螺儀的過去、現(xiàn)在和未來》，對于各種陀螺儀展開介紹和分析其運用原理，表示并不是所有的都是應用角動量守恒，只是陀螺儀更傾向于對角度傳感器的一致稱呼。對于陀螺儀應用領域也有探究，比如鄭仁?。?020）發(fā)布文章《陀螺儀在定向鉆穿越工程中的應用》中指出，定向鉆穿越管線施工里，精確定位技術針對非開挖施工模式安裝地下管線施工的實用性比較強，陀螺儀的三維精確定位技術屬于一個有著明媚發(fā)展前景的方向。文章結合臨港-化工區(qū)二標段工程的具體施工實踐，對陀螺儀三維精確定位技術合理消化、應用和成效等分析，最終找準具體應用中應對出現(xiàn)的問題的有效辦法，也為本文陀螺儀具體應用提供了借鑒。又如梁飛（2019）在文章《一種基于運動模型和慣導陀螺儀的列車定位方法》中指出GPS、BD定位是列車定位的重要策略之一。要想有效解決衛(wèi)星信號缺失定位問題，可以在慣導陀螺儀基礎上，運用Kalman濾波算法合理處置好衛(wèi)星信號盲區(qū)的列車定位策略。李瑞通（2018）也有文章《基于陀螺儀技術的管線三維可視化研究》發(fā)布，指出現(xiàn)今運用非開挖技術實施管線鋪設和軌跡測量十分普遍，此種技術被廣泛應用于電纜溝軌跡測量、燃氣管線鋪設還有地下給排水管線勘測等部分。它的出現(xiàn)也將傳統(tǒng)技術對于環(huán)境的污染和破壞有所避免，也省去了人力、物力等成本。在研究中，作者針對陀螺儀技術的特點提出了兩種軌跡測量方法并設計了相應的硬件裝置。本文所研究的管線三維軌跡測量方案具體從以下幾個方面進行論述：（1）隨著慣性傳感器和微控制器的快速發(fā)展，陀螺儀芯片集成化程度越來越高，裝置體積越來越小，更便于操控，受外界干擾較小。本文基于陀螺儀的這些特點提出了三種姿態(tài)測量方法和兩種軌跡測量算法，并對姿態(tài)測量方法進行了詳細的說明與比較，對兩種軌跡測量算法進行了詳細的理論推導。（2）設計了一套基于慣性傳感器的軌跡測量系統(tǒng)，由平衡小車、DSP開發(fā)板TMS320F28069、MPU9250、氣壓計、電機編碼器、電壓轉換模塊、無線通信模塊、上位機電腦和檢測計算軟件組成。測量系統(tǒng)在工作時，由平衡小車的電機帶動小車行走，編碼器采集脈沖數(shù)據(jù)，姿態(tài)傳感器以一定的頻率測量俯仰角、橫滾角、偏航角以及高度數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)通過無線傳輸模塊不斷地發(fā)送給上位機，然后PC端再對這些數(shù)據(jù)進行處理。這些都對現(xiàn)實具備指導意義，也對論文的完成提供了參考。

綜上所述，對于陀螺儀的研究很多，各個領域探究應用的也很多，不過對于燃氣管道應用先進技術，合理利用陀螺儀提升精確定位很有益處，值得不斷探究，為技術的深度發(fā)展提供參考和借鑒。

二、陀螺儀相關概述

（一）陀螺儀原理

陀螺儀的原理指的是一個旋轉物體的旋轉軸指向并不被外力所影響下，是不會輕易改變。大眾遵照這一原理，運用它維持方向，制造出來的儀器即為陀螺儀。陀螺儀工作的時候需要借力，讓它迅速轉動起來，往往速度保持每分鐘幾十萬轉，工作時間比較長。而后運用多種策略對軸所指示的方向進行讀取，自動將相關數(shù)據(jù)信號傳遞給管控系統(tǒng)中。實際生活里，陀螺儀進行進給運動就是在重力力矩效用下產(chǎn)生。

陀螺儀較多運用在航空、航天以及航海等領域。這是由其具備的兩個基礎性特點所決定，其一是定軸性，其二是進動性，這些都是基于角動量守恒原則之上。

定軸性（inertia or rigidity）：陀螺轉子在高速旋轉的時候，并不被外力矩作用于陀螺儀上，陀螺儀其自轉軸保持慣性空間里的指向穩(wěn)定不變，也就是朝著一個固定方向指。而且是對任一改變轉子軸向反抗的力量。此種物理現(xiàn)象被稱為陀螺儀的定軸性、穩(wěn)定性。在物理量上隨兩點改變，其一是轉子的轉動慣量越大則穩(wěn)定性越好;轉子角速度越大，則穩(wěn)定性也越好?！稗D動慣量”指的是剛體轉動的時候慣性大小的物理量。一旦運用一樣的力矩依次在兩個繞定軸轉動的各個剛體做用上，它們能夠收獲的角速度也不相同。轉動慣量較大的剛體對應的角速度比較小，同時維持的原本轉動情況慣性大;與之相反，轉動慣量較小的剛體取得的角速度比較大，同時維持的原本轉動情況慣性較小。

進動性（precession）：一旦轉子高速旋轉的時候，如果外力矩在外環(huán)軸起到作用，則陀螺儀則是繞著內(nèi)環(huán)軸轉動;一旦外力矩對內(nèi)環(huán)軸作用，陀螺儀則是繞著外環(huán)軸轉動。轉動角速度其方向需要和外力矩作用方向彼此垂直。此種特點，被稱之為陀螺儀的進動性。進動角速度其方向是受動力矩H的方向、外力矩M的方向所決定，同時從自轉角速度的矢量以較短的路徑對外力矩進行追擊。進動方向能夠運用右手定則予以判定，也就是將右手伸直，大拇指和食指保持垂直，手指沿著自轉軸的方向，而手掌朝著外力矩的正方向，讓手掌和4指維持彎曲握拳態(tài)勢，此時大拇指的方向就是進動角速度的具體方向。進動角速度在大小上則是歸究于轉子動量矩H和外力矩M的大小，具體計算公式是M/H（圖1）。實際上，進動性大小存在著三個影響因素：

（1）受到外界作用力越大，則存在的進動角速度也就越大;

（2）轉子轉動慣量越大，則進動角速度也就越小;

（3）轉子角速度越大，則進動角速度也就越小。

（二）常見陀螺儀介紹

2.2.1光纖陀螺儀

光纖陀螺儀是光導纖維線圈之上的敏感元件，經(jīng)由激光二極管射出光線朝著兩個方向順著光導纖維進行傳播。光傳播的路徑差別也將敏感元件的角位移造成不同結果。光纖陀螺儀和一般的機械陀螺儀比起來，優(yōu)勢在于全固態(tài)，不存在旋轉和摩擦等部件，使用壽命比較長，動態(tài)范疇較大，能夠瞬間啟動，結構較為簡單，尺寸也小，比較輕。相較于激光陀螺儀，它不具備閉鎖問題，更不需要在石英塊上進行精密加工，成本較低。

光纖陀螺儀的工作原理：一旦光束在環(huán)形通道中進行，如果環(huán)形通道自身具備轉動速度，如此光線順著通道轉動方向行進時間要相較于順著通道轉動相反方向要去的時間更多。一旦光學環(huán)路轉動的時候，各個行進方向中，光學環(huán)路光程比起環(huán)路靜止的光程存在變化。運用此種光程變化，就將兩條光路的干涉條紋變化檢測出來，進而測出光路旋轉角速度。

2.2.2驅(qū)動彈性陀螺儀

彈性驅(qū)動指的是運用發(fā)條彈簧儲備的彈簧勢能將陀螺儀轉子驅(qū)動高速旋轉的陀螺儀，最為顯著的特性就是在啟動時間上比較短。

驅(qū)動彈性陀螺儀的啟動原理：發(fā)條彈簧屬于彈性驅(qū)動陀螺儀的動力源中最為重要的元件。一般在發(fā)條選擇上多用蝸線發(fā)條、直線蝸卷發(fā)條。前者自由形態(tài)下維持著蝸卷型，運用蝸卷發(fā)條卷緊回復到自由狀態(tài)恢復力矩。直線蝸卷發(fā)條的工作部分在自由狀態(tài)下展現(xiàn)出的直線形，兩頭的形狀呈現(xiàn)出多種類型，由于不具備原始彎曲，因此加工成本比較低。整個研制中，前前后后都運用過蝸線發(fā)條、直線蝸卷發(fā)條等，選用直線蝸卷發(fā)條便于加工，并且因為發(fā)條鋼帶在厚度上能夠小一些，便于裝配（圖2）。

因為彈性驅(qū)動陀螺儀的啟動時間比較快，一般都會應用在需要快速啟動的場景。此種陀螺儀在結構上比較簡單，制造成本也低，可靠性更好。倘若實際運用中需要工作時間比較短，區(qū)間維持在20-40秒之間。如此轉子旋轉之后，能夠憑借慣性運轉保證陀螺儀的正常工作。倘若需要工作的時間比較長，能夠增添電保障轉子轉速。比如運用發(fā)條彈簧讓陀螺儀轉子驅(qū)動速度維持在18000r/min，而后轉換為微電機轉子轉速22000r/min。倘若對于轉速的穩(wěn)定性要求并不太高，則可以采取較為簡易的策略保障轉子轉速維持在對應的范疇中。

2.2.3微機械陀螺儀

微機械陀螺儀其實是建立在微米技術之上的先進技術，是對微米材料進行設計和加工、測量、控制的技術，能夠集機械構件、光學系統(tǒng)和驅(qū)動部件、電控系統(tǒng)等形成綜合單元微型系統(tǒng)。微機械陀螺儀的工作原理為：傳統(tǒng)的陀螺儀運用的是角動量守恒原理，所以它屬于不停轉動的一個物體，其轉軸指向并不會和承載它的支架旋轉而合理變化。不過微機械陀螺儀工作原理與之相區(qū)別，由于需要微機械技術在硅片襯底中加工可轉動的結構比較難。微機械陀螺儀運用的是科里奧利力——旋轉物體在徑向運動中接受的切向力。

倘若物體在圓盤上不進行徑向運動，那么就不會產(chǎn)生科里奧利力。所以，在微機械陀螺儀設計的時候，物體被驅(qū)動，反反復復進行徑向運動或是震蕩，相對而言科里奧利力就要求不停橫向往返變化，使得物體橫向運動出現(xiàn)微小震蕩，與驅(qū)動力形成90°。

2.2.4慣性陀螺儀

慣性陀螺儀定位技術是一種領先的管道精確定位技術，能夠自動生成三維坐標之上的地下管道空間曲線圖，進而確定精確的定位埋深較深的管道，不會因為管道材質(zhì)有所限制。倘若要求取得管道的某位置確切埋深，就需要在測量該點的上方地面高程，同時讓慣性陀螺儀的定位技術生成此點坐標和高程相減，如此就能夠了解到此點管道的確切埋深。

慣性陀螺儀是以高速回轉體的動量矩敏感殼體相對慣性空間和自轉軸繞正交的一個或是兩個軸的角運動檢測設備。在旋轉中，倘若受外力效用，轉動輪的某點會受力而被陀螺儀發(fā)現(xiàn)傾斜，進而讓陀螺儀受到勢能相較陀螺儀的旋轉時速低，那么這時受力點就會有所傾斜而向上滑動。整個向斜上角運動的時候，陀螺儀受力點的勢能也會向下運行。如此受力點與之相反的直徑另一端，一樣會有對應的勢能，此勢能和受力點運動方正相反，受力點向下，勢能向上，一般稱點為聯(lián)動受力點。一旦聯(lián)動受力點旋轉到180°的時候，斜上角到斜下角，如此聯(lián)動受力點會將陀螺儀向上拉動。此時受力點和聯(lián)動受力點彼此作用，進而讓陀螺儀回歸平衡。

實際中，慣性陀螺儀和加速度會因坐標系的變化，加速度性質(zhì)也出現(xiàn)變化，轉變?yōu)轫樦鴮Ш阶鴺朔较蜻M行加速度。例如讓北向加速度計和東向的加速度計實測加速度值進行積分，分別在初始速度上獲得對應的速度分量。如此和初始經(jīng)緯坐標相加，進而確定管線的具體位置。因為慣性陀螺儀的誤差數(shù)值相當小，僅在15cm，而能夠探測的速度多過500m，所以，此種探測儀器極具應用價值。

三、陀螺儀在燃氣行業(yè)的應用

隨著城市建設的較快發(fā)展，燃氣管線可覆蓋區(qū)域日漸擴大，分布的密度也日漸增大，隨之而來的燃氣頂管敷設施工也不斷增多。燃氣頂管敷設市場需要穿過鐵路、公路和河流等，建立在城市市容環(huán)境、交通影響等基礎上的考慮，運用非開挖技術敷設的狀況日漸增多。由于地下土壤、石塊等影響，完成施工之后，實際的管線平面位置、埋深等可能會和管線設計圖有所偏差，往往偏差會維持在0.5m-5m之間。那么，在非開挖施工技術提升燃氣管道施工效率的同時，也有一大難題，即怎樣確保非開挖穿越管線測量走向精確。究其原因在于實際操作中，由于埋深大，則會讓一般的設備探測存在深度不足，不能將探測管線的確切位置確定;操作需要穿越地表障礙物，讓運維人員不能穿越地面障礙進行巡檢，增加探測難度;還有前面提到的管線實際竣工位置和設計圖存在偏差，會造成竣工資料的不完備，為之后施工、巡檢等增加難度。為了成功獲取非開挖管線和探測管線位置的確切位置，合理的運用地下空間，盡可能避免出現(xiàn)管線切改，減少甚至避免出現(xiàn)潛在的地下事故隱患，則能夠應用慣性陀螺儀精確定位地下管線，用以解決一般探測手段無法有效解決的問題。

（一）陀螺儀應用在燃氣行業(yè)的技術構成

在燃氣行業(yè)管道施工中，慣性陀螺儀的應用側重于定位技術，是一種國際領先的管道精確定位技術，可以自動生成三維坐標（x，y，z）的地下管道空間曲線圖，讓埋深比較深的管道能夠精確定位，而不被管道材質(zhì)影響。倘若要求收集管道中某位置的確切埋深，可以對該點上方的地面高程進行測量，并且運用慣性陀螺儀定位技術形成該點的Z坐標和地面高程相減，就能夠讓該點管道的埋深精確獲知。

慣性陀螺儀定位技術是由硬件、軟件兩個部分構成，硬件部分是由測量主機、牽引鋼繩構成，前者是由支架、陀螺儀組成，等到管道定向穿過施工完工之后，將管道兩側切開，讓測量主機被納入被測管道中，通過牽引鋼繩帶動管道來回拖行，測量主機會將各個被測管道點的三維空間坐標自動記錄好。

同時，軟件實際是運用于解算測量主機收集數(shù)據(jù)的完整系列電腦程序，透過軟件解算，獲取管道三維坐標，并且逐步生成管道位置三維曲線圖。見圖4，圖中的藍色曲線就是生成的管道縱剖面軌跡。

（二）陀螺儀應用在燃氣行業(yè)的優(yōu)勢

陀螺儀三維精確定位技術應用在燃氣行業(yè)極具優(yōu)勢，利用陀螺儀原理和計算機技術有機融合，運用其中的導航技術自動生成三維空間坐標，組成管線三維圖形，將管線管材、埋深和地表環(huán)境等限制逐一突破，如此確切、安全的定位非開挖施工管線位置，能夠有效處理非開挖施工管線較難探測問題。本身，陀螺儀運用在燃氣行業(yè)具備許多特別技術特性：對所有材質(zhì)的管道都可測量;不被地形障礙所影響;不被電磁波所干擾;不被深度所限制;形成的三維坐標數(shù)據(jù)能夠生成SCV表格、SCR腳本和XML文件，較易完成數(shù)據(jù)的交換;成果數(shù)據(jù)都能夠從軟件自動運算出來，不需要人工核算，讓人為誤差因素消掉，并且完成重復性驗證。

關于陀螺儀應用在燃氣行業(yè)的優(yōu)勢有下述幾點：

（1）測量的精確度較高。水平方向和深度方向都應當保證±0.2%L，在這之中L屬于目標管道的長度，一旦L<100m的時候需要用100m代入合理計算;

（2）坐標成效較好。系統(tǒng)能夠遵照相應距離核算出管道的坐標數(shù)據(jù)，能夠透過管道的首尾絕對坐標，核算出管道沿線的所有坐標數(shù)據(jù)，位置得以永久確定，隨便地表、基樁等任意變化，都可以較快的將管道位置定位查找出來。

（3）不被外部所影響。測量工作模式不會因為電磁波受到干擾，也不會因為地面環(huán)境、交通和天氣、光線等所影響，更不會因為管道材質(zhì)、周遭環(huán)境等所干擾，也不被埋設深度所限制。

對于陀螺儀應用在燃氣行業(yè)的建設需要確定一個明確的目標，即組建起頗為完備的燃氣管道坐標數(shù)據(jù)庫。運用三維慣性陀螺管道測繪，可以將老舊沒有真實路徑坐標的部分填補起來，進而對管線數(shù)據(jù)庫更新、完善，最終為老舊管道的查找和施工運維等供應決策依據(jù)。此外，運用三維慣性管道測繪，能夠讓新建的頂管管道竣工驗收方面的策略更為強化。透過對設備運用的管道具體竣工數(shù)據(jù)和管道施工設計圖合理比對，對施工是否滿足設計要求合理評價，保障敷設的規(guī)范性要求，取得確切的燃氣管道坐標信息，進而確保燃氣管道的合理安全運行，以便之后的工作做到精確化管理。

（三）具體應用

運用慣性陀螺儀定位技術針對燃氣管道展開定位，本文介紹的案例就是針對某市區(qū)的水道燃氣鋼制管道水平定向鉆穿工程運用慣性陀螺儀展開測量。

（1）數(shù)據(jù)采集和解算

在管道水平定向鉆穿越施工完工后，將管道兩側切開，運用全站儀對管道兩側的軸線中點坐標進行測量，并且逐一記錄下來。在管道內(nèi)部穿線，讓慣性陀螺儀能夠在管道中拖拉同行。如今穿線形式可有兩種選擇，其一是穿管器穿線。讓穿管器在管道一端進去，人工在管口助力其推入管道內(nèi)部，并且最后由管道的另一端穿出，使得露出的穿管器金屬頭和牽引鋼繩相連，而后遵照原本的路徑拖回穿管器，由此結束整個穿線工作。其二是鼓風機穿線。風箏線綁膨脹塑料袋入到管道一端，運用鼓風機對準的管口塑料袋鼓風，待到塑料袋吹到管道的另一側，也就結束穿線。其三，待到穿好的管道線和鋼繩牽引后，讓牽引鋼繩放在管道里，而后牽引鋼繩和測量主體相連，并且將測量主機拉動由管道一側朝著另一側滑動，由牽引鋼繩拖動在管道中來回通行，將數(shù)據(jù)一一采集完。其四是透過電腦程序解算測量主機整理收集到的數(shù)據(jù)，進而獲取管道三維坐標。

（2）數(shù)據(jù)分析

本次檢測某市區(qū)的水道燃氣鋼質(zhì)管道，可以運用慣性陀螺儀來來回回采集兩組數(shù)據(jù)。將儀器固定的頻率采集數(shù)據(jù)，待到解算的時候，讓采樣中的里程間隔合理設置在1m，那么對應就會生成一個坐標點，進而構成管道三維坐標。因為管道的坐標數(shù)據(jù)永遠不變，隨便地表和基樁變化，都可以透過此坐標較快的定位尋找到管道位置。一旦管道周遭展開第三方施工的時候，因為管道的詳盡位置能夠確定，所以能夠規(guī)避掉第三方施工的破壞性。

透過實例介紹慣性陀螺儀定位技術在燃氣行業(yè)具體運用，可以有效處理好當前超常埋深管道的探測難題，可以較好的將第三方定向穿越施工對于燃氣管道破壞的可能減少，具體結果既可靠又穩(wěn)定。如此也為之后管道運行、監(jiān)管形成讓人信賴的技術資料，極大的能夠減少非開挖施工事故的發(fā)生。

四、結論

憑借慣性陀螺儀的諸多優(yōu)勢，如今早就被廣泛運用在多種領域，尤其是對于部分遠距離較大類型的穿越工程管線定位測量，作用更為明顯。伴隨著社會進步和發(fā)展，相信此種高尖端測量儀器會被運用到更多社會行業(yè)中，進而創(chuàng)造出多種經(jīng)濟和社會價值。本文是探究陀螺儀應用在燃氣行業(yè)的情況，總結了下述幾點：

（1）圍繞著論文課題《論陀螺儀在燃氣行業(yè)的應用》，研究其背景、意義和研究方法、研究內(nèi)容還有國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。為后續(xù)的課題研究打好了基礎。

（2）從陀螺儀的原理以及集中常見陀螺儀出發(fā)，對和陀螺儀有關的概述逐一介紹。了解到陀螺儀能夠幫助燃氣管道的施工精確度提升，也為之后的維修、檢測提供了可靠數(shù)據(jù)和技術支持。

（3）指出在燃氣行業(yè)，陀螺儀其應用具備的優(yōu)勢有三點，并且介紹了相應的技術構成，更以實際案例介紹了陀螺儀的適用。

（4）在論文完成過程中，對于所學專業(yè)知識也重新鞏固了一遍，由于學力有限，論文對于部分內(nèi)容未有探究或是詳加探究。相信在今后的工作、學習中會不斷得到鞏固。

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