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)于金屬管線的測量和定位技術(shù)研究一直都沒有停下腳步，信息時代的到來更是將管線的測量與計算機(jī)結(jié)合起來。而涉及到管線測量這種需要專業(yè)技術(shù)人員工程，測量方式是否安全可靠也是我們所必需關(guān)注的，如何設(shè)計出高效的地下金屬管線的測量定位方法和對該方法如何進(jìn)行安全性評估是本文探究的重點(diǎn)。

1 地下金屬管線綜合測量和評估方法

1.1 管線種類

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?。土質(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的增多，測量方式也必需實(shí)時更新。

表1 金屬管線種類

1.2 地下金屬管線綜合測量

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)計的地下實(shí)時定位系統(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，借助專業(yè)儀器可以直接讀取數(shù)據(jù)。而隱藏管線測量難度較大，同一土層平面可以等效中心修正定位，RTK測算實(shí)時位置，等比值法確定深度。測算實(shí)時距離的時候可以使用輔助測量儀。

在測量管道之前首先要給管道提供測量條件，RTK定位測繪在測量時周圍磁場信號會十分紊亂[1]，在測量之前要用屏蔽器排除其他磁場信號的干擾，提升RTK接收地下傳送信號的質(zhì)量確保測量精度。為了校驗(yàn)地下金屬管線的走向，要調(diào)試好測量電流。在制定測量規(guī)劃時要將安全性也考慮進(jìn)來，保證重點(diǎn)環(huán)節(jié)相應(yīng)的監(jiān)測質(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)，只能被動定位。二維定位模式可以縮小定位范圍進(jìn)行主動定位，實(shí)現(xiàn)動態(tài)實(shí)時定位。RTK定位測繪首先要建立客戶端，客戶端既能接收衛(wèi)星信號又能記錄該信號留下的信息。信息記錄完整后開始布置管線的排布。RTK定位和GPS不同的地方在于它結(jié)合了通訊、無線電波和動態(tài)監(jiān)測。這些優(yōu)勢都能給予測量質(zhì)量一定的保證。進(jìn)行精準(zhǔn)測量之后使用電子測繪技術(shù)對地質(zhì)和環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)微處理，處理流程如下圖。

RTK定位信號將測繪數(shù)據(jù)傳輸后，將對應(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)過測繪儀的計算處理就整理出地下金屬管線圖紙。

地下金屬管線測量精度如果不夠，存在較大誤差，那么資料記錄就是錯誤的，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)計劃又要開始實(shí)施了。金屬管線測量的任務(wù)應(yīng)接不暇，一旦不及時就會影響城市建設(shè)的進(jìn)度，如果能夠研究降低誤差值的測量方法勢必節(jié)省了很多返工時間。

圖1 RTK定位測量法步驟

1.3 地下金屬管線綜合安全評估

地下金屬管線綜合測量的目的是保證基礎(chǔ)設(shè)施的安全，對其進(jìn)行安全評估具體步驟如下：首先將綜合測量的環(huán)境因素、經(jīng)濟(jì)因素執(zhí)行為一級指標(biāo)。然后管線測量可以進(jìn)行初步的安全評估。無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)時最需要注意的危險源頭[2]，除了二氧化碳和甲醛這些常見的有害氣體，還有可燃?xì)怏w一旦遇到高溫就會引起爆炸。人工測量會有吸入有毒氣體的危險，供暖管道和發(fā)電輸電的電纜會造成高溫燙傷和觸電風(fēng)險。模糊綜合評估法兼顧管線本身和周遭環(huán)境的狀況，對有害氣體進(jìn)行探測，對當(dāng)下測量環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測。如果發(fā)現(xiàn)危險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。管線測量的快速安全評估可參照模糊綜合評價法。

第二步通過層次分析依據(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)行針對性評價[3]。測量工人首先要具備一定的使用測量設(shè)備的能力，錯誤操作是危險源之一，周遭環(huán)境的變化對地下金屬管線的測量有物理方面的影響，高大的建筑物會阻礙信號的收發(fā)，導(dǎo)致測量結(jié)果有不準(zhǔn)確。層次分析法可以準(zhǔn)確的對風(fēng)險源進(jìn)行計算，安全評估公式如下：

其中A是安全評估中的等級數(shù)，V是測量評估中的安全因素，R是測量評估中的風(fēng)險因素。而公式中V和R都是百分?jǐn)?shù)形式體現(xiàn)，V是由于RTK定位測量法的安全得分與正常安全系數(shù)的比。風(fēng)險則是RTK定位測量法的危險源評估得分與正常風(fēng)險系數(shù)的比值。通過公式計算，經(jīng)與地下金屬管道安全等級表數(shù)值比較，得出了較高的安全等級結(jié)論。

2 測量誤差測試

提出對比實(shí)驗(yàn)，對比直接感應(yīng)法和信號夾鉗法兩種傳統(tǒng)測量方案與本文提出的RTK定位測量法測量同一段地下金屬管線，對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 測試流程

地下金屬管道測量一般采用直接感應(yīng)法，使用測量設(shè)備直接測量，測量原理是利用電磁場感應(yīng)經(jīng)發(fā)射信號定位到管線的金屬層，利用金屬對電磁的反應(yīng)進(jìn)項信號接收。測量后需要立即斷開電磁磁鐵兩級，完成測量。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)測量方法對于交叉的部分會有遺漏。

另一種常用的測量方法叫信號夾鉗法，直接將電磁鐵套在金屬管線上，觀察電流信號的強(qiáng)弱，以此來測量地下金屬管線。因?yàn)樾盘枈A鉗法直接接觸管線，探測精準(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)行二次測量不能挖開測量所以使用場合受限。

以上兩種傳統(tǒng)方法都是最常用的測量地下金屬管線的方式。先選取一段經(jīng)過開挖驗(yàn)證已有精確數(shù)據(jù)的地下管線。將三種方式測試結(jié)果進(jìn)行對比，按照地下管線測量精度標(biāo)準(zhǔn)為：管線實(shí)際平面誤差不超過0.5+0.05厘米，管線深度誤差不能查過5+0.5厘米，實(shí)際深度誤差不能超過5+0.5厘米。管線測試結(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)法只利用電磁磁場對電流的感應(yīng)進(jìn)行測量，信號夾鉗法只利用直接套在管線上進(jìn)行測量，一旦電磁信號遭到干擾或者無法直接接觸到管線，最終的測量結(jié)果都會產(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)行測量，對于測量數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)的誤差值，數(shù)據(jù)如下表：

表2 誤差值對比

將測量結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，運(yùn)用以上三種測量方式的測量誤差均在標(biāo)準(zhǔn)誤差范圍內(nèi)，直接感應(yīng)法和信號夾鉗法是傳統(tǒng)測量方法中誤差值比較小的兩種方法。信號夾鉗法和RTK定位測量法誤差值接近，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)方法的缺陷和問題，在地下金屬管線測量的技術(shù)上又向前邁出了一步。

3 結(jié)語

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