復(fù)雜條件下的城市地下管線測(cè)量方法分析

張彥飛

(合肥市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院，安徽 合肥 230061)

城市地下管線對(duì)測(cè)量精度具有較高的要求，需要采用規(guī)范化的測(cè)量步驟，避免在測(cè)量過(guò)程中存在失誤，提高對(duì)測(cè)量精度的把控能力。地下管線測(cè)量在城市建設(shè)中具有必要性，應(yīng)注重測(cè)量?jī)x器的應(yīng)用，避免管線測(cè)量產(chǎn)生較大的誤差，提高管線測(cè)量的規(guī)范化程度。管線測(cè)量需要與測(cè)繪技術(shù)結(jié)合起來(lái)，基于實(shí)際環(huán)境展開(kāi)測(cè)量過(guò)程，使管線測(cè)量技術(shù)能夠發(fā)揮作用。

1 城市地下管線測(cè)量主要步驟

1.1 工程圖對(duì)比

城市地下管線具有一定的復(fù)雜性，需要做好管線的分析工作，結(jié)合工程實(shí)際情況展開(kāi)測(cè)量，使管線能夠暴露在測(cè)量環(huán)境下。管線測(cè)量需要遵守《城市測(cè)量規(guī)范》(CJJ 8—99)的要求，采用規(guī)范化的測(cè)量操作形式，提高管線測(cè)量的精度。管線測(cè)量需要進(jìn)行資料準(zhǔn)備，對(duì)管線及地形資料進(jìn)行收集，如管線圖、地形圖等，將兩者結(jié)合起來(lái)展開(kāi)分析，確定城市地下管線的全貌。地下管線測(cè)量過(guò)程中，應(yīng)對(duì)管線圖進(jìn)行深入探討，明確不同類型管線的分布情況，采用適合的測(cè)量方法，使管線測(cè)量得到精準(zhǔn)分析。需要注意的是，受到城市規(guī)劃建設(shè)的影響，地形方面將會(huì)發(fā)生一定的變化，需要圍繞地形圖對(duì)管線進(jìn)行分析，確保管線圖與地形圖的一致性，以實(shí)際地形情況為主展開(kāi)管線測(cè)量，保證管線圖和地形圖的比例相同，防止在管線測(cè)量過(guò)程中存在偏差，使工程圖得到有效應(yīng)用，推進(jìn)管線測(cè)量過(guò)程的進(jìn)行[1]。

1.2 標(biāo)記管線坐標(biāo)

為了使地下管線的位置更加明確，降低復(fù)雜管線的測(cè)量難度，需要對(duì)管線展開(kāi)標(biāo)記，設(shè)置管線的坐標(biāo)點(diǎn)，對(duì)各部分管線進(jìn)行描述，便于對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行記錄。同時(shí)，需要為管線設(shè)置相應(yīng)的編號(hào)，一方面，保證編號(hào)唯一性，與坐標(biāo)建立一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，避免在標(biāo)記上存在重復(fù)，保障管線坐標(biāo)能夠得到精準(zhǔn)測(cè)量。另一方面，結(jié)合地形圖對(duì)管線坐標(biāo)進(jìn)行校驗(yàn)，防止管線測(cè)量過(guò)程中存在偏差，保障管線測(cè)量能夠順利進(jìn)行，使管線坐標(biāo)能夠發(fā)揮作用。測(cè)量?jī)x器使用過(guò)程中，需要事先輸入管線的坐標(biāo)值，將管線的位置確定下來(lái)，測(cè)量出地下管線的參數(shù)信息，對(duì)地下管線進(jìn)行全面檢驗(yàn)。同時(shí)，需要檢查坐標(biāo)參數(shù)是否存在誤差，提高坐標(biāo)標(biāo)注的準(zhǔn)確性，使坐標(biāo)能夠得到有效應(yīng)用，明確地下管線的分布情況。地下管線圖注標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1所示。

表1 地下管線圖注記標(biāo)準(zhǔn)

1.3 編制管線圖

城市地下管線基本信息確定后，需要對(duì)管線圖進(jìn)行編制，將地形圖與管線圖結(jié)合起來(lái)，結(jié)合坐標(biāo)、管線、編號(hào)等諸多信息，將管線情況以工程圖紙形式記錄下來(lái)，使管線測(cè)量技術(shù)得到具體體現(xiàn)。管線圖編制具有一定的要求，一方面，需要注重管線圖的比例設(shè)定，采用統(tǒng)一的比例進(jìn)行編制，便于對(duì)各部分管線進(jìn)行對(duì)比。另一方面，做好管線尺寸的設(shè)定，以地下管線的真實(shí)情況為依據(jù)，使管線圖編制符合實(shí)際環(huán)境的需要。對(duì)于各部分管線，需要做好對(duì)應(yīng)編號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)編號(hào)可以對(duì)管線信息進(jìn)行查詢，確定管線的詳細(xì)信息，保障管線的資料信息更加的齊全。管線圖是地下管線施工的重要依據(jù)，需要保證管線圖編制具有完整的信息，使管線圖能夠更好地投入使用，提高管線圖的編制水平[2]。

1.4 管線精度探測(cè)

城市地下管線測(cè)量具有精度控制要求，需要確保測(cè)量技術(shù)的合理性，避免測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生較大誤差，導(dǎo)致測(cè)量過(guò)程無(wú)法順利進(jìn)行。誤差對(duì)管線測(cè)量結(jié)果具有較大的影響，應(yīng)注重測(cè)量精度的把控，做好誤差的評(píng)估工作，提高對(duì)誤差的克制作用。管線精度控制要點(diǎn)如下：1)合理對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行使用，做好相應(yīng)的校正工作，降低儀器自身的存在的誤差。同時(shí)，規(guī)范儀器的使用方法，確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，使誤差能夠得到有效控制；2)需要從算法上消除誤差，如多次測(cè)量取平均值、采取誤差校正等方式，能夠起到消除誤差的作用；3)需要明確誤差的允許范圍，若超過(guò)范圍則要重新測(cè)量。如地下管線埋深誤差應(yīng)控制在限差0.5倍范圍內(nèi)、明顯管線測(cè)量點(diǎn)誤差不能超過(guò)2.5cm等，對(duì)地下管線精度進(jìn)行嚴(yán)格控制。

2 城市地下管線測(cè)量技術(shù)分析

2.1 RTK技術(shù)

RTK技術(shù)屬于全球化定位技術(shù)，將至少2臺(tái)GPS接收機(jī)聯(lián)合使用，對(duì)地下管線進(jìn)行定位，通過(guò)與衛(wèi)星的對(duì)接對(duì)坐標(biāo)信息實(shí)施處理，便于對(duì)地下管線位置測(cè)量進(jìn)行調(diào)整，有助于測(cè)量精度的控制。RTK定位的數(shù)據(jù)量較大，一般采用9600波特率，確保無(wú)線電數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)。由于RTK技術(shù)與GPS技術(shù)相結(jié)合，便于對(duì)管線的坐標(biāo)位置進(jìn)行確定，并且實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量功能，對(duì)坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行直接放樣。RTK技術(shù)使用過(guò)程中，需要2～3人進(jìn)行操作，結(jié)合地形圖對(duì)管線展開(kāi)測(cè)量，能夠在很大程度上提高工作效率。RTK技術(shù)具有較高的采集測(cè)量，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，使測(cè)量技術(shù)能夠展現(xiàn)出來(lái)，應(yīng)對(duì)復(fù)雜的地下管線測(cè)量情況，拓展對(duì)地下管網(wǎng)的覆蓋面，基于信息化技術(shù)進(jìn)行管線測(cè)量[3]。

2.2 全站儀測(cè)繪技術(shù)

全站儀測(cè)繪技術(shù)對(duì)地下管線測(cè)量具有輔助作用，結(jié)合地形狀況展開(kāi)管線測(cè)量，基于數(shù)據(jù)構(gòu)建測(cè)繪模型。全站儀結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)角和測(cè)距工作，由微處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過(guò)顯示器顯示測(cè)量結(jié)果，因而設(shè)備使用較為方便。在測(cè)量技術(shù)方面，需要遵守《城市地下管線探測(cè)技術(shù)規(guī)程》(CJJ 61—2017)的要求，將管線測(cè)量與自然條件結(jié)合起來(lái)，保證全站儀使用符合規(guī)程要求，提高全站儀的應(yīng)用水平。通過(guò)全站儀可以確定管線的周邊情況，基于空間坐標(biāo)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理，一次可以記錄2000～10000個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)，有助于測(cè)量放樣工作的進(jìn)行。通過(guò)全站儀能夠沿著管線方向展開(kāi)測(cè)量，確定管網(wǎng)的形狀，構(gòu)建地下管線的測(cè)量條件。全站儀測(cè)量放樣速度是常規(guī)測(cè)量?jī)x器的3～5倍，操作上便于進(jìn)行搬運(yùn)和測(cè)量，精度方面可以達(dá)到0.01m，滿足城市地下管線測(cè)量的要求。通過(guò)全站儀可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)量，最大可達(dá)到3km，保證地下管線的遠(yuǎn)距離測(cè)量精度。若測(cè)量過(guò)程存在著阻礙點(diǎn)，則需要采用分段測(cè)量的方式，降低測(cè)量精度對(duì)地下管線的影響。全站儀測(cè)繪結(jié)果能夠反映在地形圖上，對(duì)實(shí)際點(diǎn)位誤差進(jìn)行校驗(yàn)，彌補(bǔ)常規(guī)測(cè)量方法在精度校驗(yàn)中的不足[4]。

全站儀測(cè)繪過(guò)程中，需要制定地下管線普查方案，通過(guò)管線圖將管線情況進(jìn)行清晰展現(xiàn)，使地下管線的分布更加的具體。城市地理信息覆蓋面較廣，需要注重管線的所處層次與地質(zhì)環(huán)境，使管道測(cè)量工作能夠順利展開(kāi)。全站儀測(cè)角精度為±2″，可以對(duì)管線的走向進(jìn)行測(cè)量，確保管線的測(cè)角精度，對(duì)管線數(shù)據(jù)進(jìn)行全面采集。全站儀適用于野外環(huán)境的測(cè)量，能夠降低濕度、溫度等因素的干擾，對(duì)偏差進(jìn)行自動(dòng)校正，提高偏差控制的自動(dòng)化程度。通過(guò)全站儀可以對(duì)地下管線進(jìn)行驗(yàn)收，對(duì)管線的高程、坡度等進(jìn)行檢驗(yàn)，確保管線施工符合標(biāo)準(zhǔn)要求，使全站儀能夠應(yīng)用到管線測(cè)量中，保證管線能夠符合設(shè)計(jì)要求，提高全站儀測(cè)量的應(yīng)用水平。管線測(cè)量過(guò)程中，平面位置誤差不能大于±5cm，高程測(cè)量誤差不能大于±3cm，測(cè)量點(diǎn)誤差不能大于±0.5mm，確保精度控制的嚴(yán)格性。

2.3 潛望鏡測(cè)量技術(shù)

通過(guò)潛望鏡測(cè)量技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)管道的遠(yuǎn)程測(cè)量，得到清晰的管道環(huán)境圖像，降低環(huán)境因素對(duì)管道測(cè)量的阻礙。潛望鏡測(cè)量以手柄作為探測(cè)設(shè)備，將攝像頭、光源等裝置安裝到探頭上，將探頭伸入到管道環(huán)境中，借助圖像對(duì)管道進(jìn)行觀察，確定管線的實(shí)際情況。潛望鏡測(cè)量深度范圍可達(dá)到50m，通過(guò)影響對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行判讀，便于對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)收，對(duì)管線的實(shí)際情況進(jìn)行掌控。以某市區(qū)管道工程為例，管道測(cè)量總長(zhǎng)度為20km，響應(yīng)客戶對(duì)管線測(cè)量的要求，采用潛望鏡測(cè)量技術(shù)展開(kāi)測(cè)量。為了提高管線測(cè)量效率，采用6套潛望鏡測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量，每2～3km作為一個(gè)測(cè)量區(qū)域，對(duì)測(cè)量作業(yè)進(jìn)行統(tǒng)一安排。通過(guò)這種方式，提高了測(cè)量環(huán)境的安全性，避免管道中毒氣、缺氧等威脅，保障城市管線得到有效推進(jìn)。測(cè)量過(guò)程中，采用RSM-QV(A)管道潛望鏡，有著良好的便攜性及控制性能，采用攝像頭、存儲(chǔ)單元、控制電纜等作為主控單元，得到管道內(nèi)部的高清圖像數(shù)據(jù)，同時(shí)具備可對(duì)焦的能力，對(duì)遠(yuǎn)距離管線進(jìn)行觀察，保障管線測(cè)量的效率[5]。

3 城市地下管線測(cè)量技術(shù)應(yīng)用

3.1 近間距并行管線測(cè)量

城市地下管線埋設(shè)空間具有一定的限制，為了節(jié)約空間的利用，采用近間距并行管線埋設(shè)方式，降低管線對(duì)空間資源的占有率。以某城市管道工程為例，帶測(cè)管線為金屬材質(zhì)，管線總長(zhǎng)度在50km以上，需要展開(kāi)大面的測(cè)量。而且，管線采用近距離并行方式，需要確定管線的分布情況，對(duì)地下管線的數(shù)量進(jìn)行判斷。該工程管線埋設(shè)較近，管線間距小于2倍埋深管線，使得管線形式具有多樣化特征。管線檢測(cè)具有一定的難度，容易受到空間電磁的干擾，導(dǎo)致無(wú)法反映管線的實(shí)際情況。如管線間距較大時(shí)，管線探測(cè)曲線將產(chǎn)生不對(duì)稱性，出現(xiàn)多個(gè)峰值的情況，不利于管線精度的控制。同時(shí)，管線之間存在耦合互感現(xiàn)象，對(duì)管線測(cè)量產(chǎn)生進(jìn)一步干擾，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集的精度下降。因此，需要采用抗干擾能力強(qiáng)、精度控制穩(wěn)定的管線測(cè)量方式，保證管線測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用效果[6]。

3.1.1 直接法

直接法需要利用管線的露出部分，向管線中進(jìn)行充電，使電流沿著管線方向移動(dòng)，通過(guò)高頻信號(hào)對(duì)電流情況進(jìn)行探測(cè)，對(duì)管線的連接及分布情況進(jìn)行判斷。如管線較為密集時(shí)，將會(huì)影響到獨(dú)立管線的判斷，借助通電檢測(cè)能夠確定相連的管線，選擇對(duì)應(yīng)的管線進(jìn)行測(cè)量，避免管線測(cè)量過(guò)程中存在偏差。同時(shí)，還可以確定支管的連接情況，通過(guò)是否帶電進(jìn)行判斷，對(duì)管線測(cè)量過(guò)程具有輔助作用。

3.1.2 感應(yīng)法

感應(yīng)法主要對(duì)未知管線進(jìn)行測(cè)量，將探測(cè)儀應(yīng)用到檢測(cè)環(huán)境中，沿著不同方向?qū)芫€進(jìn)行測(cè)量。探測(cè)儀由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)組成，需要至少2名操作人員展開(kāi)測(cè)量作業(yè)，一個(gè)人操作發(fā)射機(jī)激發(fā)感應(yīng)信號(hào)，另一個(gè)人操作接收機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，對(duì)信號(hào)的傳遞距離進(jìn)行判斷。通過(guò)探測(cè)儀可以對(duì)管線密集段進(jìn)行測(cè)量，使目標(biāo)管線處于感應(yīng)激發(fā)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)高信噪比檢測(cè)形式，保障檢測(cè)過(guò)程能夠有效展開(kāi)，提高對(duì)干擾的抵抗能力，對(duì)管線位置進(jìn)行精準(zhǔn)確定。對(duì)于部分金屬管線，受到使用年限的影響，存在著銹蝕現(xiàn)象，將會(huì)影響到管線的導(dǎo)電性，導(dǎo)致無(wú)法對(duì)管線進(jìn)行充電，降低電磁法檢測(cè)的識(shí)別效率。為此，可以采用非金屬測(cè)量手段，利用高頻電磁波法，對(duì)電導(dǎo)性差的金屬管線進(jìn)行測(cè)量，對(duì)無(wú)法精準(zhǔn)測(cè)量的管線進(jìn)行測(cè)量[7]。

3.2 各類非金屬管線測(cè)量

城市地下管線中存在著非金屬管線，如排污、燃?xì)?、通訊等，管線材質(zhì)差異性較大，需要采用非金屬類管線探測(cè)技術(shù)，對(duì)管線所處位置進(jìn)行分析，保障探測(cè)精度能夠得到毫米級(jí)別。非金屬管線可通過(guò)雷達(dá)進(jìn)行檢測(cè)，將電磁波向地面進(jìn)行發(fā)射，利用反射原理確定管線的位置，使管線能夠得到精準(zhǔn)測(cè)量。通過(guò)雷達(dá)能夠?qū)崿F(xiàn)如下參數(shù)的測(cè)量：1)管徑。根據(jù)電磁波的反射情況獲得管線的形狀，對(duì)管徑的大小進(jìn)行檢驗(yàn)，明確管徑的變化情況；2)管深。對(duì)發(fā)射點(diǎn)與反射點(diǎn)的距離進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)量出管線的深度，確定地質(zhì)條件對(duì)管線的影響，判斷管線是否存在下沉的情況；3)確保管線的位置信息，通過(guò)雷達(dá)沿著管線走向進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)管線的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行判斷，對(duì)規(guī)則管線之間的距離進(jìn)行測(cè)量，判斷出管線的分布情況。

以某城市管線測(cè)量為例，采用RD1100探地雷達(dá)作為測(cè)量?jī)x器，內(nèi)置GPS定位系統(tǒng)，根據(jù)電磁波反射情況對(duì)地下物體進(jìn)行成像，且具有較高的分辨率。通過(guò)探地雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸檢測(cè)，避免采用挖掘檢測(cè)的方式，保證管道所處環(huán)境的相對(duì)安全，避免對(duì)管道造成損傷。在該工程下，需要對(duì)管線進(jìn)行更換，使管線能夠得到必要的維護(hù)。測(cè)量參數(shù)包括管徑、管深、位置等，對(duì)替換管線的型號(hào)進(jìn)行判斷，通過(guò)管深確定挖掘的深度，提高管線的挖掘精度，防止挖掘裝置觸碰到管線。由此可見(jiàn)，地下管線測(cè)量是保證工程開(kāi)展的關(guān)鍵，對(duì)管線施工過(guò)程具有輔助作用，提前對(duì)管線施工過(guò)程進(jìn)行判斷，制定出符合實(shí)際情況的施工方案，保障管線作業(yè)能夠順利進(jìn)行，對(duì)城市地下管線的施工質(zhì)量進(jìn)行控制[8]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，管線是城市建設(shè)的重要組成部分，需要做好地下管線的測(cè)量工作，對(duì)管線信息進(jìn)行明確，使管線的測(cè)量能夠執(zhí)行到位，排除不利因素對(duì)管線測(cè)量的干擾。地下管線測(cè)量是實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)控制的關(guān)鍵，需要合理對(duì)測(cè)量技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，對(duì)管道定期進(jìn)行檢測(cè)，將探測(cè)裝置用在管線測(cè)量中，確保管線測(cè)量方法的可行性，保障地下管線的測(cè)量效率。