基于改进无迹卡尔曼滤波的油气管道定位方法

作     者：张敬华 王馨饶 史瑞龙 蒋坤泠 董天宇 彭丽莎 黄松岭 ZHANG Jinghua;WANG Xinrao;SHI Ruilong;JIANG Kunling;DONG Tianyu;PENG Lisha;HUANG Songling

作者机构：清华大学电机系北京市100084 中油管道检测技术有限责任公司 清华大学新型电力系统运行与控制全国重点实验室 

出 版 物：《油气储运》 (Oil & Gas Storage and Transportation)

年 卷 期：2024年第43卷第3期

页      面：308-315页

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082003[工学-油气储运工程] 

基　　金：全国重点实验室自主课题“新型电力系统运行与控制”,SKLD22M02 北京市自然科学基金资助项目“电力线路导线接头电磁无损探伤及故障诊断方法研究”,3232047 

主　　题：管道 定位 误差模型 无迹卡尔曼滤波 平滑滤波 直管 弯管 

摘      要：【目的】部分老龄油气长输管道的运行年限较长,存在具体地理位置信息缺失、实际管道定位与初始设计路线不一致等问题,而传统油气管道定位方法的累积误差大、定位精度低。【方法】为了提高油气管道的定位精度,提出一种基于改进无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter, UKF)的油气管道定位方法:以陀螺仪与加速度计组成的惯性测量单元为主要设备,利用里程轮、地面标记器作为辅助定位设备,将管道检测器的姿态、速度及位置误差作为状态量,再将里程轮输出的速度与加速度计解算的姿态信息作为观测量,建立非线性捷联惯导系统误差传递模型;利用改进UKF估计系统误差传递模型,降低噪声对定位精度的影响,并结合前向与后向平滑滤波方法、直管与弯管识别方法修正管道检测器的角速度和加速度信息,进一步降低系统解算过程的累积误差。【结果】通过数值模拟与物理试验验证结果表明,所建立的油气管道定位系统可减小长输管道定位的累积误差,对管道所在具体位置进行定位的最大误差为0.56%,在测试环境保持不变的情况下,与传统卡尔曼滤波(Kalman Filter,KF)算法、UKF算法相比,改进UKF算法的定位精度分别提高了约34.2%、30.2%。【结论】基于改进UKF的油气管道定位方法减小了系统解算过程的累积误差,提高了管道的定位精度,在油气长输管道定位中具有较高的实用价值。(图6,表1,参21)