地下金屬管線綜合測(cè)量與安全評(píng)估方法研究

白義培

（經(jīng)通空間技術(shù)（河源）有限公司，廣東 河源 517000）

地下及金屬管線的鋪設(shè)關(guān)系到交通運(yùn)輸、發(fā)電輸電等日常生活必需的領(lǐng)域能否維持，是建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。我們關(guān)于金屬管線的測(cè)量和定位技術(shù)研究一直都沒(méi)有停下腳步，信息時(shí)代的到來(lái)更是將管線的測(cè)量與計(jì)算機(jī)結(jié)合起來(lái)。而涉及到管線測(cè)量這種需要專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員工程，測(cè)量方式是否安全可靠也是我們所必需關(guān)注的，如何設(shè)計(jì)出高效的地下金屬管線的測(cè)量定位方法和對(duì)該方法如何進(jìn)行安全性評(píng)估是本文探究的重點(diǎn)。

1 地下金屬管線綜合測(cè)量和評(píng)估方法

1.1 管線種類(lèi)

如表1所示，每種地下金屬管線因?yàn)橛猛静煌玫慕饘俨牧弦膊煌Ｍ临|(zhì)、地下水循環(huán)等地下環(huán)境的變化，有限的地下空間資源和無(wú)限的地下空間需求的矛盾都體現(xiàn)了金屬管線的復(fù)雜性，金屬管線的復(fù)雜性意味著隨著新種類(lèi)的增多，測(cè)量方式也必需實(shí)時(shí)更新。

表1 金屬管線種類(lèi)

1.2 地下金屬管線綜合測(cè)量

RTK地下定位系統(tǒng)是一種結(jié)合了地下 GPS和地下的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的地下實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)。在金屬地下管線中，天然氣管道和供暖管道等屬于明顯管線，借助專(zhuān)業(yè)儀器可以直接讀取數(shù)據(jù)。而隱藏管線測(cè)量難度較大，同一土層平面可以等效中心修正定位，RTK測(cè)算實(shí)時(shí)位置，等比值法確定深度。測(cè)算實(shí)時(shí)距離的時(shí)候可以使用輔助測(cè)量?jī)x。

在測(cè)量管道之前首先要給管道提供測(cè)量條件，RTK定位測(cè)繪在測(cè)量時(shí)周?chē)艌?chǎng)信號(hào)會(huì)十分紊亂[1]，在測(cè)量之前要用屏蔽器排除其他磁場(chǎng)信號(hào)的干擾，提升RTK接收地下傳送信號(hào)的質(zhì)量確保測(cè)量精度。為了校驗(yàn)地下金屬管線的走向，要調(diào)試好測(cè)量電流。在制定測(cè)量規(guī)劃時(shí)要將安全性也考慮進(jìn)來(lái)，保證重點(diǎn)環(huán)節(jié)相應(yīng)的監(jiān)測(cè)質(zhì)量，減少質(zhì)量不達(dá)標(biāo)而不得不返工的情況發(fā)生。

管線定位采取二維定位模式，三維定位模式依托的是定位系統(tǒng)全球覆蓋性強(qiáng)，只能被動(dòng)定位。二維定位模式可以縮小定位范圍進(jìn)行主動(dòng)定位，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)定位。RTK定位測(cè)繪首先要建立客戶(hù)端，客戶(hù)端既能接收衛(wèi)星信號(hào)又能記錄該信號(hào)留下的信息。信息記錄完整后開(kāi)始布置管線的排布。RTK定位和GPS不同的地方在于它結(jié)合了通訊、無(wú)線電波和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。這些優(yōu)勢(shì)都能給予測(cè)量質(zhì)量一定的保證。進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量之后使用電子測(cè)繪技術(shù)對(duì)地質(zhì)和環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)微處理，處理流程如下圖。

RTK定位信號(hào)將測(cè)繪數(shù)據(jù)傳輸后，將對(duì)應(yīng)的點(diǎn)在地面上做標(biāo)記，標(biāo)記出的點(diǎn)連接成線。經(jīng)過(guò)測(cè)繪儀的計(jì)算處理就整理出地下金屬管線圖紙。

地下金屬管線測(cè)量精度如果不夠，存在較大誤差，那么資料記錄就是錯(cuò)誤的，城市建設(shè)飛速發(fā)展，等地下金屬管線剛鋪設(shè)完畢，新的建設(shè)計(jì)劃又要開(kāi)始實(shí)施了。金屬管線測(cè)量的任務(wù)應(yīng)接不暇，一旦不及時(shí)就會(huì)影響城市建設(shè)的進(jìn)度，如果能夠研究降低誤差值的測(cè)量方法勢(shì)必節(jié)省了很多返工時(shí)間。

圖1 RTK定位測(cè)量法步驟

1.3 地下金屬管線綜合安全評(píng)估

地下金屬管線綜合測(cè)量的目的是保證基礎(chǔ)設(shè)施的安全，對(duì)其進(jìn)行安全評(píng)估具體步驟如下：首先將綜合測(cè)量的環(huán)境因素、經(jīng)濟(jì)因素執(zhí)行為一級(jí)指標(biāo)。然后管線測(cè)量可以進(jìn)行初步的安全評(píng)估。無(wú)論是天然氣管道還是工業(yè)管道。里面的有害氣體都是在管線鋪設(shè)時(shí)最需要注意的危險(xiǎn)源頭[2]，除了二氧化碳和甲醛這些常見(jiàn)的有害氣體，還有可燃?xì)怏w一旦遇到高溫就會(huì)引起爆炸。人工測(cè)量會(huì)有吸入有毒氣體的危險(xiǎn)，供暖管道和發(fā)電輸電的電纜會(huì)造成高溫燙傷和觸電風(fēng)險(xiǎn)。模糊綜合評(píng)估法兼顧管線本身和周遭環(huán)境的狀況，對(duì)有害氣體進(jìn)行探測(cè)，對(duì)當(dāng)下測(cè)量環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)。如果發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)就可以采取稀釋有害氣體、準(zhǔn)備呼吸面罩等有效措施進(jìn)行防范。管線測(cè)量的快速安全評(píng)估可參照模糊綜合評(píng)價(jià)法。

第二步通過(guò)層次分析依據(jù)地體部分設(shè)定好的指標(biāo)量化，小范圍進(jìn)行選定部分地下金屬管線，從測(cè)量工人、周遭環(huán)境、有害氣體、電纜電線四方面入手進(jìn)行針對(duì)性評(píng)價(jià)[3]。測(cè)量工人首先要具備一定的使用測(cè)量設(shè)備的能力，錯(cuò)誤操作是危險(xiǎn)源之一，周遭環(huán)境的變化對(duì)地下金屬管線的測(cè)量有物理方面的影響，高大的建筑物會(huì)阻礙信號(hào)的收發(fā)，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果有不準(zhǔn)確。層次分析法可以準(zhǔn)確的對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行計(jì)算，安全評(píng)估公式如下：

其中A是安全評(píng)估中的等級(jí)數(shù)，V是測(cè)量評(píng)估中的安全因素，R是測(cè)量評(píng)估中的風(fēng)險(xiǎn)因素。而公式中V和R都是百分?jǐn)?shù)形式體現(xiàn)，V是由于RTK定位測(cè)量法的安全得分與正常安全系數(shù)的比。風(fēng)險(xiǎn)則是RTK定位測(cè)量法的危險(xiǎn)源評(píng)估得分與正常風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)的比值。通過(guò)公式計(jì)算，經(jīng)與地下金屬管道安全等級(jí)表數(shù)值比較，得出了較高的安全等級(jí)結(jié)論。

2 測(cè)量誤差測(cè)試

提出對(duì)比實(shí)驗(yàn)，對(duì)比直接感應(yīng)法和信號(hào)夾鉗法兩種傳統(tǒng)測(cè)量方案與本文提出的RTK定位測(cè)量法測(cè)量同一段地下金屬管線，對(duì)所得出的平面最大誤差、管線深度誤差、實(shí)際深度誤差的數(shù)值，選出最優(yōu)方案。

2.1 測(cè)試流程

地下金屬管道測(cè)量一般采用直接感應(yīng)法，使用測(cè)量設(shè)備直接測(cè)量，測(cè)量原理是利用電磁場(chǎng)感應(yīng)經(jīng)發(fā)射信號(hào)定位到管線的金屬層，利用金屬對(duì)電磁的反應(yīng)進(jìn)項(xiàng)信號(hào)接收。測(cè)量后需要立即斷開(kāi)電磁磁鐵兩級(jí)，完成測(cè)量。但是目前可利用的地下空間有限，很多管線交叉重疊，直接感應(yīng)測(cè)量方法對(duì)于交叉的部分會(huì)有遺漏。

另一種常用的測(cè)量方法叫信號(hào)夾鉗法，直接將電磁鐵套在金屬管線上，觀察電流信號(hào)的強(qiáng)弱，以此來(lái)測(cè)量地下金屬管線。因?yàn)樾盘?hào)夾鉗法直接接觸管線，探測(cè)精準(zhǔn)度很高，所以也是使用頻率較高的方法。但是由于現(xiàn)在很多地下金屬管線工程結(jié)束后進(jìn)行二次測(cè)量不能挖開(kāi)測(cè)量所以使用場(chǎng)合受限。

以上兩種傳統(tǒng)方法都是最常用的測(cè)量地下金屬管線的方式。先選取一段經(jīng)過(guò)開(kāi)挖驗(yàn)證已有精確數(shù)據(jù)的地下管線。將三種方式測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，按照地下管線測(cè)量精度標(biāo)準(zhǔn)為：管線實(shí)際平面誤差不超過(guò)0.5+0.05厘米，管線深度誤差不能查過(guò)5+0.5厘米，實(shí)際深度誤差不能超過(guò)5+0.5厘米。管線測(cè)試結(jié)果繪制成圖紙之后，圖上誤差不能大于0.05毫米。直接感應(yīng)法只利用電磁磁場(chǎng)對(duì)電流的感應(yīng)進(jìn)行測(cè)量，信號(hào)夾鉗法只利用直接套在管線上進(jìn)行測(cè)量，一旦電磁信號(hào)遭到干擾或者無(wú)法直接接觸到管線，最終的測(cè)量結(jié)果都會(huì)產(chǎn)生較大誤差。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

現(xiàn)在我們以某地下金屬管線使用三種方法進(jìn)行測(cè)量，對(duì)于測(cè)量數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)的誤差值，數(shù)據(jù)如下表：

表2 誤差值對(duì)比

將測(cè)量結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，運(yùn)用以上三種測(cè)量方式的測(cè)量誤差均在標(biāo)準(zhǔn)誤差范圍內(nèi)，直接感應(yīng)法和信號(hào)夾鉗法是傳統(tǒng)測(cè)量方法中誤差值比較小的兩種方法。信號(hào)夾鉗法和RTK定位測(cè)量法誤差值接近，在不直接接觸管線的情況下也能保證較低的誤差值。彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方法的缺陷和問(wèn)題，在地下金屬管線測(cè)量的技術(shù)上又向前邁出了一步。

3 結(jié)語(yǔ)

本文提出RTK定位測(cè)量法這一地下金屬管線測(cè)量方法和模糊綜合評(píng)估法對(duì)RTK定位測(cè)量法進(jìn)行安全評(píng)估，與傳統(tǒng)的直接感應(yīng)法和信號(hào)夾鉗法相比，RTK定位測(cè)量法的測(cè)量誤差數(shù)值更小。但此方案存在一定的不足之處，操作繁瑣、使用測(cè)量?jī)x器較多。在日后的管線測(cè)量中希望可以研究出更簡(jiǎn)便的測(cè)量方法。