楊建峰，魏春曉，徐 曉

（1.煙臺帝峰信息技術有限公司，山東 煙臺 264010；2.煙臺市地理信息中心，山東 煙臺 264010）

目前為減少因施工而導致意外停水停電的情況、降低人員傷亡事故的發(fā)生[1]，以此為目的進行地下金屬管線探測已經(jīng)成為施工前必不可少的環(huán)節(jié)之一，基于三維GIS技術對地下金屬管線進行探測，獲取數(shù)據(jù)參數(shù)，本文主要對獲取的數(shù)據(jù)參數(shù)進行測試。運用三維GIS技術獲取金屬管線探測數(shù)據(jù)參數(shù)，將數(shù)據(jù)輸入到GPR參數(shù)測試模型中，通過模型的測試，對管線定位區(qū)域的覆蓋面進行掃描處理，得到雙曲線圖像，根據(jù)雙曲線圖像得出參數(shù)測試的結(jié)果。本文通過實驗論證分析，以傳統(tǒng)測試方法進行對比，論證本文設計的方式具有可行性，其測試結(jié)果更加準確，耗用時間更短。

1 三維GIS技術概述

三維GIS系統(tǒng)主要應用于探測地理信息，又稱為地理信息系統(tǒng)，可以針對地面表層的物質(zhì)及其分布特征進行分析，收取目標樣本進行預存，將所設目標地理區(qū)域進行全面系統(tǒng)的分析處理。

三維GIS技術主要需要在計算機的支持下，通過樣本采集對其進行分析計算，最終形成一個三維立體的模型，相比于二維GIS技術，三維技術能夠更加直觀地觀察到地表特征與其對應的信息數(shù)據(jù)，使一個地表的立體三維模型在一個空間中呈現(xiàn)出來，將二維轉(zhuǎn)換成三維，平面轉(zhuǎn)換成立體，可以針對行業(yè)外的人員進行更加詳細的補充說明，三維GIS技術在提高工作效率的同時，針對計算機等硬件軟件的配置的要求也有所提高，需要與CAD制圖進行同時連接，形成一個連續(xù)性的制圖流程，最終在平面上成立一個三維立體圖形。三維GIS技術在多種領域中都有相應的實際應用，可以將地理信息由復雜變?yōu)楹唵危沙橄笞優(yōu)閷憣?，將整個模型都以最簡約的形態(tài)呈現(xiàn)在圖層上，其中還包括淹沒分析等空間中相對復雜的分析計算，可以包容多種復雜的功能。

因此，在三維GIS技術應用于地下金屬管線探測中，可應用其對管線的數(shù)據(jù)參數(shù)進行獲取，其獲取的數(shù)據(jù)參數(shù)誤差值很小。

2 地下管線探測數(shù)據(jù)參數(shù)測試方法設計

2.1 運用三維GIS技術獲取數(shù)據(jù)參數(shù)

為獲取數(shù)據(jù)參數(shù)，運用三維GIS技術探測地下金屬管線的數(shù)據(jù)參數(shù)，在需要進行測量的地域面積范圍內(nèi)進行四周的標記點設置，確定長寬的實際數(shù)據(jù)以及整體的面積。根據(jù)計算出的整體面積，先在計算機上進行預成像設置，創(chuàng)建好形成面板。

形成圖像面板后，將三維GIS技術機器置于需要進行探測的地面表層上，保持機器不動，同時將機器與計算機相連，運用CAD制圖同步針對所探測到的數(shù)據(jù)進行繪制圖像。在探測過程中，需要探頭進入地面表層，根據(jù)地下的金屬管線的具體分布位置進行探測，從而獲得管線的探測數(shù)據(jù)參數(shù)。三維GIS技術可以通過掃描成圖，形成三維立體模型，將探測到的數(shù)據(jù)連同圖像一并標注在繪制的圖像中，例如管道的直徑、厚度以及其組成成分的信息，可以獲得管線具體的參數(shù)數(shù)值，將獲取到的參數(shù)數(shù)值單獨形成報表，進行后續(xù)的測試工作。

2.2 輸入數(shù)據(jù)至GPR參數(shù)測試模型

將通過三維GIS技術獲取到的數(shù)據(jù)參數(shù)輸入到GPR參數(shù)測試模型中，將其進行分析處理，進一步得到相關曲線圖[2]。

目前GPR模型主要應用在數(shù)據(jù)檢測、地面雷達探測等領域中，主要以二維為主，其形成的模型可以根據(jù)數(shù)據(jù)的大小進行調(diào)整，以地下目標進行二次建模，通過輸入的數(shù)據(jù)進行，反復修改，最終得到通過輸入的參數(shù)數(shù)據(jù)而形成的二次建模模型，通過該模型的數(shù)據(jù)形成雙曲線特征圖形。根據(jù)模型得到的原理公式如下：

其中，σx、σy為模型的電導率，σmx與σmy為容阻率，μ與ε為所測得的參數(shù)。當模型中的一側(cè)電導率為0時，公式（1）成立，形成兩個比值相等的情況，從而可以根據(jù)所測得的參數(shù)大小，得到不同的數(shù)值，將得到的不同參數(shù)反復代入得知多個測試點，根據(jù)不同的測試點鎖定管線定位區(qū)域的覆蓋面積，從而利用模型對其整個覆蓋面進行掃描，得到雙曲線圖像，從而對所獲取的參數(shù)測試得出測試結(jié)果。

2.3 利用模型掃描管線定位區(qū)域覆蓋面

通過上述GPR參數(shù)測試模型，確定參數(shù)μ與ε的數(shù)值，對應其二次建模的模型，利用該模型對管線定位區(qū)域的覆蓋面進行掃描，形成雙曲線圖像。

通過模型得出的測試點，將每個測試點以相等距離進行分布，按照順序進行掃描，將得到管線定位區(qū)域內(nèi)的二維平面剖面圖，根據(jù)每個測試點的位置不同，將整個定位區(qū)域分成面積相等的多個部分，從而形成一個具有整體性的測試網(wǎng)。每個測試網(wǎng)是由多個線路以及測試點所組成，每個測試點之間的距離均相等，可通過測試點分布的密度進行數(shù)據(jù)測試，工作人員通過每個測試網(wǎng)的面積及數(shù)據(jù)形成一個以數(shù)量為標準的圖表，從密度中得出不同測試點的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)連成兩條曲線從而形成雙曲線圖像。

雙曲線圖像的形成是根據(jù)原有參數(shù)數(shù)據(jù)μ與ε而形成的，可針對其數(shù)據(jù)參數(shù)本身進行測試，從而得出測試結(jié)果。

2.4 基于雙曲線圖像得出測試結(jié)果

通過測試網(wǎng)的測試數(shù)據(jù)，可以對其進行雙曲線的繪制，根據(jù)參數(shù)數(shù)值大小的不同與金屬管線直徑的不同，其雙曲線的特征與折點的角度也不同，下圖1為本方法設計中的雙曲線圖像[3]。

圖1 雙曲線圖像

由上圖1可以得出，當金屬管線數(shù)據(jù)參數(shù)通過GPR測試模型得到兩種不同參數(shù)的不同曲線，其變化主要與管線的直徑與深淺有關。當深淺的參數(shù)越大，管線的直徑越大，中心點與雙曲線之間的距離越遠，參數(shù)越小，管線的直徑越小，中心點與雙曲線之間的距離越小。當直徑的參數(shù)越小，則埋入地下的深度越小，雙曲線的尖銳程度越大，夾角越小，反之，當直徑的參數(shù)越大，埋入地下的深度越大，雙曲線的尖銳程度越小，夾角越大。

因此可以得出，通過雙曲線的特征，探測出的地下金屬線的數(shù)據(jù)參數(shù)測試結(jié)果準確。

3 實驗論證分析

3.1 實驗背景

本文通過對地下金屬管線探測數(shù)據(jù)的參數(shù)的測試方法進行了設計，通過GPR模型與雙曲線特征對數(shù)據(jù)進行分析對比，最終對檢測出的參數(shù)數(shù)據(jù)得到測試結(jié)果，與傳統(tǒng)測試方法進行對比論證，探討本文方法的可行性與準確性，通過對比實驗數(shù)據(jù)進行論證研究。

3.2 實驗準備

在實驗準備階段，將本文設計的測試方法設為實驗A組，運用傳統(tǒng)測試方法的對照組設為實驗B組，分成兩組，同時進行實驗，確保其探測的地下金屬管線為同一條線路，地下表層的組成成分均相同，其他外界條件均不變，由此進行實驗，實驗結(jié)果以參數(shù)測試的準確率為標準。

3.3 實驗結(jié)果分析

通過針對參數(shù)數(shù)據(jù)進行測試，運用兩種不同測試方法形成實驗A組與實驗B組，兩組測試結(jié)果如下表1所示。

表1 實驗A、B組參數(shù)測試結(jié)果對比表

如上表所示，運用不同的參數(shù)測試方法，得到的測試結(jié)果不同，實驗A組參數(shù)μ為0.6254、參數(shù)ε為1.8956，實驗B組參數(shù)μ為0.6123，參數(shù)ε為1.3658，實驗A組兩組參數(shù)的測試結(jié)果準確率分別高達98%與97%，實驗B組兩組參數(shù)的測試結(jié)果準確率分別為92%與89%。其中參數(shù)μ的測試結(jié)果準確率差值為6%，參數(shù)ε的測試結(jié)果準確率差值為8%。

由此可見，運用本文設計的參數(shù)測試方法的測試結(jié)果更準確，能夠使對應的探測工作效率提高，起到了相輔相成的作用，減少了工作時間，對參數(shù)測試的準確率更高。

4 結(jié)束語

本文利用三維GIS技術獲取地下金屬管線探測數(shù)據(jù)的參數(shù)值，對參數(shù)結(jié)果進行測試，利用測試模型掃描管線定位區(qū)域覆蓋面，從而得到雙曲線圖像，利用雙曲線圖像的原理，計算出測試結(jié)果是否有誤，在數(shù)據(jù)參數(shù)的測試上起到了有效的作用，本文在測試過程中仍存在不足之處，希望在今后進一步的研究中能夠?qū)⒉蛔阒幫晟?，為相關領域研究測試方法提供了思路依據(jù)。