浅谈陀螺仪技术在城市地下管线探测中的前世今生

20世纪90年代，非开挖技术从上海引入全国。

非开挖技术（Trenchless or No-dig Technology）是在不开挖地表的条件下，利用各种钻掘技术手段，铺设或探测、检查、修复和更换各类地下管道或设施的一种施工技术和方法。与开挖技术相比，非开挖施工技术的主要优点是：

(1)非开挖施工可不阻断交通、不破坏道路和植被，因而可以避免开挖施工所带来的对居民生活和交通的干扰，以及对环境、建筑物基础的破坏或影响。

(2)在开挖施工难以进行或根本不允许进行的情况下（如穿越河流、湖泊、交通干线、重要建筑物、特殊障碍和繁华市区等），采用非开挖技术可使管线施工成为可能，并且可将管线设计在施工工程量最经济合理的地点穿过。

(3)有较好的经济效益和社会效益，特别是当埋深和管径越大时，其效益更加明显。

但非开挖技术也带来了新的问题：一方面地下空间准确信息的缺乏导致非开挖工程事故时有发生；另一方面非开挖施工的管线埋深较大，难以提供精确的竣工数据。21世纪初，随着非开挖技术的广泛采用，施工事故剧增。

上海某管线公司看到了挑战。为解决问题，进行了大量探索，可结果不尽如人意，仍然无法克服外部电磁干扰和大埋深的影响，难以获得可靠的地下管线位置信息。其副总裁毕业于北京航空航天大学，具备大量航空航天知识，他联想到航空航天装备中大量运用的惯性技术具有不受干扰和深度影响的特点，感觉惯性技术有解决地下管线定位的可能性。于是，副总裁与其总工来北京航空航天大学调研，去拜访著名的导航专家教授，寻求解决办法。教授在认真听取应用需求的基础上，分析了惯性技术的发展现状，认为当时的惯性器件和导航方法能够解决管道定位需求。于是，2002年，北京航空航天大学宋华博士负责组建了项目团队。

由于惯性技术较多地应用于航空航天技术，当时不容易被大家快速地接受，为了更接地气，项目团队将惯性技术中的核心器件“陀螺”引入，将实施的研发计划命名为“地下管道陀螺仪测量系统”。

从天上到地下，不同的应用场景，一切均需要重新认证。

完成理论仿真与分析后，需要进行陀螺、加速度计、倾斜传感器、磁传感器等主要器件的选型，然后是系统设计。所有这些才只是开始。误差因素的分析和补偿是需要重点解决的问题。

为了获得足够的数据，项目组在办公楼外搭建了一条30余米的管道。那段时间项目组成员每天在室外进行试验、演算、分析，再试验、演算、分析，一个个地解决存在的问题。

实验室验证告一段落后，项目团队在上海某管线公司附近搭建了更加接近实际的模拟管道。在其后的近半年里，针对不同情况进行实验和攻关。在大家的不懈奋斗下，第一台采用惯性导航技术的地下管线惯性定位仪原理样机在2006年底研制成功。

项目的验收评审会受到了广泛的关注和重视，上海市政领导、上海市非开挖协会专家和相关公司领导悉数参加，对项目成果表示了极大的肯定。自此，“陀螺仪”在地下管线行业崭露头角。

经过二十余年的技术积累与产品的更新迭代，地下管线惯性定位仪目前已形成产品序列，并在工程中获得了广泛的应用。其测量精度、可靠性、成熟度、管道内径覆盖范围等都满足工程应用需要。特别是在电力、燃气、石油等地下管线定位，包括非开挖管道的竣工测量、老旧管道的详查、覆土后的竣工测量等方面应用受到了一致认可。地下管线惯性定位仪不受电磁干扰，不受管道埋深影响，不受地面条件限制等，其测量速度快、精度高、结果可靠。能够有效地解决传统地下管线定位方法精度低、效率差的问题，提高地下管线的定位精度和检测效率。为城市地下空间的规划、设计和施工提供支撑，提高地下管线的运行安全性，减少施工事故。地下管线惯性定位产品在市政工程、交通建设、能源行业等领域有着广泛的应用前景。