地下管道是维持城市正常运行的重要命脉,定期检测可以预防事故的发生。由于环境的屏蔽作用,常规的电磁探测存在诸多限制。本文设计一种基于惯性测量单元（Inertial Measurement Unit,IMU）和激光的地下管道检测仪,仪器在管道内行进过程中借助IMU模块获取运动姿态,融合激光光斑在成像屏上的偏移量,得到地下管道的三维空间分布。针对IMU模块中加速度计和陀螺仪的器件特性,分别建立误差补偿模型,校正测量数据。其中加速度计拟合回归方程补偿噪声,陀螺仪以卡尔曼滤波平滑噪声,阿伦方差分析验证了误差校正的有效性。接着使用扩展卡尔曼方法和四元数毕卡逼近法融合IMU数据,计算运动状态下仪器探头的姿态角,给出导航坐标系下的速度曲线。设计并实现激光光斑图像处理模块,实现不同工况下定标孔坐标的完备提取,定位激光光斑。首先标定摄像机,自适应中值滤波得到预处理图像。随后自适应阈值分割获取二值图像,检测并筛选定标孔的轮廓,种子填充获取连通域,提取质心建立坐标系。最后拟合激光光斑轮廓,定位在该坐标系下,获取激光在成像屏上的偏移量。图像处理算法能够在强光晕遮蔽、反射光干扰的情况下准确提取定标孔的位置,稳健性好。模拟地下管道进行实验,仪器给出的管道空间分布与实际基本符合,对于高低变化不明显,测量点位置偏差不大的短管,仪器的误差在可接受的范围内。实测管道最低点Z轴数据在-0.1582m,重构管线最低值-0.1493m,实测管道Z轴最高点0.156m,重构数据Z轴最高点0.160m,大致相符,平均误差5.6%。