阮運(yùn)祥

（正元數(shù)字城市建設(shè)有限公司，山東 煙臺(tái) 264670）

GIS是一種基于計(jì)算機(jī)的工具，它集成了地理、信息和計(jì)算機(jī)技術(shù)，以探索和分析地理信息。將測繪和分析能力與數(shù)據(jù)庫相結(jié)合，這一特性為GIS帶來了比其他信息系統(tǒng)更多的優(yōu)勢，廣泛用于解釋各種事件、預(yù)測結(jié)果和戰(zhàn)略規(guī)劃?，F(xiàn)在和將來都會(huì)使用，它在社會(huì)發(fā)展和工程建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。金屬管線分布于城市的地下，其規(guī)模龐大并且錯(cuò)綜復(fù)雜，在對城市的建設(shè)中，需要對地下的管線進(jìn)行一部分改造，但是目前現(xiàn)有的技術(shù)，在對金屬管線探測上不精準(zhǔn)，容易導(dǎo)致后期的施工破壞地下供水系統(tǒng)。

1 GIS數(shù)字測繪技術(shù)在金屬管線精準(zhǔn)測量中的應(yīng)用研究

1.1 發(fā)出測繪信號(hào)

GIS數(shù)字測繪技術(shù)在各行各業(yè)廣泛應(yīng)用，目前，以下幾種應(yīng)用廣泛用作綜合空間分析數(shù)據(jù)，用于進(jìn)行綜合空間分析、評(píng)估、模擬空間預(yù)測、區(qū)域空間信息管理系統(tǒng)和其他空間數(shù)據(jù)查詢以及空間數(shù)據(jù)分析。用于測繪功能、應(yīng)用管理結(jié)合后的遙感地圖影像處理、專題測繪制圖、功能數(shù)據(jù)庫管理開發(fā)或設(shè)計(jì)具有特定應(yīng)用功能的測繪應(yīng)用系統(tǒng)。市場上的移動(dòng)數(shù)字測繪系統(tǒng)很多，根據(jù)應(yīng)用開發(fā)方式的不同，可以再細(xì)分為兩種應(yīng)用類型。一是依托新的Autocad開發(fā)平臺(tái)持續(xù)進(jìn)行產(chǎn)品二次開發(fā)。充分利用了Autocad強(qiáng)大的繪圖編輯和自動(dòng)繪圖處理功能。此類系統(tǒng)的開發(fā)速度也非?？?。但是，由于GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的差異，生成的數(shù)據(jù)很難滿足GIS系統(tǒng)的要求。二是直接開發(fā)的數(shù)字測繪系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)在開發(fā)上具有很高的靈活性，不需要受到二次開發(fā)平臺(tái)的限制。首先，需要在現(xiàn)場以多種方式收集原始數(shù)據(jù)，將這些原始數(shù)據(jù)被處理成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[1]。然后提取對金屬管線測量有用的各種基本信息，執(zhí)行自動(dòng)計(jì)算，并根據(jù)給定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)自動(dòng)存儲(chǔ)它們。建立一套完整的功能適合金屬管線測繪技術(shù)的地下排水繪圖數(shù)據(jù)庫。該管道根據(jù)數(shù)據(jù)庫可以繪制各種管道線路圖，生成各種數(shù)字化排水管網(wǎng)管道圖。同時(shí)它還可以向GIS用戶提供地下排水管線的使用屬性和使用空間數(shù)據(jù)。

1.2 接收交變二次磁場信號(hào)

根據(jù)實(shí)際需要通過檢測空氣電路驅(qū)動(dòng)線圈的不同可為電氣驅(qū)動(dòng)元件選擇連接電路驅(qū)動(dòng)器的方式，可以區(qū)分為自感和互感。單個(gè)線圈檢測器由線圈直接串聯(lián)組成的分別分為是絕對方向差動(dòng)式和檢測兩種方式，而兩個(gè)線圈間接組成的則分別是相對方向差動(dòng)式和串聯(lián)組合檢測兩種方式，可以根據(jù)不同檢測線圈條件和性能要求，靈活選擇串聯(lián)多個(gè)檢測線圈?；ジ行褪且环N采用獨(dú)立勵(lì)磁和受電繞組組合的檢測方法。采用接收電磁場的方法定位地下管線，根據(jù)金屬管線的特點(diǎn)，將新型接收器設(shè)計(jì)為可伸縮的三點(diǎn)接收裝置?；陔姶艌隼碚摰臋z測裝置具有多種類型的檢測線圈結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的地下金屬管道探測器往往采用峰谷定位方式。電磁微波渦流深度檢測工作原理，主要適用于地下深層金屬塑料管道排水深度的精確定位和測量確定。不同的測量環(huán)境也有不同的定位和深度確定方法。這種方法用在檢測過程中，因?yàn)樾枰獙z測線圈水平或垂直放置，這就增加了使用檢測線圈測量地下金屬管道時(shí)對檢測線圈的要求，會(huì)比較單一，效率低下。簡而言之，針對該課題研究的新型地下管道探測器克服了現(xiàn)有的缺陷，提供了一種帶有可伸縮傳感器模塊的三點(diǎn)探測器[2]。儀器采用三個(gè)相互垂直的檢測線圈，提高了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和效率。接收器的主要功能是通過傳感器線圈接收地下產(chǎn)生的次級(jí)磁場信號(hào)。采用高導(dǎo)磁率的金屬接收線圈，能夠提高信號(hào)接收靈敏度。

1.3 定位金屬管線具體位置

金屬管線屬性包括地圖編號(hào)、土地利用單位、土地類型、土地等級(jí)、建筑面積、計(jì)算建筑面積、計(jì)算地塊面積。地下水的金屬一般都包含有容易外露的部分，如地下水龍頭、地下水道的井蓋、消防栓，以及因長期施工而容易外露的部分，如下圖1所示。

圖1 金屬管線外露部分

出現(xiàn)上圖1的情況，直接的操作方法也就是將這些電源的一端導(dǎo)線連接到這些電源暴露出的區(qū)域。另一側(cè)兩端可以連接輸送到積水地面，或者另一端位處雨水暴露的地點(diǎn)。這種方法信號(hào)優(yōu)良、檢測精度高、抗干擾能力強(qiáng)，但要求被測管道必須是性能好的。由于是露點(diǎn)，其使用范圍有限。此時(shí)地下管道電流對應(yīng)一個(gè)大型的電極，管道電流中的巨大電流在其周圍就會(huì)產(chǎn)生交變性的磁場，直接用這個(gè)交變磁場檢測地下管道金屬排水管道。地下金屬管道無損檢測方法通過檢查了測量線圈的分類后，采用主動(dòng)源法的間接方法檢測了地下金屬管道[3]。如果地下金屬管道處于交變磁場中，則會(huì)感應(yīng)出交變次級(jí)磁場。這種感應(yīng)的次級(jí)磁場可以被位于地面上的接收線圈捕獲。接收器的功能是捕獲次級(jí)磁場信號(hào)然后被放大、濾波、調(diào)諧，并發(fā)送到信號(hào)處理單元以檢測地下金屬管道。管道磁場感應(yīng)器發(fā)出一個(gè)新的次級(jí)交變管道磁場，并分別使用兩個(gè)通過橫向梯度導(dǎo)磁法，與管道地面磁場平行方向放置的導(dǎo)磁線圈，接收次級(jí)垂直磁場接收垂直磁通的測量。

2 應(yīng)用與分析

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)提取C地進(jìn)行實(shí)地實(shí)驗(yàn)，第一步需要對C地實(shí)地調(diào)查，根據(jù)已有的資料核查各類管線的位置，確定好要測試的目標(biāo)管線后，需要一定的探查精度來衡量測試的結(jié)果是否科學(xué)準(zhǔn)確，金屬管線的探查精度表，如下表1所示。

表1 金屬管線的探查精度表

在測量管線埋深時(shí)，還應(yīng)采用鋼尺和量桿進(jìn)行量測，長度單位為厘米。線圈性能是文中檢測技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵檢測元件，線圈檢測性能的好壞直接就會(huì)影響應(yīng)用到文中技術(shù)檢測方法的正確檢測實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因此在測試開始前，檢查線圈性能。

2.2 結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證文中方法的測量優(yōu)勢，提取一種基于地質(zhì)雷達(dá)的測試方法，即為傳統(tǒng)方法。分別將文中方法與傳統(tǒng)方法應(yīng)用在C地中，測量C地各種管線類型的管線點(diǎn)數(shù)，并將測試結(jié)果進(jìn)行對比，如下表2所示。

表2 兩種方法測量金屬管線點(diǎn)數(shù)對比

如上表2可知，文中應(yīng)用GIS數(shù)字測繪技術(shù)的方法，在C地測量中，對于燃?xì)狻⒐┧?、電力、路燈、通信、雨污河流的不同類型管線測量點(diǎn)數(shù)，共比傳統(tǒng)方法多檢測70個(gè)管線，因此得出文中方法在測量點(diǎn)數(shù)上優(yōu)于傳統(tǒng)方法，更接近實(shí)際管線點(diǎn)數(shù)。

3 結(jié)語

本文的方法主要針對地下深度的金屬管線進(jìn)行無損檢測，整個(gè)檢測流程分為3部分，分別是基于GIS數(shù)字測繪技術(shù)生成數(shù)字化信號(hào)發(fā)出網(wǎng)圖、接收交變二次磁場信號(hào)以及定位金屬管線具體位置。

文中提出的測繪技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢在于接收裝置和發(fā)出裝置是分離便攜式，在發(fā)出裝置向地下目標(biāo)發(fā)射信號(hào)后，接收裝置在合理的工作區(qū)域內(nèi)，目標(biāo)金屬管線產(chǎn)生的二次信號(hào)就不會(huì)干擾接收裝置，因此避免了同源干擾的可能性。實(shí)驗(yàn)證明基于GIS數(shù)字測繪技術(shù)的應(yīng)用能夠精確定位金屬管線，使檢測效率大大提高。