王玉申

（北京久城測(cè)繪科技有限公司，北京 101300）

1 引言

現(xiàn)階段，隨著國(guó)內(nèi)城市化進(jìn)程的加快，地下管線的建設(shè)需求逐年增加，尤其是人口巨大的城市，對(duì)于地下管線的建設(shè)更需要提上日程。地下管線作為城市、企業(yè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，在設(shè)計(jì)建設(shè)施工過(guò)程中，需要提前對(duì)具體位置和標(biāo)定點(diǎn)探測(cè)，以便營(yíng)造穩(wěn)定的施工環(huán)境。城市三維地下管線綜合探測(cè)方法多為單向探測(cè)法，參考文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[2]設(shè)定傳統(tǒng)綜合技術(shù)地下管線探測(cè)方法、傳統(tǒng)綜合物探地下管線探測(cè)方法，這類探測(cè)方法雖然能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，但是較易受到外部環(huán)境及因素影響，常常會(huì)形成不可控的探測(cè)誤差，導(dǎo)致最終探測(cè)結(jié)果不精準(zhǔn)[3]。傳統(tǒng)的地下管線探測(cè)方法存在很多缺陷，無(wú)法準(zhǔn)確探測(cè)到地下管線的位置和屬性?；陔姶欧ǖ奶綔y(cè)方法可以有效解決這一問題，并提高探測(cè)的精度和效率。城市地下管線施工往往需要破壞城市道路、綠化帶等公共設(shè)施，給城市交通和居民生活帶來(lái)很大不便?；陔姶欧ǖ奶綔y(cè)方法可以預(yù)先探測(cè)到地下管線的位置和屬性，降低施工風(fēng)險(xiǎn)和對(duì)城市的影響。城市地下管線是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，對(duì)城市的供水、供電、供氣、通訊等方面有著至關(guān)重要的作用?；陔姶欧ǖ奶綔y(cè)方法可以更好地了解管線的運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題，保障城市地下管線的安全和可靠運(yùn)行。

本文對(duì)基于電磁法的城市三維地下管線綜合探測(cè)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析。所謂電磁法，主要指的是一種定向的電磁感應(yīng)探測(cè)形式，通過(guò)設(shè)定的介質(zhì)把握空間分布規(guī)律或時(shí)間變化規(guī)律，將該方法與城市地下管線探測(cè)工作進(jìn)行融合應(yīng)用，一定程度上可以加強(qiáng)對(duì)探測(cè)誤差的控制，提升整體的探測(cè)質(zhì)量和效率[4]。此外，電磁法的應(yīng)用，還可以擴(kuò)大探測(cè)范圍，減少日常探測(cè)壓力，逐步形成更為靈活、多變的探測(cè)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)自身的探測(cè)針對(duì)性與穩(wěn)定性，為相關(guān)行業(yè)發(fā)展以及技術(shù)創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)環(huán)境[5]。

2 構(gòu)建城市三維地下管線綜合電磁探測(cè)方法

2.1 預(yù)處理基礎(chǔ)探測(cè)環(huán)境

通常情況下，大多城市在建設(shè)過(guò)程中均會(huì)在安裝管線的位置進(jìn)行探測(cè)核心控制、識(shí)別點(diǎn)設(shè)定，為后期開展探測(cè)工作奠定基礎(chǔ)。因此，為確保最終探測(cè)結(jié)果的真實(shí)性和可靠性，需要對(duì)基礎(chǔ)環(huán)境進(jìn)行預(yù)處理[6]。首先，在探測(cè)工作展開之前，依據(jù)實(shí)際建設(shè)需求及標(biāo)準(zhǔn)，合理收集測(cè)區(qū)的設(shè)定管線、基礎(chǔ)設(shè)施、人口流動(dòng)等相關(guān)要素的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和資料，同時(shí)，根據(jù)管線的設(shè)定位置，獲取設(shè)計(jì)圖、竣工圖、改建圖等，為管線位置綜合探測(cè)提供便利[7]。

隨后，利用三維處理技術(shù)，綜合節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)和資料，在控制平臺(tái)中還原管線的基礎(chǔ)位置，并做出應(yīng)對(duì)標(biāo)定，形成可控虛擬探測(cè)結(jié)構(gòu)。根據(jù)實(shí)際探測(cè)需求，設(shè)定三維探測(cè)的相關(guān)指標(biāo)參數(shù)，如表1 所示。

表1 三維探測(cè)相關(guān)指標(biāo)參數(shù)設(shè)定

在日常探測(cè)工作中，由于地下管線的分布范圍不一，部分城市的管線設(shè)定甚至十分雜亂，因而需要利用控制平臺(tái)及探測(cè)控制點(diǎn)進(jìn)行搭接關(guān)聯(lián)，逐步形成動(dòng)態(tài)的綜合探測(cè)網(wǎng)，采用分片、分線的方式進(jìn)行探測(cè)，并與管線設(shè)定的露點(diǎn)探測(cè)頻率保持一致，為后期開展復(fù)雜探測(cè)工作提供參考依據(jù)。

2.2 設(shè)定電磁管線探測(cè)節(jié)點(diǎn)

探測(cè)節(jié)點(diǎn)的部署一定程度上可以確保探測(cè)結(jié)果的真實(shí)可靠，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)探測(cè)數(shù)據(jù)的采集，形成更為精準(zhǔn)的探測(cè)結(jié)構(gòu)。首先，利用技術(shù)探測(cè)儀，綜合三維虛擬控制技術(shù)，確定城市地下管線的位置。這部分可利用預(yù)先設(shè)定的核心控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行搭接關(guān)聯(lián)，在外部設(shè)定信號(hào)電磁接收器，與內(nèi)部的控制節(jié)點(diǎn)呼應(yīng)，轉(zhuǎn)換采集的數(shù)據(jù)信息之后，將其傳輸?shù)酵獠抗?jié)點(diǎn)上，具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 電磁管線探測(cè)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

根據(jù)圖1，完成對(duì)電磁管線探測(cè)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的設(shè)定與分析。隨后，根據(jù)電磁法及相關(guān)技術(shù)，對(duì)管線的具體位置進(jìn)行探索，并利用專業(yè)設(shè)備及儀器，將準(zhǔn)備好的電磁探測(cè)節(jié)點(diǎn)設(shè)定部署在對(duì)應(yīng)位置，便于后續(xù)對(duì)管線位置進(jìn)行定向探測(cè)。

值得注意的是，在融合電磁法進(jìn)行探測(cè)時(shí)，所設(shè)定的探測(cè)點(diǎn)位置并不固定，可根據(jù)自身需求及探測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整。此外，穩(wěn)定的電磁環(huán)境也可以讓探測(cè)過(guò)程更加順利、安全，探測(cè)誤差更加可控，逐步形成具有循環(huán)性的探測(cè)節(jié)點(diǎn)布設(shè)結(jié)構(gòu)，在復(fù)雜的背景環(huán)境下，能夠進(jìn)一步加快探測(cè)數(shù)據(jù)的采集速度及質(zhì)量，確保探測(cè)結(jié)果穩(wěn)定，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

2.3 構(gòu)建多階電磁三維管線探測(cè)模型

與傳統(tǒng)探測(cè)模型不同的是，在電磁法的輔助之下，多階城市三維管線探測(cè)模型的實(shí)際應(yīng)用覆蓋面積相對(duì)較大，在探測(cè)過(guò)程中并不會(huì)受到外部環(huán)境及因素的邊界限制，在一定程度上減少了探測(cè)誤差的出現(xiàn)，避免影響最終的單向探測(cè)結(jié)果。利用部署的探測(cè)節(jié)點(diǎn)采集相關(guān)管線位置的數(shù)據(jù)及資料，根據(jù)三維管線還原程序，可以觀測(cè)到對(duì)應(yīng)的模糊位置，同時(shí)對(duì)管線的邊緣處進(jìn)行多階標(biāo)定，依據(jù)管線的各階段情況，設(shè)定多個(gè)階段的探測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，綜合電磁法，測(cè)定多階電磁三維管線探測(cè)模型結(jié)構(gòu)，如圖2 所示。

圖2 多階電磁三維管線探測(cè)模型結(jié)構(gòu)

根據(jù)圖2，完成對(duì)多階電磁三維管線探測(cè)模型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。然后，在設(shè)定各個(gè)階段標(biāo)準(zhǔn)下，部署對(duì)應(yīng)的電磁信號(hào)感應(yīng)裝置，挑選固定的轉(zhuǎn)換介質(zhì)，在模型中形成一個(gè)動(dòng)態(tài)化的三維電磁感應(yīng)探測(cè)程序，與城市三維地下管線的控制程序進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以此來(lái)強(qiáng)化該模型的實(shí)際應(yīng)用探測(cè)能力，合理擴(kuò)大對(duì)應(yīng)的管線探測(cè)范圍，加強(qiáng)對(duì)探測(cè)誤差的控制，通過(guò)多階段的探測(cè)形式確保探測(cè)結(jié)果的可靠性。

2.4 多方向感應(yīng)修正實(shí)現(xiàn)綜合探測(cè)

在對(duì)城市三維管線進(jìn)行探測(cè)時(shí)，由于管線安裝位置不一，需要綜合電磁法，采用多方向感應(yīng)修正的形式，來(lái)實(shí)現(xiàn)最終的綜合探測(cè)。先確定具體的感應(yīng)范圍，利用節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)和資料，標(biāo)定具體探測(cè)位置，再與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)比照，測(cè)算出綜合探測(cè)單元距離，如公式 （1）所示。

公式（1）中：G表示綜合探測(cè)單元距離，β表示定向采集范圍，i表示預(yù)設(shè)采集偏差，d表示三維定位值，α表示探測(cè)節(jié)點(diǎn)間距。依據(jù)上述測(cè)算，完成對(duì)綜合探測(cè)單元距離的計(jì)算，將其設(shè)為單元探測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定對(duì)應(yīng)的修正偏差，在探測(cè)過(guò)程中進(jìn)行多方向偏差修正，以確保最終探測(cè)結(jié)果的真實(shí)性與合理性。

3 方法測(cè)試

此次主要對(duì)基于電磁法的城市三維地下管線綜合探測(cè)方法的實(shí)際測(cè)定效果進(jìn)行分析與研究?？紤]到最終測(cè)試結(jié)果的真實(shí)性與可靠性，將本文方法與管線儀反演方法進(jìn)行對(duì)比，選定Q 城市的地下管線作為測(cè)試對(duì)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。根據(jù)實(shí)際的測(cè)定需求及標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)最終獲取的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比照研究，然后搭建基礎(chǔ)測(cè)試環(huán)境。

3.1 測(cè)試準(zhǔn)備

綜合電磁法，進(jìn)行基礎(chǔ)測(cè)試環(huán)境的搭建。首先，選取Q 城市的某一路段進(jìn)行地下管線數(shù)量的探測(cè)，探測(cè)時(shí)需要將探測(cè)的控制程序與三維管線綜合控制平臺(tái)進(jìn)行搭接關(guān)聯(lián)，在標(biāo)定的范圍內(nèi)設(shè)定四個(gè)探測(cè)位置，即對(duì)應(yīng)的探測(cè)點(diǎn)，分別是KLSH1009 ～KLSH1012。為確保最終測(cè)試結(jié)果的真實(shí)穩(wěn)定，四個(gè)測(cè)定點(diǎn)的深度不同，分別是4m、6m、8m 以及12m。利用電磁法在測(cè)定路面上設(shè)定電磁感應(yīng)接收裝置和傳輸裝置，營(yíng)造穩(wěn)定的綜合探測(cè)環(huán)境，然后設(shè)定具體的探測(cè)目標(biāo)，進(jìn)行驗(yàn)證分析。

3.2 測(cè)試過(guò)程及結(jié)果分析

在上述搭建的測(cè)試環(huán)境中，綜合電磁法進(jìn)行測(cè)定分析。首先，在不同深度安裝可以感應(yīng)管線的電磁節(jié)點(diǎn)，并將其與路面上的電磁接收器及信號(hào)處理裝置進(jìn)行搭接關(guān)聯(lián)，形成基礎(chǔ)性的探測(cè)結(jié)構(gòu)。隨后，將控制程序與城市三維管線標(biāo)定控制平臺(tái)進(jìn)行連接，利用平臺(tái)調(diào)取管線的數(shù)據(jù)、信息，并融合電磁法構(gòu)建對(duì)應(yīng)的綜合探測(cè)結(jié)構(gòu)，設(shè)定探測(cè)設(shè)備的定向頻率為33kHz，同周期首位測(cè)定兩次。在不同的管線探測(cè)深度背景下，測(cè)定出對(duì)應(yīng)的探測(cè)誤差，如公式（2）所示。

公式（2）中 ：U表示探測(cè)誤差，φ表示預(yù)設(shè)探測(cè)范圍，? 表示單元獨(dú)立探測(cè)值，m表示探測(cè)最大深度，n表示探測(cè)最小深度。根據(jù)上述測(cè)定，完成對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析與研究，具體如圖3 所示。

圖3 測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析

由圖3 可知，探測(cè)節(jié)點(diǎn)數(shù)量為10 個(gè)時(shí)，管線儀反演方法的探測(cè)誤差為0.42m,本文方法下探測(cè)誤差僅為0.36m；探測(cè)節(jié)點(diǎn)數(shù)量為30 個(gè)時(shí)，管線儀反演方法的探測(cè)誤差為0.38m，本文方法下探測(cè)誤差僅為0.20m；本文方法下探測(cè)誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于0.4m，說(shuō)明該探測(cè)方法的針對(duì)性更強(qiáng)，探測(cè)誤差可控，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)基于電磁法的城市三維地下管線綜合探測(cè)方法進(jìn)行了設(shè)計(jì)與分析，與綜合技術(shù)地下管線探測(cè)方法、綜合物探地下管線探測(cè)方法對(duì)比，本文綜合電磁法所設(shè)計(jì)的地下管線綜合探測(cè)結(jié)構(gòu)相對(duì)較為靈活，在復(fù)雜的背景環(huán)境下，能進(jìn)一步對(duì)地下管線的具體位置和外擴(kuò)方向做出標(biāo)定，最大程度降低日常探測(cè)存在的誤差。

基于電磁法的城市三維地下管線綜合探測(cè)方法，不僅可以保障城市地下管線的安全和可靠運(yùn)行，還具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。從經(jīng)濟(jì)效益方面來(lái)看，可減少地下管線施工過(guò)程中的損失和風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)省成本和時(shí)間。傳統(tǒng)的管線探測(cè)方法需要多次施工、試探等，耗費(fèi)大量的時(shí)間和資源；而基于電磁法的綜合探測(cè)方法可以在一次探測(cè)中測(cè)量出多條管線的位置、深度、種類等信息，而且精度較高，可以大大縮短施工周期和投資成本。從社會(huì)效益方面來(lái)看，基于電磁法的綜合探測(cè)方法可以使施工更加精確、高效、可控，減少對(duì)交通、城市環(huán)境和居民生活的影響，提高城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的質(zhì)量和效率，為城市的可持續(xù)發(fā)展提供更好的支持。