現(xiàn)代測繪技術(shù)在地下管線測量中的應(yīng)用

梁雅琦

（山西冶金巖土工程勘察有限公司，山西 太原 030000）

地下管線網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代城市基礎(chǔ)設(shè)施的核心組成部分，用于供水、天然氣、污水處理、電力傳輸和通信等重要服務(wù)，相關(guān)管線的安全性和有效性對城市居民的生活質(zhì)量至關(guān)重要，由于地下管線位于地下，它們的準(zhǔn)確測量和管理一直是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)[1]。傳統(tǒng)的地下管線測量方法通常涉及大量人工挖掘和測量，這不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還容易導(dǎo)致地下管線的不必要損害，傳統(tǒng)方法在提供準(zhǔn)確的位置和屬性數(shù)據(jù)方面存在一定的限制，現(xiàn)代測繪技術(shù)的應(yīng)用已成為解決這些問題的關(guān)鍵。隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代測繪技術(shù)如地面雷達(dá)、激光掃描和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等，為地下管線測量提供了新的工具和方法，相關(guān)技術(shù)不僅可以提供高精度的地理位置信息，還可以降低地下設(shè)施損害的風(fēng)險(xiǎn)。

1 地下管線測量的要求與難點(diǎn)

精確的地下管線測量至關(guān)重要，特別是在高密度城市地區(qū)，以避免損壞地下基礎(chǔ)設(shè)施或引發(fā)事故，通常需要達(dá)到亞米級或更高的精度，具體實(shí)施過程中不僅需要測量管線的位置，還需要記錄管線的屬性數(shù)據(jù)，如管道類型、直徑、材料、年限、維護(hù)歷史等，相關(guān)數(shù)據(jù)對于管線的管理和維護(hù)至關(guān)重要。在具體測量階段，應(yīng)該通過有效手段避免對地下管線造成損壞或破壞是一項(xiàng)基本要求，非破壞性測量方法，如地面雷達(dá)、激光掃描和電磁檢測，變得至關(guān)重要，且部分應(yīng)用需要實(shí)時(shí)或持續(xù)性的地下管線數(shù)據(jù)，以確保安全和監(jiān)控管線的狀態(tài)。這要求數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)傳輸和分析數(shù)據(jù)[2]。除此之外，測量數(shù)據(jù)需要與GIS 系統(tǒng)集成，以將地下管線信息與其他地理數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來，從而更好地管理城市基礎(chǔ)設(shè)施。地下環(huán)境通常復(fù)雜多變，包括各種地下設(shè)施、巖石、土壤和水文條件，使得地下管線測量變得更具挑戰(zhàn)性，因?yàn)椴煌瑮l件需要不同的測量方法，某些管線位于較深的地下，難以直接測量。測量深部管線需要更高級別的技術(shù)和設(shè)備，且不同類型和材料的管線需要不同的測量方法[3]。金屬管道、塑料管道、混凝土管道等需要不同的探測技術(shù)，且考慮到地下管線位于難以訪問的區(qū)域，如建筑物下方、道路下方或河床下方，使得數(shù)據(jù)采集變得更加復(fù)雜。

2 現(xiàn)代測繪技術(shù)在地下管線測量中的應(yīng)用

2.1 地理信息系統(tǒng)

現(xiàn)代測繪技術(shù)在地下管線測量中的應(yīng)用之一是地理信息系統(tǒng)（GIS）。GIS 是一種用于管理、分析和可視化地理數(shù)據(jù)的強(qiáng)大工具，GIS 系統(tǒng)在地下管線測量中發(fā)揮著重要作用。首先，GIS 允許測量師將地下管線的位置、屬性和狀態(tài)納入一個統(tǒng)一的數(shù)字平臺，使得管線數(shù)據(jù)的存儲、管理和檢索變得更加高效，每個管線的詳細(xì)信息，如管道類型、直徑、材料、年限、維護(hù)歷史等，可以被存儲在GIS 數(shù)據(jù)庫中。其次，GIS 可用于準(zhǔn)確定位地下管線。通過結(jié)合全球定位系統(tǒng)（GPS）數(shù)據(jù)，測量師可以在地圖上標(biāo)示出管線的確切位置，對于城市規(guī)劃和施工工程的進(jìn)行非常有幫助，并且GIS可以用于檢測地下管線與其他地下設(shè)施（如電纜、排水管道等）之間的沖突[4]。這有助于避免在施工過程中意外破壞其他基礎(chǔ)設(shè)施。最后，GIS 可以用于評估地下管線的安全風(fēng)險(xiǎn)，通過分析地下管線的位置和屬性，可以確定潛在的風(fēng)險(xiǎn)因素，并采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣頊p少風(fēng)險(xiǎn)，在緊急情況下，GIS 可以用于迅速定位地下管線的位置，以支持緊急響應(yīng)和修復(fù)工作，對于快速處理泄漏、爆炸或其他管線問題至關(guān)重要，并且GIS 可以將地下管線數(shù)據(jù)以圖形方式呈現(xiàn)，使非專業(yè)人員也能容易理解，有助于政府、市民和其他利益相關(guān)方更好地了解城市基礎(chǔ)設(shè)施。

圖1 基于激光掃描的地下管線建模

2.2 地面雷達(dá)

現(xiàn)代測繪技術(shù)中，地面雷達(dá)是一種非破壞性的測量技術(shù)，通過發(fā)射無線電波來探測地下物體，包括地下管線，地面雷達(dá)可以用于精確探測地下管線的位置和深度，雷達(dá)波會穿透地下并反射回來，從而提供有關(guān)管線的位置和深度信息。這可以避免挖掘地面以查找管線，從而減少了潛在的損壞風(fēng)險(xiǎn)[5]。一方面，地面雷達(dá)能夠識別管線的類型和材料，如金屬管道、塑料管道、混凝土管道等，對于決定管線的性質(zhì)和狀況非常有用，除了管線，地面雷達(dá)還可以檢測其他地下障礙物，如巖石、樹根、地下垃圾等，具體應(yīng)用過程中使用地面雷達(dá)進(jìn)行多點(diǎn)測量，可以生成地下管線的三維映射，能夠更全面地了解管線的布局和關(guān)聯(lián)，為城市規(guī)劃和施工提供有用的信息。另一方面，地面雷達(dá)可以用于評估地下管線對周圍環(huán)境的影響，例如地下水位、土壤穩(wěn)定性等，對于環(huán)境評估和管線維護(hù)決策非常有幫助，且地面雷達(dá)可用于管線的定期檢測和維護(hù)，通過監(jiān)測管線的變化和狀態(tài)，可以及早發(fā)現(xiàn)問題并采取必要的維修措施。除此之外，相比于其他的檢測方法而言，地面雷達(dá)是一種非破壞性檢測方法，可以在不破壞地下管線的情況下獲得信息，有助于維護(hù)管線的完整性和延長使用壽命。

2.3 激光掃描

激光掃描技術(shù)在地下管線測量中的應(yīng)用是一項(xiàng)具有巨大潛力的現(xiàn)代測繪方法。激光掃描利用激光束的測量，可以生成地下管線的三維模型，提供有關(guān)管線位置、深度、材料和形狀等多方面信息。以下是激光掃描在地下管線測量中的應(yīng)用：（1）地下管線定位：激光掃描技術(shù)可以用于準(zhǔn)確測量地下管線的位置，激光掃描設(shè)備發(fā)射激光束并測量其反射時(shí)間，從而確定管線的位置和深度，以亞毫米級的精度。（2）管線深度測量：激光掃描可以提供管線的精確深度信息，有助于避免誤挖或損壞地下管線，特別是在需要進(jìn)行施工或維修工作時(shí)。（3）管線材料識別：激光掃描還可以用于識別地下管線的材料，如金屬、塑料、混凝土等。這有助于確定管線的性質(zhì)和潛在的腐蝕或老化問題。（4）三維管線映射：使用激光掃描進(jìn)行多點(diǎn)測量，可以生成地下管線的三維模型。這提供了管線布局和關(guān)聯(lián)的詳細(xì)信息，對城市規(guī)劃和設(shè)計(jì)工作非常有用。（5）管線健康監(jiān)測：激光掃描可以用于定期監(jiān)測地下管線的狀態(tài)和變化。這有助于提早發(fā)現(xiàn)問題，如管線腐蝕、裂縫或位移，以進(jìn)行維修和維護(hù)。（6）環(huán)境影響評估：激光掃描技術(shù)可以用于評估地下管線對周圍環(huán)境的影響，如地下水位、土壤變化等。這對于環(huán)境評估和規(guī)劃決策非常有用。

2.4 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在地下管線測量中的應(yīng)用是一種重要而廣泛的現(xiàn)代測繪技術(shù)。主要的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)包括全球定位系統(tǒng)（GPS）以及其他衛(wèi)星定位系統(tǒng)，如伽利略、格洛納斯和北斗。首先，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可用于準(zhǔn)確測量地下管線的位置。使用GPS 接收器或其他衛(wèi)星定位設(shè)備，測量師可以標(biāo)識管線的確切地理坐標(biāo)，包括經(jīng)度、緯度和海拔高度，具體應(yīng)用過程中可以通過在地面上定位參考點(diǎn)，然后將GPS 設(shè)備附加到探測設(shè)備上，可以估算地下管線的深度，提供了有關(guān)管線深度和地面覆蓋的信息，有助于避免誤挖和損壞。其次，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可用于繪制地下管線的地圖，通過定期記錄和上傳地下管線的位置數(shù)據(jù)，可以創(chuàng)建詳細(xì)的地圖，顯示管線的布局和關(guān)聯(lián)性，在施工和維護(hù)工作中，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可用于引導(dǎo)設(shè)備和工程人員，以確保工作按照計(jì)劃進(jìn)行并避免損壞地下管線。這提高了施工的效率和安全性。最后，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)允許緊急響應(yīng)人員快速準(zhǔn)確地定位地下管線，以支持緊急維修工作，如泄漏、爆炸或其他管線問題的處理，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)可以與地理信息系統(tǒng)（GIS）集成，以將地下管線數(shù)據(jù)與其他地理數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來。這提供了更全面的城市基礎(chǔ)設(shè)施管理。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在地下管線測量中的應(yīng)用提供了高精度的位置信息，有助于避免地下基礎(chǔ)設(shè)施的損壞，提高城市基礎(chǔ)設(shè)施管理的效率和安全性。

3 現(xiàn)代測繪技術(shù)在地下管線測量中的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 加強(qiáng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性

加強(qiáng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性在地下管線測量中至關(guān)重要，尤其是現(xiàn)代測繪技術(shù)應(yīng)用的過程中，充分提升測繪技術(shù)的應(yīng)用效果需要良好的數(shù)據(jù)保障。首先，盡選擇高精度的測量設(shè)備，如精確的全球定位系統(tǒng)（GPS）、激光掃描儀和地面雷達(dá)，以確保準(zhǔn)確測量地下管線的位置和深度，對于硬件設(shè)備，需要安排技術(shù)人員定期校準(zhǔn)和維護(hù)測量設(shè)備，以確保其性能始終處于最佳狀態(tài)，設(shè)備的不準(zhǔn)確性會導(dǎo)致數(shù)據(jù)的誤差。一方面，使用已知位置的參考點(diǎn)來校準(zhǔn)測量設(shè)備，進(jìn)行控制測量以驗(yàn)證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，并進(jìn)行多次獨(dú)立的測量以驗(yàn)證數(shù)據(jù)的一致性。如果多次測量結(jié)果相符，那么數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性更有信服力。另一方面，對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)的數(shù)據(jù)處理和校正，以去除誤差并提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在此基礎(chǔ)上將測量數(shù)據(jù)與GIS 系統(tǒng)集成，利用GIS 的精確性和數(shù)據(jù)驗(yàn)證功能，提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量。除此之外，在數(shù)據(jù)收集后，進(jìn)行數(shù)據(jù)審核和審查，以查找潛在的錯誤或不一致性，修復(fù)任何錯誤以確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，并詳細(xì)記錄和文檔測量活動，包括測量條件、設(shè)備規(guī)格和任何校準(zhǔn)或校正步驟，有助于追蹤和驗(yàn)證數(shù)據(jù)的來源和準(zhǔn)確性。通過采用這些要點(diǎn)，可以提高地下管線測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，確保數(shù)據(jù)可靠性，有助于更好地管理和維護(hù)城市基礎(chǔ)設(shè)施。

3.2 提升數(shù)據(jù)整合效果

現(xiàn)代測繪技術(shù)采集的數(shù)據(jù)內(nèi)容應(yīng)使用通用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式進(jìn)行存儲，以確保不同來源的數(shù)據(jù)能夠互相整合，具體包括坐標(biāo)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和元數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)采集的早期階段，采取措施確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性，應(yīng)該包括設(shè)備校準(zhǔn)、檢查數(shù)據(jù)完整性和清除任何錯誤或異常數(shù)據(jù)。首先，需要記錄詳細(xì)的元數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)采集的日期、設(shè)備規(guī)格、地點(diǎn)信息以及數(shù)據(jù)質(zhì)量控制過程。元數(shù)據(jù)可幫助追蹤數(shù)據(jù)的來源和背景信息，在數(shù)據(jù)整合前，對數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和校正。這包括去除不一致性、錯誤或缺失的數(shù)據(jù)，以確保數(shù)據(jù)的質(zhì)量。其次，統(tǒng)一數(shù)據(jù)的命名約定和屬性標(biāo)簽，以確保數(shù)據(jù)一致性和可比性，包括管線屬性信息，如管道類型、直徑和材料，可以使用專門的數(shù)據(jù)整合平臺或地理信息系統(tǒng)（GIS）工具，以整合來自不同測繪技術(shù)的數(shù)據(jù)，并將其關(guān)聯(lián)起來。最后，應(yīng)該確保數(shù)據(jù)保持最新。定期更新和維護(hù)數(shù)據(jù)，以反映地下管線的實(shí)際狀態(tài)變化，采取適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)安全措施，保護(hù)敏感數(shù)據(jù)，確保只有授權(quán)人員可以訪問和處理數(shù)據(jù)。除此之外，應(yīng)該確保整合團(tuán)隊(duì)成員具備必要的技能和知識，以正確使用整合工具和技術(shù)，并定期監(jiān)控整合的數(shù)據(jù)以檢測潛在的問題，如數(shù)據(jù)沖突或不一致性。進(jìn)行數(shù)據(jù)審核和審查，以維護(hù)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，提供易于共享和可視化的數(shù)據(jù)，以便不同利益相關(guān)方能夠訪問和理解數(shù)據(jù)。通過遵循這些要點(diǎn)，可以提升數(shù)據(jù)整合效果，支持更好的地下管線測量數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用，同時(shí)減少數(shù)據(jù)不一致性和冗余。

4 結(jié)語

在現(xiàn)代測繪技術(shù)的支持下，地面雷達(dá)、激光掃描和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等技術(shù)提供了更準(zhǔn)確、高效且非破壞性的測量方法，減少了地下管線損害的風(fēng)險(xiǎn)，通過提升數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和數(shù)據(jù)整合效果，能夠更好地理解和管理地下管線網(wǎng)絡(luò)，提高城市基礎(chǔ)設(shè)施的可持續(xù)性，并且現(xiàn)代測繪技術(shù)的應(yīng)用為城市規(guī)劃和發(fā)展提供了有力的工具，有助于確保地下管線的安全性和有效性。