近年来,利用非开挖技术进行管线的铺设以及轨迹的测量已变得非常普遍,该技术在电缆沟轨迹测量、燃气管线铺设、地下给排水管线勘测等领域发挥着巨大的作用。它的出现避免了传统技术对环境的污染和破坏,而且大大节省了人力和物力成本,进行管线铺设、轨迹测量时也极大的降低了对交通状况的影响。在实际的工程中,受现场环境的变化以及施工技艺等条件的影响,一般竣工后的管线轨迹与预期的会有较大的出入,但掌握精确的管线轨迹对于工程质量的评估以及后期的管线建设维护十分重要,因此研究一种能够准确测量管线位置并绘制其三维轨迹的方法有十分重要的现实意义。本文主要针对陀螺仪技术的特点提出了两种轨迹测量方法并设计了相应的硬件装置。本文所研究的管线三维轨迹测量方案具体从以下几个方面进行论述:(1)随着惯性传感器和微控制器的快速发展,陀螺仪芯片集成化程度越来越高,装置体积越来越小,更便于操控,受外界干扰较小。本文基于陀螺仪的这些特点提出了三种姿态测量方法和两种轨迹测量算法,并对姿态测量方法进行了详细的说明与比较,对两种轨迹测量算法进行了详细的理论推导。(2)设计了一套基于惯性传感器的轨迹测量系统,由平衡小车、DSP开发板TMS320F28069、MPU9250、气压计、电机编码器、电压转换模块、无线通信模块、上位机电脑和检测计算软件组成。测量系统在工作时,由平衡小车的电机带动小车行走,编码器采集脉冲数据,姿态传感器以一定的频率测量俯仰角、横滚角、偏航角以及高度数据,并将这些数据通过无线传输模块不断地发送给上位机,然后PC端再对这些数据进行处理。(3)本文利用Simulink平台搭建了硬件装置的模型,并对各个模块做了详细的分析介绍。通过调用DSP的库文件,将模型下载到处理芯片中,从而进行数据收集与轨迹测量,避免了使用代码时所产生的bug,降低了系统出错率,简化了测量过程。(4)本文对轨迹测量装置做了一系列的试验,使其按各种轨迹前进,并根据所设计的轨迹算法在上位机绘制出行进的轨迹,然后对误差进行了分析说明。