滕松,王祥,李浩,耿勝輝(武漢市測(cè)繪研究院,湖北武漢 430022)

論儀器一致性檢驗(yàn)在管線探測(cè)方法選取中的應(yīng)用

滕松?,王祥,李浩,耿勝輝
(武漢市測(cè)繪研究院,湖北武漢 430022)

摘 要:利用管線探測(cè)儀進(jìn)行管線探測(cè)時(shí),常常需要根據(jù)管線的地球物理特性選擇合適的探測(cè)方法。不合適的探測(cè)方法,不僅直接影響探測(cè)精度,甚至?xí)斐慑e(cuò)探、漏探的嚴(yán)重后果。科學(xué)評(píng)估各類因素對(duì)探測(cè)精度的影響,并采取最佳探測(cè)方法是保障管線成果安全可靠的重要手段。本文首先對(duì)管線探測(cè)儀進(jìn)行了一致性檢驗(yàn),在此基礎(chǔ)上從儀器頻率、激發(fā)方式、管線類別三個(gè)方面分別對(duì)探測(cè)精度進(jìn)行比對(duì)分析,總結(jié)了在不同環(huán)境下選擇最佳探測(cè)方法的一般規(guī)律。最后結(jié)合管線探測(cè)實(shí)際案例檢驗(yàn)了該規(guī)律的適用性及正確性。

關(guān)鍵詞:地下管線;儀器一致性檢驗(yàn);探測(cè)方法;地球物理特征

1 引 言

隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大,地下管線敷設(shè)日益增多,管線密度逐漸遞增。在地下管線“密”、“雜”、“亂”現(xiàn)象日趨嚴(yán)重的局面下[1],管線普查這項(xiàng)基礎(chǔ)工作的重要性變得愈加突出。特別是在2014年6月國(guó)務(wù)院辦公廳下發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)城市地下管線建設(shè)管理的指導(dǎo)意見(jiàn)》后,管線普查的浪潮席卷全國(guó),多數(shù)中等及小型城市也紛紛開(kāi)始管線普查的前期走訪、調(diào)研,積極投入到這項(xiàng)工作當(dāng)中。隨著管線普查工作在全國(guó)大規(guī)模的開(kāi)展,每個(gè)城市都投入了大量的金屬管道探測(cè)儀。眾所周知,管線探測(cè)儀若不經(jīng)過(guò)儀器一致性檢驗(yàn),將無(wú)法準(zhǔn)確獲知儀器與測(cè)區(qū)地球物理要素之間的耦合程度,探測(cè)得到的管線平面位置和埋設(shè)深度會(huì)與實(shí)際位置存在偏差,直接影響管線普查工程的成果質(zhì)量。本文闡述了儀器一致性檢驗(yàn)方法及評(píng)定方式,并利用管線普查儀器一致性檢驗(yàn)成果,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了系統(tǒng)比對(duì)和分析,總結(jié)了在不同地球物理?xiàng)l件和不同管類下,管線探測(cè)的一般規(guī)律。

2 儀器一致性檢驗(yàn)方法及成果評(píng)定

2．1儀器一致性檢驗(yàn)方法

2．1．1 校驗(yàn)點(diǎn)的選取

開(kāi)展儀器一致性檢驗(yàn)之前,需要在普查范圍內(nèi)選取一批已知的管線點(diǎn)作為檢核的依據(jù),這些點(diǎn)稱為校驗(yàn)點(diǎn)。對(duì)于一般管線普查工程而言,無(wú)論測(cè)區(qū)范圍大小,校驗(yàn)點(diǎn)個(gè)數(shù)應(yīng)大于15個(gè),且在測(cè)區(qū)內(nèi)呈均勻分布。除此之外,校驗(yàn)點(diǎn)的選取還應(yīng)符合以下要求:

(1)校驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)選在管線較為單一區(qū)域,防止其他管線電磁干擾;

(2)給水、燃?xì)狻⑼ㄐ?、電力、熱力類管線應(yīng)分別選取不少于3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行校驗(yàn),管徑及斷面尺寸不宜過(guò)小;

(3)校驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)具有準(zhǔn)確可靠的平面及深度成果資料,以便與檢驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì);

(4)選取的校驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)相對(duì)穩(wěn)定牢固、不易損毀,以便在普查期間能進(jìn)行復(fù)查。

選好校驗(yàn)點(diǎn)后應(yīng)在實(shí)地做好標(biāo)記,記錄各點(diǎn)的附屬信息,包括管線類別、材質(zhì)、管徑、平面坐標(biāo)、真實(shí)埋深等,并繪制點(diǎn)之記。

2．1．2 一致性的測(cè)定方法

將擬投入使用的一批管線探測(cè)儀在相同激發(fā)方式和頻率下對(duì)校驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行檢驗(yàn)的過(guò)程,稱為儀器的一致性測(cè)定。將探測(cè)結(jié)果與校驗(yàn)點(diǎn)的實(shí)際平面位置及埋深數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì),即可求出該批儀器的觀測(cè)精度[2]。

觀測(cè)精度又稱為儀器一致性檢驗(yàn)均方差,包括平面均方差和深度均方差2個(gè)指標(biāo)。它們的計(jì)算公式分別為:

式中:M均s——平面均方差;

M均h——深度均方差;

△si——某次檢驗(yàn)探測(cè)的平面位置值與該點(diǎn)實(shí)際位置之差;

△hi——某次檢驗(yàn)探測(cè)的深度值與該點(diǎn)實(shí)際埋深之差;

m——總觀測(cè)次數(shù),即參加校驗(yàn)的所有點(diǎn)全部觀測(cè)次數(shù)之和;

n——參與校驗(yàn)的點(diǎn)數(shù)。

平面均方差和深度均方差分別有其對(duì)應(yīng)的平面限差和深度限差,它們的計(jì)算公式分別為:

式中:δts——平面限差;

δth——深度限差;

hi——某次檢驗(yàn)探測(cè)的深度值;

m——總觀測(cè)次數(shù)。

對(duì)于一般普查工程,當(dāng)均方差小于限差的1/2時(shí),可認(rèn)為儀器一致性良好[3]。對(duì)于探測(cè)精度要求較高的工程,均方差應(yīng)小于限差的1/3。

2．2一致性評(píng)定

利用上述計(jì)算公式,即可對(duì)擬投入使用的探測(cè)儀進(jìn)行一致性評(píng)定。若儀器均方差超過(guò)規(guī)定限差,應(yīng)剔除定位或定深誤差最大的探測(cè)儀數(shù)據(jù),重新計(jì)算均方差,直至儀器一致性滿足要求。不滿足精度要求的探測(cè)儀,嚴(yán)禁投入生產(chǎn)使用。

一是抓牢組建工作，夯實(shí)黨組織基礎(chǔ)。組建黨的組織是搞好非公有制經(jīng)濟(jì)組織黨建工作的基礎(chǔ)，發(fā)展黨員工作又是組建黨的組織的關(guān)鍵點(diǎn)和基礎(chǔ)。首先，要始終抓住發(fā)展黨員工作不動(dòng)搖，把一線生產(chǎn)能手培養(yǎng)成中層骨干，把中層骨干培養(yǎng)成入黨積極分子，把入黨積極分子培養(yǎng)成合格黨員。要健全黨員能進(jìn)能出機(jī)制，優(yōu)化黨員隊(duì)伍結(jié)構(gòu)，重視從青年工人、農(nóng)民工和知識(shí)分子中發(fā)展黨員。要?jiǎng)?chuàng)新黨組織設(shè)置模式，全面推進(jìn)非公經(jīng)濟(jì)組織黨組織建設(shè)的“全覆蓋”。積極落實(shí)十八大報(bào)告精神，以服務(wù)群眾、做群眾工作為主要任務(wù)，加強(qiáng)基層服務(wù)型黨組織建設(shè)，以黨的基層組織建設(shè)帶動(dòng)其他各類基層組織建設(shè)。

本文根據(jù)武漢市管線普查與更新工程中,河北九華公司4臺(tái)金屬管線探測(cè)儀(3臺(tái)RD8000,1臺(tái)G2)的儀器一致性檢驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù),對(duì)整批儀器進(jìn)行精度評(píng)定。本次共選取20個(gè)校驗(yàn)點(diǎn),其中給水點(diǎn)6個(gè)、燃?xì)恻c(diǎn)3個(gè)、通信點(diǎn)5個(gè),電力點(diǎn)2個(gè),路燈點(diǎn)2個(gè)、熱力點(diǎn)2個(gè)。激發(fā)方式涵蓋感應(yīng)法、直連法、夾鉗法3種。RD8000工作頻率包括33 KHz和65 KHz兩種,G2儀器的工作頻率為38 KHz和80 KHz兩種。表1為儀器一致性對(duì)比檢驗(yàn)記錄表(部分)。

管線探測(cè)儀一致性對(duì)比檢驗(yàn)記錄表 表1

經(jīng)計(jì)算,4臺(tái)探測(cè)儀的深度均方差為4．32 cm,平面均方差為3．41 cm,深度限差為19．68 cm,平面限差為13．12 cm。均方差均小于儀器對(duì)應(yīng)限差的1/3,表明該批次探測(cè)儀一致性良好。

在儀器一致性良好的基礎(chǔ)上,還應(yīng)進(jìn)一步對(duì)單臺(tái)儀器的一致性試驗(yàn)曲線進(jìn)行比較,若發(fā)現(xiàn)某臺(tái)儀器的曲線形態(tài)與其他儀器不一致,或出現(xiàn)常數(shù)差[2],則該臺(tái)儀器應(yīng)禁止投入使用。

圖1為上述4臺(tái)探測(cè)儀的深度一致性曲線,從圖中可以看出儀器A與其他3臺(tái)儀器相比,在曲線形態(tài)、深度變化范圍上呈現(xiàn)出較大的波動(dòng),說(shuō)明其一致性較差,在管線普查工程中應(yīng)禁止使用。

圖1　探測(cè)儀深度一致性試驗(yàn)曲線

3 儀器一致性數(shù)據(jù)深度剖析

3．1探測(cè)數(shù)據(jù)擴(kuò)展

管線普查時(shí),根據(jù)管線類別選擇合適的激發(fā)方式和頻率,往往能達(dá)到事半功倍的效果。因此,為了尋找不同管線的最佳頻率和最佳激發(fā)方式,我們對(duì)儀器一致性檢驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了擴(kuò)展。具體來(lái)講,即增加了不同頻率和不同激發(fā)方式下校驗(yàn)點(diǎn)的檢測(cè),以達(dá)到方法試驗(yàn)的目的。擴(kuò)展后的儀器一致性檢驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

管線探測(cè)儀一致性對(duì)比檢驗(yàn)記錄表 表2

3．2數(shù)據(jù)分析

考慮到樣本數(shù)量較少可能會(huì)由于粗差對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響,此次選定了5臺(tái)探測(cè)儀對(duì)15個(gè)校驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行了共計(jì)300次的檢測(cè),即每臺(tái)儀器對(duì)每個(gè)校驗(yàn)點(diǎn)均進(jìn)行了不同頻率和不同激發(fā)方式下的4次檢驗(yàn)。15個(gè)校驗(yàn)點(diǎn)中給水點(diǎn)5個(gè)、燃?xì)恻c(diǎn)3個(gè)、通信點(diǎn)5個(gè),電力點(diǎn)2個(gè)。經(jīng)過(guò)儀器一致性檢驗(yàn),整批儀器一致性滿足要求。在此基礎(chǔ)上,分別依據(jù)工作頻率、激發(fā)方式對(duì)不同管線精度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),并對(duì)管線類別本身對(duì)探測(cè)精度影響進(jìn)行了研究,以尋找最合適的探測(cè)方法及管線探測(cè)的規(guī)律。

3．2．1 頻率分析

本次試驗(yàn)共選擇了27 KHz、33 KHz、65 KHz、 83 KHz四種不同工作頻率。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的計(jì)算,分別得到了不同管類在這四種不同頻率下的平面誤差和深度誤差。平面和深度精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2和圖3所示。

圖2　各管類不同頻率探測(cè)平面誤差分布圖

圖3　各管類不同頻率探測(cè)深度誤差分布圖

從圖2可以發(fā)現(xiàn)這四種頻率對(duì)于各類管線平面位置影響均處于一個(gè)誤差較小且變化均衡的范圍內(nèi),高頻(65 KHz、83 KHz)探測(cè)精度稍高于低頻(27 KHz、 33 KHz)精度。其中,利用高頻探測(cè)電力管線時(shí),平面探測(cè)精度可以達(dá)到2．92 cm,高于其他三類管線精度。

從圖3可以發(fā)現(xiàn)給水、燃?xì)膺@兩類管線利用低頻( 27 KHz)探測(cè)深度誤差較大,采用33 KHz和65 KHz探測(cè)效果較好。四類管線里,電力、通訊探測(cè)深度受頻率影響較小,而給水、燃?xì)馓綔y(cè)深度受頻率影響較大。3．2．2 激發(fā)方式分析

本次試驗(yàn)選用了感應(yīng)法、直接法和夾鉗法三種常用的激發(fā)方式。其中給水、燃?xì)忸愡x用的是感應(yīng)法和直接法,電力和通訊類選用的是感應(yīng)法和夾鉗法。經(jīng)過(guò)計(jì)算,分析得到不同管類在不同激發(fā)方式下的平面和深度探測(cè)精度,結(jié)果如圖4和圖5所示。

從圖4可以發(fā)現(xiàn),四類管線無(wú)論選用何種激發(fā)方式,平面精度變化不大,且均在一個(gè)精度較高的誤差范圍內(nèi)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,感應(yīng)法比直接法和夾鉗法平面定位精度更高。這與我們管線探測(cè)作業(yè)中所認(rèn)為的直接法和夾鉗法精度一般高于感應(yīng)法的認(rèn)知稍有偏差,出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能由于試驗(yàn)點(diǎn)周圍無(wú)近距離平行管線干擾,探測(cè)環(huán)境較好所致。

從圖5可以發(fā)現(xiàn),四類管線中給水、電力深度精度變化受激發(fā)方式影響較為明顯。給水、電力類管線分別更適用于直接法和夾鉗法進(jìn)行探測(cè),而燃?xì)狻⑼ㄓ嶎惞芫€在選用不同激發(fā)方式時(shí)對(duì)深度無(wú)太大影響。因此,對(duì)于給水、電力類管線在條件允許時(shí)應(yīng)盡量使用直接法和夾鉗法進(jìn)行探測(cè),以保證探測(cè)精度符合要求。3．2．3 管類分析

圖4　各管類不同激發(fā)方式探測(cè)平面誤差分布圖

圖5　各管類不同激發(fā)方式探測(cè)深度誤差分布圖

根據(jù)本次試驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)管線本身對(duì)探測(cè)精度的影響也進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,其中給水、燃?xì)?、電力、通訊試?yàn)點(diǎn)數(shù)分別為100個(gè)、60個(gè)、40個(gè)、100個(gè)。統(tǒng)計(jì)了這四類管線的平面最大值、深度最大值、平面誤差和深度誤差,分析結(jié)果如圖6所示。

圖6　不同管類探測(cè)精度統(tǒng)計(jì)圖

從圖6統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出,利用管線探測(cè)儀對(duì)各種管線進(jìn)行探測(cè)時(shí),平面精度基本上都能夠得以保證,然而在深度的保證上,給水、燃?xì)?、電信類管線,探測(cè)值與真實(shí)值還有較大的差值,這與管線材質(zhì)有一定的關(guān)系。因此對(duì)于這三類管線,在實(shí)際探測(cè)前,應(yīng)根據(jù)管線材質(zhì)做深度檢驗(yàn)分析,尋找最為契合的深度改正公式[4]。

3．3規(guī)律總結(jié)

上述的三種統(tǒng)計(jì)試驗(yàn),分別探究了工作頻率、激發(fā)方式以及管線本身對(duì)平面精度和深度精度的影響。從試驗(yàn)結(jié)果中,觀察到不同探測(cè)方法和不同管類下探測(cè)精度存在差異?；谠囼?yàn)結(jié)果,總結(jié)出如下幾條規(guī)律:

(1)給水、燃?xì)?、電力、通訊四類管線探測(cè)時(shí),應(yīng)盡可能選用33 KHz和65 KHz的工作頻率。

(2)給水管類探測(cè)時(shí),直接法探測(cè)精度高于感應(yīng)法;電力管類探測(cè)時(shí),夾鉗法探測(cè)精度高于感應(yīng)法。

(3)電力管線探測(cè)精度明顯高于給水、燃?xì)狻⑼ㄓ嵢惞芫€,后三類管線探測(cè)時(shí),要做好深度校驗(yàn)。

4 實(shí)際案例檢驗(yàn)

良好的探測(cè)方法及適用規(guī)律,須經(jīng)過(guò)大量工程驗(yàn)證后才能放心使用。下面結(jié)合電力竣工工程,探討夾鉗法和感應(yīng)法下探測(cè)電力管線的深度值與真實(shí)值之間的差異狀況。

工程地點(diǎn)位于武漢市漢陽(yáng)區(qū)濱江大道,電力管線長(zhǎng)約1．6 km,其中有5段為頂管施工,頂管長(zhǎng)度接近500 m。其中不但要穿過(guò)給水、燃?xì)?、排水等眾多市政管?而且還要穿越漢陽(yáng)古城墻,施工難度可謂相當(dāng)大,管線最深處接近15 m,這給管線探測(cè)帶來(lái)了巨大困難。

本次試驗(yàn)中,選取了其中一段長(zhǎng)約63 m的頂管作為研究對(duì)象,以頂管施工中記錄下的導(dǎo)向儀頂進(jìn)深度作為原始參考數(shù)據(jù),分別利用夾鉗法和感應(yīng)法對(duì)該段管線每隔3 m進(jìn)行高密度定點(diǎn),得到了兩種不同激發(fā)模式下的探測(cè)深度。通過(guò)與原始數(shù)據(jù)比較,得到了如圖7所示的深度剖面圖。

圖7　電力管線深度剖面圖

通過(guò)深度剖面圖,可以直觀的發(fā)現(xiàn)夾鉗法探測(cè)深度與原始數(shù)據(jù)更為接近,感應(yīng)法探測(cè)深度與原始數(shù)據(jù)差異較大,這與本文3．3節(jié)總結(jié)的第二條規(guī)律相吻合,證明了規(guī)律的正確性。

5 結(jié)論與建議

5．1結(jié)論

通過(guò)對(duì)上述的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,可以得出如下結(jié)論:

(1)在管線普查和探測(cè)前,探測(cè)人員應(yīng)對(duì)探測(cè)儀進(jìn)行充分的一致性校驗(yàn)。在滿足精度要求的前提下,根據(jù)管線的性質(zhì),選取最為合理的探測(cè)方式;

(2)管線探測(cè)儀的工作頻率應(yīng)選擇中等頻率,激發(fā)方式盡可能以直接法和夾鉗法為主;

(3)不同管類被電磁波激發(fā)所產(chǎn)生的地球物理特性不同,對(duì)深度的影響也不均勻,因此需要進(jìn)行深度改正。

5．2建議

隨著城市的不斷發(fā)展,近間距平行管線、非金屬管線、球墨鑄鐵管線以及深埋管線已成為當(dāng)前管線普查中的難點(diǎn)問(wèn)題[1]。要解決此類問(wèn)題,除了要有可靠的理論研究和先進(jìn)的儀器設(shè)備作為保障外[1],還應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)儀器本身的性能研究,在工程中多分析、多試驗(yàn),不斷思考并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

總之,管線探測(cè)技術(shù)的深度研究是非常有必要的。盡管目前還有很多因素影響儀器的探測(cè)精度,但只要我們共同努力,定能不斷改進(jìn)探測(cè)方法,進(jìn)而提高探測(cè)精度。

參考文獻(xiàn)

[1] 王勇．城市地下管線探測(cè)技術(shù)方法研究與應(yīng)用[D]．吉林:吉林大學(xué)地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,2012．

[2] 杜良法,王少兵．城市地下管線普查中金屬管線探測(cè)儀一致性校驗(yàn)問(wèn)題探討[J]．華北科技學(xué)院學(xué)報(bào),2008,5 (2):44～47．

[3] 杜良法．地下管線探測(cè)中的物探方法試驗(yàn)和探測(cè)儀器一致性校驗(yàn)[J]．城市勘測(cè),2012(1):146～148．

[4] 楊志軍．地下管線電磁探測(cè)方法及誤差分析研究[D]．上海:上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院,2009．

Discussion on Coherence Checks of Apparatuses in Choosing Underground Pipeline Detecting Methods

Teng Song,Wang Xiang,Li Hao,Geng Shenghui
(Wuhan Geomatic Institute,Wuhan 430022,China)

Abstract:When we use pipeline instruments detecting pipelines,it is often required to choose the appropriate detecting methods according to geophysical characteristics．Inappropriate detecting methods,not only affect the accuracy of detection,even would cause the wrong probe or missing probe．Scientific assessment of the impact of various types of factors on the detection accuracy and take the best detection methods is an important means to ensure pipeline outcomes safe and reliable．Firstly,testing the consistency of pipeline instruments,then analyzing detection accuracy from instrument frequency,excitation mode and pipeline categories．Summarized general rules to select the best detecting methods in different environments．Finally,examining the applicability and correctness of rules by an actual pipeline case．

Key words:underground pipeline;coherence check;detect method;geophysics characteristic

文章編號(hào):1672-8262(2015)06-127-06中圖分類號(hào):P631．3+3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

收稿日期:?2015—09—01

作者簡(jiǎn)介:滕松(1988—),男,工程師,主要從事地下工程測(cè)量工作。