本發明涉及管道機器人實時地理定位技術領域，尤其涉及一種管道機器人GPS輔助實時地理定位的方法。
背景技術：
目前管線定位有兩種方法：方法一、在管線周圍每隔一段距離安裝一個GPS發射模塊，地表采用接收器接收GPS信號，然后在地圖上將這些信號點連線，因而得到管線地理位置信息；方法二、機器人攜帶陀螺儀和加速度計，分別測量機器人的相對慣性空間的3個轉角速度和3個線加速度延機器人坐標系的分量，經過坐標轉換，把加速度信息轉化為延導航坐標系的加速度。并運算出機器人的位置、速度、航向和水平姿態。
但是，這兩種方法投入成本都很大。方法一只能在新建設的管道周圍預埋GPS模塊，成本高不說，而且對已有的管線無法進行測量；方法二采用的高精度陀螺儀價格昂貴，若采用低價陀螺儀，則精度誤差較大，并且僅在金屬管道中才能精確定位。
技術實現要素：
本發明為了克服以上不足，提供一種管道機器人GPS輔助實時地理定位的方法，本發明采用GPS模塊輔助定位，結合井口地理位置、機器人行進距離、管道兩端頂板埋深，得出機器人實時地理位置信息，誤差可控制在0.20m以下，節約了投入成本，應用范圍廣大，局限性小。
本發明提供的技術方案為：
一種管道機器人GPS輔助實時地理定位的方法，包括以下步驟：
一、控制箱的GPS模塊采集管道兩端井口的實際位置信息，并將實際位置信息傳輸到控制箱的地圖模塊中，所述地圖模塊根據所述實際位置信息在 地圖上標定顯示井口之間的直線距離；
二、控制箱根據井口之間的直線方向約束管道機器人的行走方向；
三、控制箱通過下井機構，管道半徑，機器人寬度和所述步驟一得到的井口之間的直線距離計算管道的傾角；
四、控制箱的PC機根據管道機器人通信模塊上傳的行進距離信息和所述步驟二得到的管道傾角計算出機器人行走的直線距離，且根據機器人行走的直線距離信息得到所述管道機器人的實時位置信息并在地圖上標定顯示。
優選的是，在所述的管道機器人GPS輔助實時地理定位的方法中，所述步驟一的具體過程為：
1)定位管道一端井口P1位置經度為Lat1，緯度為Lng1，定位管道另一端井口P2位置經度為Lat2，緯度為Lng2；
2)兩端井口的經度差為Dew＝Lng1–Lng2；
3)計算管道在西方向長度X：
X＝Earth_R*cos(Lat1)*Dew；
計算管道在南北方向長度Y(在經度圈上的投影長度)：
Y＝Earth_R*(Lat1–Lat2)*π/180；其中，Earth_R為地球半徑；
4)根據得到的X和Y計算管道兩端井口之前的直線距離D和管道與赤道的夾角PQ：
PQ＝arctan(X/Y)。
優選的是，在在所述的管道機器人GPS輔助實時地理定位的方法中，所述步驟三的具體過程包括：
1)根據下井機構放線長度L1，機器人車身寬度S1和探測管道半徑R1計算井口PI的頂板埋深H1和井口P2的頂板埋深H2：
2)根據H1，H2和管道兩井口的直線距離D計算的得到管道傾角Q：
Q＝arctan((H1-H2)/D)
優選的是，在所述的管道機器人GPS輔助實時地理定位的方法中，所述步驟四的具體過程包括：
1)根據機器人行進距離Rs和管道傾角Q得到機器人行進平面直線距離LRs：
LRs＝Rs*cos(Q)；
3)以管道一端P1為基準點，機器人實時行進平面直線距離為LRs，則得到機器人實時地理位置P的經度Lat，緯度Lng：
Lat＝{Lat1*π/180-[LRs*cos(PQ)/Earth_R]}/π/180；
Lng＝{Lng1*π/180-[LRs*sin(PQ)/(Earth_R*cos(Lat1))]}/π/180。
本發明的有益效果是本發明采用GPS模塊輔助定位，結合井口地理位置、機器人行進距離、管道兩端頂板埋深，得出機器人實時地理位置信息，誤差可控制在0.20m以下，節約了投入成本，應用范圍廣大，局限性小。
具體實施方式
下面對本發明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。
本發明提供一種管道機器人GPS輔助實時地理定位的方法，包括以下步驟：
一、控制箱的GPS模塊采集管道兩端井口的實際位置信息，并將實際位置信息傳輸到控制箱的地圖模塊中，所述地圖模塊根據所述實際位置信息在地圖上標定顯示井口之間的直線距離；
二、控制箱根據井口之間的直線方向約束管道機器人的行走方向；
三、控制箱通過下井機構，管道半徑，機器人寬度和所述步驟一得到的井口之間的直線距離計算管道的傾角；
四、控制箱的PC機根據管道機器人通信模塊上傳的行進距離信息和所述步驟二得到的管道傾角計算出機器人行走的直線距離，且根據機器人行走的直線距離信息得到所述管道機器人的實時位置信息并在地圖上標定顯示。
使用本發明時，首先控制箱上安裝GPS模塊，移動控制箱到管道兩端井口位置)，得到管道兩端井口地理位置，并通過機器人在管道中的行進距離來實時定位機器人在管道中的地理位置。
一、管道的地理定位，管道兩端井口定位采取GPS模塊粗定位，并在百度地圖上標示出來，井口之間連線則得到管道的地理位置信息，并可以計算出管道的平面直線距離D：
管道一端井口GPS：P1(Lat1，Lng1)；
管道另一端井口GPS：P2(Lat2，Lng2)；
地球半徑:Earth_R＝6370693.5米；
經度差Dew＝Lng1–Lng2；
若跨東經和西經180度，進行調整
若Dew>180
Dew＝360–Dew；
若Dew<-180
Dew＝360+Dew；
東西方向長度X(在緯度圈上的投影長度)：
X＝Earth_R*cos(Lat1)*Dew；
南北方向長度Y(在經度圈上的投影長度)：
Y＝Earth_R*(Lat1–Lat2)*π/180；
那么管道在百度地圖上的長度D的計算公式為：
并且可以計算得到管道走向(與赤道形成的夾角PQ)：
PQ＝arctan(X/Y)；
二、管道傾角的計算(因為實際上如果管道是傾斜的，那么機器人行走的距離并不是百度地圖上兩點的平面距離，傾角就是將機器人行走的距離轉化成百度地圖上兩點之間的平面直線距離)，首先通過下井機構計算管道一端P1頂板埋深(管道是圓的，上頂點距離井口的垂直距離叫頂板埋深)：
下井機構放線長度：L1
機器人車身寬度：S1
探測管道半徑：R1
那么PI的頂板埋深H的計算公式為：
同理得到管道另一端P2頂板埋深H2：
那么管道傾角Q的計算公式為：
Q＝arctan((H1-H2)/D)；
以管口一端P1點為基準點，若Q<0,則管道向下傾；若Q＝0，
則管道水平沒有傾角；若Q>0，則管道向上傾斜。
三、機器人實時地理位置顯示，機器人上傳行進距離Rs，根據機器人行進距離Rs和管道傾角Q得到機器人行進平面直線距離LRs：
LRs＝Rs*cos(Q)；
以管道一端P1(Lat1，Lng1)為基準點，機器人實時行進平面直線距離為LRs，則機器人實時地理位置P(Lat，Lng)為：
Lat＝{Lat1*π/180-[LRs*cos(PQ)/Earth_R]}/π/180；
Lng＝{Lng1*π/180-[LRs*sin(PQ)/(Earth_R*cos(Lat1))]}/π/180；
盡管本發明實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發明的領域，對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發明并不限于特定的細節和這里示出與描述的圖例。