綜合管線數(shù)據(jù)采集及應(yīng)用探討

張 輝

（山東省地質(zhì)測(cè)繪院，山東 濟(jì)南 250002）

0 引言

管線作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，關(guān)系到國(guó)家戰(zhàn)略安全,是為城市經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和人民生活輸送“營(yíng)養(yǎng)”的“血管”。隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、居民生活對(duì)資源的依賴程度和需求量急劇上升，給水、排水、供熱、供氣、長(zhǎng)距離輸送石油和天然氣、農(nóng)業(yè)灌溉、水力工程等各類綜合管線系統(tǒng)的規(guī)模迅速擴(kuò)大[1]。進(jìn)行綜合管線系統(tǒng)普查、建立數(shù)據(jù)庫(kù)和管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)管線布設(shè)的科學(xué)設(shè)計(jì)、現(xiàn)代化監(jiān)測(cè)控制、各類管網(wǎng)的綜合管理，是“數(shù)字城市”建設(shè)的重要組成部分和構(gòu)建“智慧城市”的基礎(chǔ)，對(duì)推進(jìn)中國(guó)特色新型工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)具有重要意義。

1 管線數(shù)據(jù)采集

管線數(shù)據(jù)采集的主要工作有：控制測(cè)量、管線測(cè)繪、管線線路帶狀地形圖測(cè)繪、管線縱斷面圖測(cè)繪、站場(chǎng)測(cè)繪、細(xì)節(jié)精細(xì)測(cè)繪等，圖件比例尺可根據(jù)具體需求進(jìn)行選擇。

1.1 控制測(cè)量

控制測(cè)量開(kāi)始前需廣泛收集已有圖件資料。管線兩側(cè)現(xiàn)有的國(guó)家高等級(jí)控制點(diǎn)、C級(jí)GPS控制點(diǎn)成果、三等水準(zhǔn)成果等精度滿足要求的已有數(shù)據(jù)資料，作為參數(shù)求解、坐標(biāo)檢校的基礎(chǔ)和依據(jù)。

各省GPS連續(xù)運(yùn)行站（即CORS系統(tǒng)）逐步實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)信號(hào)全覆蓋，由于該系統(tǒng)可以連續(xù)不斷地根據(jù)各基準(zhǔn)站所采集的實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行整體解算，可自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)于流動(dòng)站點(diǎn)位的虛擬參考站（包括基準(zhǔn)站坐標(biāo)和GPS觀測(cè)值信息）并通過(guò)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線數(shù)據(jù)播發(fā)網(wǎng)，向用戶提供碼相位/載波相位差分修正信息，以便實(shí)時(shí)解算出流動(dòng)站的精確點(diǎn)位，能夠?qū)崟r(shí)的提供厘米級(jí)的三維定位結(jié)果，從而解決了以前GPS-RTK作業(yè)受傳輸距離、通視條件等因素的制約，增大了作業(yè)半徑，能大幅提高管線測(cè)繪的作業(yè)效率和測(cè)點(diǎn)精度[2]。

1.2 全程管線測(cè)繪

管線測(cè)繪過(guò)程中管線點(diǎn)的設(shè)置和管線探測(cè)的精度至關(guān)重要。

管線點(diǎn)在有特征點(diǎn)的地區(qū)，一般選擇在管線特征點(diǎn)在地面的投影位置上，如起伏較大的坎上、坎下、公路、河流、鐵路、彎頭等特殊位置；在有占?jí)呵闆r的建筑物對(duì)占?jí)旱倪吔鐑啥嗽O(shè)置管線點(diǎn)；在平坦地區(qū)、廠區(qū)及居民地?zé)o占?jí)呵闆r、管線拐彎處等，需根據(jù)實(shí)際情況按照技術(shù)要求進(jìn)行設(shè)置。管線點(diǎn)的編號(hào)由管線名稱加管線點(diǎn)序號(hào)組成，在整個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)應(yīng)是唯一的。

開(kāi)始管線探查前，對(duì)選用的儀器在不同物理場(chǎng)條件(陸地、水中、泥中三種條件)和有代表性的路段（不同管線與埋深情況下）進(jìn)行方法試驗(yàn)，確定管線探測(cè)儀和探地雷達(dá)各種方法的有效性及精度，選擇最佳的工作方法、合適的工作頻率、最佳收發(fā)距，并確定儀器和方法測(cè)深的修正方法和修正系數(shù)。探測(cè)好管線位置后在實(shí)地設(shè)置標(biāo)記，在管線探測(cè)成果表上記錄點(diǎn)號(hào)、點(diǎn)位屬性、埋深等相關(guān)數(shù)據(jù)，并在標(biāo)記上標(biāo)注上點(diǎn)號(hào)和埋深數(shù)據(jù)，方便管線點(diǎn)測(cè)量組迅速找到點(diǎn)位進(jìn)行測(cè)量。管線點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)定時(shí)，要對(duì)管線埋深、附屬物、連接關(guān)系等管線點(diǎn)信息進(jìn)行詳細(xì)記錄，填入“管線細(xì)部點(diǎn)探測(cè)成果表”，并在管線點(diǎn)連線草圖上加以標(biāo)繪，形成管線探測(cè)的原始資料。每次工作間斷復(fù)工時(shí)，均應(yīng)對(duì)以前的探測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢查，檢查的重合點(diǎn)個(gè)數(shù)在3個(gè)以上，并形成電子版的外業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)檢查表。

1.3 帶狀地形圖測(cè)繪

按照項(xiàng)目任務(wù)書(shū)要求的比例尺和精度要求對(duì)管線中心兩側(cè)一定寬度內(nèi)的地形圖進(jìn)行測(cè)繪，并將管線占?jí)呵闆r標(biāo)注在地形圖上?？梢詫?duì)符合精度要求的已有地形圖進(jìn)行修補(bǔ)測(cè)；如果沒(méi)有圖件資料，可采用GPS-RTK和全站儀極坐標(biāo)測(cè)量?jī)煞N方式進(jìn)行全野外數(shù)據(jù)采集，對(duì)地物、地貌進(jìn)行分類順序施測(cè)，并按圖式符號(hào)繪制草圖。每天應(yīng)及時(shí)對(duì)照草圖檢查所采集的數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

1.4 管線縱斷面測(cè)量

管線縱斷面點(diǎn)的取舍以能夠合理表達(dá)管線埋深的變化及地形變化為原則，局部高差較小的溝坎或者密集的坎處予以綜合取舍；復(fù)雜地段及管線中線通過(guò)小河流、水塘、沖溝、道路、管線等線狀地物時(shí)斷面點(diǎn)應(yīng)該進(jìn)行加密測(cè)量，合理準(zhǔn)確地表達(dá)管線所經(jīng)區(qū)域地形、地貌變化；斷面點(diǎn)應(yīng)以探測(cè)儀準(zhǔn)確探測(cè)點(diǎn)為觀測(cè)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)還要對(duì)管線的分支、交叉點(diǎn)、彎頭、彎管、截?cái)嚅y室、岸（河）邊閥室、分輸室等附屬物的三維坐標(biāo)進(jìn)行采集。

1.5 站場(chǎng)測(cè)量

圖根控制測(cè)量可以在CORS系統(tǒng)下利用網(wǎng)絡(luò)RTK的方式進(jìn)行施測(cè)，每個(gè)站址應(yīng)至少設(shè)置4個(gè)以上控制點(diǎn)的且兩兩通視；為詳盡的表示站址內(nèi)部及其周圍的相關(guān)地物，并準(zhǔn)確標(biāo)注管線進(jìn)出站的轉(zhuǎn)點(diǎn)，站址地形圖測(cè)繪一般采用1∶500比例尺，使用全站儀按照全野外數(shù)字化測(cè)圖方法測(cè)繪。

1.6 細(xì)節(jié)精細(xì)測(cè)繪

可以根據(jù)需要，利用三維激光掃描技術(shù)對(duì)場(chǎng)站內(nèi)設(shè)備復(fù)雜、管線密集的閥室等重要設(shè)施和關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行掃描，獲取建筑、管線、設(shè)備的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，建立場(chǎng)站模型[3]。

由于激光沒(méi)有穿透性，所以要獲取建筑物的立體點(diǎn)云數(shù)據(jù)就需要多處設(shè)站，設(shè)站前需繪制測(cè)站草圖記錄本站位置及與建筑物之間的相對(duì)關(guān)系以及標(biāo)靶設(shè)置位置[4]；因?yàn)闇y(cè)區(qū)內(nèi)建筑物較多且有大量綠化植被，存在相互之間遮擋的問(wèn)題，所以在設(shè)站的時(shí)候要盡量的使掃描的主要目標(biāo)處于本站的最佳掃描范圍內(nèi)，建筑物附近遮擋嚴(yán)重的情況下增加設(shè)站數(shù)量來(lái)保證獲取到完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；兩站之間的距離要控制在不超過(guò)40m，以確保點(diǎn)云數(shù)據(jù)的密度；兩站之間對(duì)同一主要掃描目標(biāo)需要有15%的重疊區(qū)域，以保證在利用標(biāo)靶拼接不成功時(shí)可以利用共同點(diǎn)進(jìn)行拼接。

三維激光掃描儀一般提供多種掃描參數(shù)選擇，可以分別設(shè)置視場(chǎng)、分辨率和拍照控制。根據(jù)每站的掃描目標(biāo)選擇全景掃描或者快速掃描模式，正常情況都采用全景掃描模式，如果需掃描比較集中且其他位置無(wú)需掃描可選擇快速掃描模式，設(shè)定起始角度和結(jié)束角度以縮短掃描時(shí)間和數(shù)據(jù)量以提高工作效率。

2 數(shù)據(jù)應(yīng)用

綜合管線測(cè)繪由于采集方法較多，所以形成的數(shù)據(jù)成果也十分多樣，但也各有用途，一般以下幾種：

2.1 管線地形圖

該成果包括管道線路圖和管線帶狀地形圖，管道管理工作者可利用該成果直觀的了解管線的整體走勢(shì)和管線周邊的地形、地貌，便于掌握管線的具體位置和周邊情況。

2.2 縱斷面圖

管線縱斷面圖是根據(jù)管線測(cè)繪成果，利用管線探測(cè)儀所形成的單段管線的具體情況圖，包括管線的材質(zhì)，埋深，管徑等詳細(xì)信息，通過(guò)該成果可詳細(xì)的掌握每段管線的具體情況。

2.3 站場(chǎng)平面圖

該成果是通過(guò)對(duì)站場(chǎng)的平面測(cè)繪所形成的地形圖成果，能直觀的展現(xiàn)站場(chǎng)的規(guī)模和戰(zhàn)場(chǎng)內(nèi)的分布情況，例如站場(chǎng)內(nèi)辦公區(qū)、工業(yè)區(qū)位置等信息都可在站場(chǎng)平面圖上一目了然。

2.4 三維模型

該成果通過(guò)對(duì)站場(chǎng)每個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行三維點(diǎn)云掃描，利用三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)三維建模而形成的。能夠三維立體化的展現(xiàn)站場(chǎng)的每個(gè)細(xì)節(jié)，還能夠基于該成果進(jìn)行站場(chǎng)改造方案的三維可視化展現(xiàn)，可有效的驗(yàn)證改造方案和避免施工浪費(fèi)。

3 結(jié)論

全程管線測(cè)繪、帶狀地形圖測(cè)繪、管線縱斷面測(cè)繪、站場(chǎng)測(cè)繪所形成的數(shù)據(jù)成果均為二維數(shù)據(jù)，能夠宏觀的展示綜合管線的規(guī)模，便于整體管理和規(guī)劃。然而細(xì)節(jié)精細(xì)測(cè)繪所形成的數(shù)據(jù)成果為三維數(shù)據(jù)，能夠細(xì)致的表現(xiàn)每個(gè)站場(chǎng)內(nèi)部的詳細(xì)信息，便于精細(xì)化管理和控制。所以，將綜合管線測(cè)繪所采集的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行完美融合是十分必要的，可進(jìn)一步提高管線管理工作的效率和精細(xì)度。

［1］孫敏,郭樹(shù)勛，馬俊.淺談城市地下管線探測(cè)方法[J].長(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011（2）：11-13.

［2］任小沖，周天知，陳婷婷，等.連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)(CORS)初探[J].全球定位系統(tǒng),2009(6)：69-72.

［3］白立飛，于廣婷.三維激光掃描技術(shù)在青島市房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用[J].山東國(guó)土資源，2011（3）：41-43.

［4］白立飛，潘寶玉，張?zhí)m.三維激光掃描技術(shù)在數(shù)字礦山領(lǐng)域的應(yīng)用[J].測(cè)繪科學(xué)，2013（5）：178-179.