管道中心線測(cè)繪數(shù)據(jù)質(zhì)量開挖驗(yàn)證方法的研究

徐從齊 陳井軍 曾 輝

〔中國(guó)石化銷售有限公司華中分公司 湖北武漢 430000〕

長(zhǎng)輸管道沿途環(huán)境復(fù)雜，頻繁穿越城市人口密集區(qū)、河流、公路、鐵路，安全風(fēng)險(xiǎn)管控難度大,一旦發(fā)生事故，極易造成重大人員傷亡，污染水源和自然環(huán)境，產(chǎn)生較大的社會(huì)負(fù)面影響。國(guó)家對(duì)油氣管網(wǎng)及城市地下管網(wǎng)的安全問(wèn)題非常重視，中國(guó)石化積極響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，組織開展智能化管線建設(shè)相關(guān)工作。其中摸清地下管線規(guī)模大小、位置關(guān)系、功能屬性、產(chǎn)權(quán)歸屬、運(yùn)行年限等基礎(chǔ)信息是智能化管線建設(shè)的基礎(chǔ)也是重要的工作。管線探測(cè)是摸清管道位置關(guān)系的有效手段，如何確認(rèn)探測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性更是需要一套既可行又有效的評(píng)價(jià)方法。2016年5月，中國(guó)石化銷售公司下發(fā)了《中國(guó)石化銷售企業(yè)智能化管線管理系統(tǒng)深化應(yīng)用建設(shè)指導(dǎo)意見》，要求各單位認(rèn)真開展管道中心線測(cè)繪數(shù)據(jù)質(zhì)量開挖驗(yàn)證工作。開挖驗(yàn)證工作納入了探測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性驗(yàn)收內(nèi)容。

1 智能化管道數(shù)據(jù)驗(yàn)收流程

某公司在進(jìn)行智能化管道建設(shè)時(shí)，針對(duì)數(shù)據(jù)探測(cè)工程實(shí)行“三級(jí)”檢查制度，分別為項(xiàng)目組自檢、互檢以及第三方檢查。根據(jù)《中國(guó)石化銷售企業(yè)智能化管線管理系統(tǒng)深化應(yīng)用建設(shè)指導(dǎo)意見》(以下簡(jiǎn)稱“指導(dǎo)意見”)要求，進(jìn)一步加強(qiáng)了數(shù)據(jù)質(zhì)量管控，并制定了詳細(xì)的智能化管道數(shù)據(jù)驗(yàn)收流程(見圖1)。

圖1 數(shù)據(jù)驗(yàn)收流程

第一步：數(shù)據(jù)成果。測(cè)繪單位管道數(shù)據(jù)采集完成，內(nèi)部檢查合格，工程文檔齊全。要求：測(cè)繪單位依據(jù)采集模板要求采集管道數(shù)據(jù)，并按管線提交數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)種類要齊全；數(shù)據(jù)格式為EXCEL表格、JPG照片。同時(shí)提交數(shù)據(jù)自檢校驗(yàn)單及數(shù)據(jù)采集情況說(shuō)明表。

第二步：驗(yàn)收。測(cè)繪單位完成數(shù)據(jù)整改，并自檢完成后，向業(yè)主提交驗(yàn)收申請(qǐng)，由業(yè)主組織驗(yàn)收，并安排時(shí)間、人員和路線。測(cè)繪單位準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)和驗(yàn)收相關(guān)文檔，以輸油管理處為單位統(tǒng)一進(jìn)行驗(yàn)收。

初步驗(yàn)收：核對(duì)數(shù)據(jù)的空間信息及屬性信息。

①由項(xiàng)目組、管道油庫(kù)處、各輸油管理處和站場(chǎng)的專業(yè)人員組成驗(yàn)收隊(duì)伍；②對(duì)管道中心線、管道本體、管道附屬設(shè)施和周邊環(huán)境數(shù)據(jù)依據(jù)驗(yàn)收流程進(jìn)行全線檢驗(yàn)；③檢查數(shù)據(jù)是否達(dá)到入庫(kù)要

求，檢查數(shù)據(jù)屬性信息、數(shù)量、走向是否準(zhǔn)確，是否滿足流程要求；④初步驗(yàn)收未通過(guò)，限期整改；⑤初步驗(yàn)收通過(guò)，站場(chǎng)、項(xiàng)目組出具數(shù)據(jù)校驗(yàn)單，按照驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求，選擇現(xiàn)場(chǎng)復(fù)檢或開挖的抽樣數(shù)據(jù)。

現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證：對(duì)初步驗(yàn)收選定的抽樣數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行重復(fù)探測(cè)復(fù)核和開挖驗(yàn)證復(fù)核。①由管道油庫(kù)處、各輸油管理處、站場(chǎng)、項(xiàng)目組、測(cè)繪單位、第三方測(cè)繪檢驗(yàn)單位組成現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證隊(duì)伍；②由第三方測(cè)繪檢驗(yàn)單位對(duì)抽檢數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行復(fù)核；③針對(duì)開挖驗(yàn)證，由輸油管理處辦理相關(guān)開挖手續(xù)及協(xié)調(diào)工作，并安排專業(yè)開挖施工人員。

驗(yàn)收結(jié)論：對(duì)初步驗(yàn)收及現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收的情況形成驗(yàn)收?qǐng)?bào)告。

①由第三方測(cè)繪檢驗(yàn)單位負(fù)責(zé)實(shí)施，管道油庫(kù)處、各輸油管理處、站場(chǎng)、項(xiàng)目組、測(cè)繪單位參與；②對(duì)初步驗(yàn)收及現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收情況組織專家評(píng)審會(huì)評(píng)議，同時(shí)第三方測(cè)繪檢驗(yàn)單位出具現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收?qǐng)?bào)告，內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)質(zhì)量結(jié)論、檢驗(yàn)工作概況、技術(shù)依據(jù)、抽樣情況、檢驗(yàn)內(nèi)容及方法、檢驗(yàn)質(zhì)量統(tǒng)計(jì)，提交成果。

第三步：數(shù)據(jù)脫密。數(shù)據(jù)驗(yàn)收合格后，測(cè)繪單位配合企業(yè)，統(tǒng)一到地球物理總部進(jìn)行脫密處理。最后將脫密后的數(shù)據(jù)進(jìn)行入庫(kù)，并同步到總部服務(wù)器。

第四步：流程結(jié)束。

2 探測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量要求

開挖驗(yàn)證是現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收的一項(xiàng)重要內(nèi)容，是判定探測(cè)數(shù)據(jù)是否符合要求的重要手段。其主要目的是驗(yàn)證探測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量是否合格，依據(jù)國(guó)家法律法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定數(shù)據(jù)質(zhì)量要求。

2.1 平面精度要求

管道開挖點(diǎn)的平面精度由兩部分組成：測(cè)量平面精度和探測(cè)平面精度。測(cè)量平面精度，30 cm；探測(cè)平面精度，探測(cè)點(diǎn)平面誤差小于0.1h(其中h為地下管線中心埋深，單位為cm)，當(dāng)h<100 cm 時(shí)，則以100 cm 代入計(jì)算(含探管儀誤差)。 管道開挖點(diǎn)平面精度限差為30 cm+0.1h。

2.2 高程精度要求

管道開挖點(diǎn)的高程精度由兩部分組成：測(cè)量高程精度和探測(cè)埋深精度。

測(cè)量高程精度，平原不低于 30 cm、多山地區(qū)精度不低于 60 cm；探測(cè)埋深精度，探測(cè)點(diǎn)埋深誤差小于0.15h(其中h為地下管線中心埋深，單位為cm)，當(dāng)h<100 cm 時(shí)，則以100 cm 代入計(jì)算(含探管儀誤差)。 管道開挖點(diǎn)高程精度限差：平原30 cm+0.15h；多山地區(qū)60 cm+0.15h。

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)判的方法

該公司智能化管線項(xiàng)目組依據(jù)探測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量要求以及國(guó)家及行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范制定了開挖驗(yàn)證方案，主要包括人員組織、技術(shù)要求、數(shù)據(jù)質(zhì)量要求、過(guò)程實(shí)施、數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)判方法等內(nèi)容。其中數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)判方法又包含了誤差計(jì)算和成果判定標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容?，F(xiàn)就誤差計(jì)算方法和成果判定標(biāo)準(zhǔn)敘述如下。

3.1 誤差計(jì)算方法

3.1.1 平面位置誤差和高程、埋深誤差計(jì)算方法

數(shù)據(jù)成果平面所采用WGS-84大地坐標(biāo)系統(tǒng)，單位為十進(jìn)制度；高程采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，單位為m。因此在評(píng)價(jià)平面位置時(shí)，需采用統(tǒng)一的投影參數(shù)將大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為投影坐標(biāo)，統(tǒng)一單位為m；在評(píng)價(jià)高程數(shù)據(jù)時(shí)，需統(tǒng)一在1985國(guó)家高程基準(zhǔn)下進(jìn)行計(jì)算高程誤差，統(tǒng)一單位為m，按照以下方法進(jìn)行計(jì)算：

通過(guò)樣本點(diǎn)(X，Y，Z，H)與開挖點(diǎn)(x0，y0，z0，h0)進(jìn)行計(jì)算管道的平面誤差、管頂高程誤差和埋深誤差。其中Z、z0為樣本點(diǎn)與開挖點(diǎn)的管頂高程。

(1)

管頂高程誤差ΔZ=|Z-z0|

(2)

埋深誤差ΔH=|H-h0|

(3)

其中：X，Y，Z，H分別為經(jīng)度，緯度，管頂高程，埋深。

3.1.2 隱蔽管線點(diǎn)中誤差計(jì)算方法

重復(fù)探查點(diǎn)位就隨機(jī)抽取，選點(diǎn)數(shù)量按標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)項(xiàng)執(zhí)行，并分別按(3.1.2-1)、(3.1.2-2)式計(jì)算隱蔽管線點(diǎn)的平面位置中誤差mH，和埋深中誤差mV，其數(shù)值不應(yīng)超過(guò)規(guī)范精度要求的1/2。

隱蔽管線點(diǎn)的平面位置中誤差：

(4)

隱蔽管線點(diǎn)的埋深中誤差：

(5)

式中：ΔSi——復(fù)查點(diǎn)位與原點(diǎn)位間的平面位置偏差，cm；

ΔHi——復(fù)查點(diǎn)位與原點(diǎn)位的埋深偏差，cm；

n——復(fù)查點(diǎn)數(shù)。

3.2 成果判定標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)管道開挖點(diǎn)的平面位置誤差d小于0.1h，即表示該樣本點(diǎn)探測(cè)平面位置質(zhì)量合格，否則判定為不合格；管道開挖點(diǎn)的埋深誤差ΔH小于0.15h，即表示該樣本點(diǎn)埋深質(zhì)量合格，否則判定為不合格。

現(xiàn)場(chǎng)開挖驗(yàn)證，若平面合格率、埋深合格率均大于等于90 %，則視為合格；若小于90 %則應(yīng)再抽取不少于隱蔽管線點(diǎn)總數(shù)的1 %進(jìn)行開挖驗(yàn)證，若再次檢驗(yàn)仍不合格，則視為探測(cè)質(zhì)量不合格，需對(duì)該段管線全部重新探測(cè)，直至合格為止；全部重新探測(cè)的成果重新整理提交，按照判定標(biāo)準(zhǔn)重新組織成果判定；現(xiàn)場(chǎng)開挖驗(yàn)證時(shí)對(duì)于進(jìn)行開挖驗(yàn)證點(diǎn)平面位置，如果開挖驗(yàn)證不合格，則要求對(duì)該開挖點(diǎn)管線段路由全部重新探測(cè)。

4 數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)判方法的適用性分析

誤差是測(cè)量所得的量值減去參考量值。測(cè)得的量值簡(jiǎn)稱測(cè)量值,代表測(cè)量結(jié)果的量值，參考量值簡(jiǎn)稱為原值。所謂參考量值，一般由量的真值或約定量值來(lái)表示。對(duì)于開挖驗(yàn)證而言，參考量值為開挖點(diǎn)(x0，y0，z0，h0)，測(cè)量值為樣本點(diǎn)(X，Y，Z，H)。依據(jù)樣本點(diǎn)選擇開挖點(diǎn)就顯得尤為重要。

4.1 公式(1)、(2)、(3)適用的前置條件

在開挖現(xiàn)場(chǎng)可找到原樣本點(diǎn)實(shí)際探測(cè)位置，且該處地形地貌較原探測(cè)時(shí)不發(fā)生任何改變。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)開挖驗(yàn)證客觀存在的問(wèn)題

該公司智能化項(xiàng)目數(shù)據(jù)探測(cè)完成時(shí)間為2015年6月，開挖驗(yàn)證工作于2017年8月開展。經(jīng)過(guò)隨機(jī)抽取590個(gè)樣本點(diǎn)位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)開挖驗(yàn)證。待探測(cè)人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，發(fā)現(xiàn)存在以下問(wèn)題：

(1)原始探測(cè)點(diǎn)標(biāo)記較多已損毀，無(wú)法準(zhǔn)確找到原始探測(cè)點(diǎn)，因此無(wú)法準(zhǔn)確選定現(xiàn)場(chǎng)開挖點(diǎn)。

(2)數(shù)據(jù)采集的時(shí)間與數(shù)據(jù)開挖驗(yàn)證時(shí)間間隔相差較大，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)局部的地形地表發(fā)生較大改變，有翻土、有水坑等現(xiàn)象，對(duì)管道的埋深參數(shù)影響較大。

4.3 公式(1)、(2)、(3)適用性分析

假設(shè)按照上述公式(1)、(2)、(3)進(jìn)行誤差計(jì)算，結(jié)果分析如平面投影圖(圖2)。

圖2 數(shù)據(jù)分析點(diǎn)位模擬

誤差的計(jì)算有一個(gè)前置條件：必須在同等觀測(cè)條件下進(jìn)行測(cè)量?？陀^問(wèn)題的存在導(dǎo)致了公式前置條件的無(wú)法滿足，綜上分析，公式(1)、(2)、(3)已不能作為隱蔽點(diǎn)開挖驗(yàn)證的誤差計(jì)算方法。

5 評(píng)判方法的改進(jìn)

為確保開挖驗(yàn)證順利有序進(jìn)行，同時(shí)盡量保證對(duì)探測(cè)結(jié)果的一個(gè)客觀、公正較為準(zhǔn)確合理的判斷，對(duì)評(píng)價(jià)方法筆者提出了一定的修正和改進(jìn)，具體如下。

5.1 探測(cè)點(diǎn)標(biāo)記保存完好，可準(zhǔn)確找到原始探測(cè)點(diǎn)的情況

在計(jì)算埋深誤差時(shí)，若探測(cè)點(diǎn)標(biāo)記保存完好，可準(zhǔn)確找到原始探測(cè)點(diǎn)，且在局部的地形地表未發(fā)生改變的情況下按照原公式進(jìn)行計(jì)算。

5.2 若探測(cè)點(diǎn)標(biāo)記已損毀，無(wú)法準(zhǔn)確找到原始探測(cè)點(diǎn)，或局部地形地表發(fā)生較大改變的情況

5.2.1 開挖點(diǎn)的選取

此種情況下開挖點(diǎn)位置的選取沒(méi)有具體的某個(gè)樣本點(diǎn)位置坐標(biāo)做依據(jù)，只能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)探管找點(diǎn)開挖。

5.2.2 誤差計(jì)算方法修正

此種情況下為了計(jì)算誤差，需引入一個(gè)理論樣本點(diǎn)作為誤差計(jì)算的前置條件。具體按照以下方法計(jì)算：

(1)管線隱蔽點(diǎn)平面誤差計(jì)算方法。

如平面投影圖(圖3)，其中樣本點(diǎn)1、樣本點(diǎn)2坐標(biāo)為測(cè)繪單位原始實(shí)際測(cè)量的成果坐標(biāo)，開挖點(diǎn)為現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證開挖點(diǎn)管頂坐標(biāo)即誤差計(jì)算中的原值。運(yùn)用幾何等比計(jì)算：

理論點(diǎn)y=

(6)

(7)

計(jì)算平面誤差值

(8)

若開挖點(diǎn)為彎頭位置應(yīng)考慮管線彎曲因素影響，對(duì)探測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的影響，適當(dāng)放寬限差要求。

(2)管線隱蔽點(diǎn)埋深誤差計(jì)算方法。

針對(duì)地形地貌變化較大的情況，高程并非呈現(xiàn)線性關(guān)系，需對(duì)理論點(diǎn)的高程進(jìn)行修正。具體按照以下方法計(jì)算：通過(guò)相鄰兩個(gè)樣本點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算得到樣本理論點(diǎn)●的坐標(biāo)(X、Y、Z、H)，將開挖點(diǎn)地表高程和理論點(diǎn)計(jì)算的地表高程的差值作為地形表面變化的修正值，加入到開挖實(shí)測(cè)點(diǎn)埋深中，再與理論點(diǎn)埋深值比較，計(jì)算得到不同地形地貌埋深誤差縱斷面圖，如圖4和圖5所示。

圖4 不平地表點(diǎn)位模擬

圖5 梯田地表點(diǎn)位模擬

(9)

(10)

理論點(diǎn)管頂高程計(jì)算方式同理論點(diǎn)地表高程。

計(jì)算埋深誤差值：

ΔH=|h0±|z-z'|-H|

(11)

式中：z'——開挖點(diǎn)地面投影高程，m。

計(jì)算管頂高程誤差值；

ΔZ=|Z理論-z0|

(12)

(3)修正方法的可行性分析。

樣本點(diǎn)的坐標(biāo)是管道中心線管頂坐標(biāo)非地表坐標(biāo)，原始探測(cè)點(diǎn)樣本點(diǎn)1和樣本點(diǎn)2平均20 m左右間距，管道一般由直縫鋼管焊接而成，一根直縫鋼管長(zhǎng)度約12 m，20 m長(zhǎng)度由兩根直縫鋼管焊接而成，兩根直縫鋼管幾乎是處于同一直線上的，因此樣本點(diǎn)1和樣本點(diǎn)2可以看作呈現(xiàn)線性關(guān)系，因此理論點(diǎn)的經(jīng)度、緯度、管頂高程是可以通過(guò)公式(6)、(7)、(10)計(jì)算得到的。由于埋深受地表高程影響較大，而且地表高程在20 m左右范圍內(nèi)出現(xiàn)高低起伏是非常常見，因此進(jìn)行埋深誤差計(jì)算時(shí)引入埋深修正值是必要的。

5.2.3 對(duì)成果判定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行適當(dāng)修訂

引入理論點(diǎn)，必將存在理論誤差，為提高判定準(zhǔn)確度，對(duì)成果判定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行適當(dāng)修訂。主要是現(xiàn)場(chǎng)開挖驗(yàn)證時(shí)將管頂高程也作為綜合判定依據(jù)，當(dāng)管道中心線平面位置、管頂高程、埋深合格率均大于等于90 %時(shí)，則視為成果合格，否則需對(duì)該開挖點(diǎn)管線段路由重新抽取點(diǎn)位進(jìn)行復(fù)探復(fù)測(cè)或開挖。

6 評(píng)判方法效果的檢查

按照改進(jìn)后的評(píng)判方法對(duì)590處開挖點(diǎn)進(jìn)行了誤差計(jì)算，結(jié)果見表1：

表1 按修正后的誤差計(jì)算方法計(jì)算的數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)判結(jié)果

由表1可以看出，引入修正值進(jìn)行埋深誤差計(jì)算的合格率要明顯高于不引入修正值進(jìn)行埋深誤差計(jì)算的合格率，因此可以進(jìn)一步證明引入修正值的必要性。針對(duì)改進(jìn)后的評(píng)判方法及開挖驗(yàn)證結(jié)果，該公司邀請(qǐng)了測(cè)繪專家進(jìn)行了專項(xiàng)評(píng)審，經(jīng)評(píng)審，一致認(rèn)為評(píng)價(jià)方法切合實(shí)際，成果數(shù)據(jù)滿足智能化管線管理系統(tǒng)建設(shè)要求，同意通過(guò)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性驗(yàn)收。

7 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合開挖現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，通過(guò)對(duì)管道中心線測(cè)繪數(shù)據(jù)質(zhì)量開挖驗(yàn)證的評(píng)判方法進(jìn)行修正，扭轉(zhuǎn)了按照原方法無(wú)法進(jìn)行的管道中心線測(cè)繪數(shù)據(jù)質(zhì)量開挖驗(yàn)證工作的不利局面，同時(shí)提高了評(píng)判方法的適用性。

建議對(duì)于原始探測(cè)點(diǎn)標(biāo)記較多已損毀，無(wú)法準(zhǔn)確找到原始探測(cè)點(diǎn)的情況，可采用此評(píng)判方法；鑒于此種評(píng)判方法對(duì)開挖點(diǎn)的選取沒(méi)有特別要求，對(duì)于探測(cè)工期要求緊的項(xiàng)目可選擇采用此評(píng)價(jià)方法。