綜合管線數據采集及應用探討

張 輝

（山東省地質測繪院，山東 濟南 250002）

0 引言

管線作為城市基礎設施的重要組成部分，關系到國家戰略安全,是為城市經濟活動和人民生活輸送“營養”的“血管”。隨著國家經濟快速發展，工業、農業、居民生活對資源的依賴程度和需求量急劇上升，給水、排水、供熱、供氣、長距離輸送石油和天然氣、農業灌溉、水力工程等各類綜合管線系統的規模迅速擴大[1]。進行綜合管線系統普查、建立數據庫和管理系統，實現管線布設的科學設計、現代化監測控制、各類管網的綜合管理，是“數字城市”建設的重要組成部分和構建“智慧城市”的基礎，對推進中國特色新型工業化、信息化、城鎮化、農業現代化建設具有重要意義。

1 管線數據采集

管線數據采集的主要工作有：控制測量、管線測繪、管線線路帶狀地形圖測繪、管線縱斷面圖測繪、站場測繪、細節精細測繪等，圖件比例尺可根據具體需求進行選擇。

1.1 控制測量

控制測量開始前需廣泛收集已有圖件資料。管線兩側現有的國家高等級控制點、C級GPS控制點成果、三等水準成果等精度滿足要求的已有數據資料，作為參數求解、坐標檢校的基礎和依據。

各省GPS連續運行站（即CORS系統）逐步實現了網絡信號全覆蓋，由于該系統可以連續不斷地根據各基準站所采集的實時觀測數據在區域內進行整體解算，可自動生成對應于流動站點位的虛擬參考站（包括基準站坐標和GPS觀測值信息）并通過現有的數據通信網絡和無線數據播發網，向用戶提供碼相位/載波相位差分修正信息，以便實時解算出流動站的精確點位，能夠實時的提供厘米級的三維定位結果，從而解決了以前GPS-RTK作業受傳輸距離、通視條件等因素的制約，增大了作業半徑，能大幅提高管線測繪的作業效率和測點精度[2]。

1.2 全程管線測繪

管線測繪過程中管線點的設置和管線探測的精度至關重要。

管線點在有特征點的地區，一般選擇在管線特征點在地面的投影位置上，如起伏較大的坎上、坎下、公路、河流、鐵路、彎頭等特殊位置；在有占壓情況的建筑物對占壓的邊界兩端設置管線點；在平坦地區、廠區及居民地無占壓情況、管線拐彎處等，需根據實際情況按照技術要求進行設置。管線點的編號由管線名稱加管線點序號組成，在整個測區內應是唯一的。

開始管線探查前，對選用的儀器在不同物理場條件(陸地、水中、泥中三種條件)和有代表性的路段（不同管線與埋深情況下）進行方法試驗，確定管線探測儀和探地雷達各種方法的有效性及精度，選擇最佳的工作方法、合適的工作頻率、最佳收發距，并確定儀器和方法測深的修正方法和修正系數。探測好管線位置后在實地設置標記，在管線探測成果表上記錄點號、點位屬性、埋深等相關數據，并在標記上標注上點號和埋深數據，方便管線點測量組迅速找到點位進行測量。管線點坐標測定時，要對管線埋深、附屬物、連接關系等管線點信息進行詳細記錄，填入“管線細部點探測成果表”，并在管線點連線草圖上加以標繪，形成管線探測的原始資料。每次工作間斷復工時，均應對以前的探測點進行檢查，檢查的重合點個數在3個以上，并形成電子版的外業測量數據檢查表。

1.3 帶狀地形圖測繪

按照項目任務書要求的比例尺和精度要求對管線中心兩側一定寬度內的地形圖進行測繪，并將管線占壓情況標注在地形圖上。可以對符合精度要求的已有地形圖進行修補測；如果沒有圖件資料，可采用GPS-RTK和全站儀極坐標測量兩種方式進行全野外數據采集，對地物、地貌進行分類順序施測，并按圖式符號繪制草圖。每天應及時對照草圖檢查所采集的數據，確保數據準確性。

1.4 管線縱斷面測量

管線縱斷面點的取舍以能夠合理表達管線埋深的變化及地形變化為原則，局部高差較小的溝坎或者密集的坎處予以綜合取舍；復雜地段及管線中線通過小河流、水塘、沖溝、道路、管線等線狀地物時斷面點應該進行加密測量，合理準確地表達管線所經區域地形、地貌變化；斷面點應以探測儀準確探測點為觀測目標進行測量，同時還要對管線的分支、交叉點、彎頭、彎管、截斷閥室、岸（河）邊閥室、分輸室等附屬物的三維坐標進行采集。

1.5 站場測量

圖根控制測量可以在CORS系統下利用網絡RTK的方式進行施測，每個站址應至少設置4個以上控制點的且兩兩通視；為詳盡的表示站址內部及其周圍的相關地物，并準確標注管線進出站的轉點，站址地形圖測繪一般采用1∶500比例尺，使用全站儀按照全野外數字化測圖方法測繪。

1.6 細節精細測繪

可以根據需要，利用三維激光掃描技術對場站內設備復雜、管線密集的閥室等重要設施和關鍵環節進行掃描，獲取建筑、管線、設備的三維點云數據，建立場站模型[3]。

由于激光沒有穿透性，所以要獲取建筑物的立體點云數據就需要多處設站，設站前需繪制測站草圖記錄本站位置及與建筑物之間的相對關系以及標靶設置位置[4]；因為測區內建筑物較多且有大量綠化植被，存在相互之間遮擋的問題，所以在設站的時候要盡量的使掃描的主要目標處于本站的最佳掃描范圍內，建筑物附近遮擋嚴重的情況下增加設站數量來保證獲取到完整的點云數據；兩站之間的距離要控制在不超過40m，以確保點云數據的密度；兩站之間對同一主要掃描目標需要有15%的重疊區域，以保證在利用標靶拼接不成功時可以利用共同點進行拼接。

三維激光掃描儀一般提供多種掃描參數選擇，可以分別設置視場、分辨率和拍照控制。根據每站的掃描目標選擇全景掃描或者快速掃描模式，正常情況都采用全景掃描模式，如果需掃描比較集中且其他位置無需掃描可選擇快速掃描模式，設定起始角度和結束角度以縮短掃描時間和數據量以提高工作效率。

2 數據應用

綜合管線測繪由于采集方法較多，所以形成的數據成果也十分多樣，但也各有用途，一般以下幾種：

2.1 管線地形圖

該成果包括管道線路圖和管線帶狀地形圖，管道管理工作者可利用該成果直觀的了解管線的整體走勢和管線周邊的地形、地貌，便于掌握管線的具體位置和周邊情況。

2.2 縱斷面圖

管線縱斷面圖是根據管線測繪成果，利用管線探測儀所形成的單段管線的具體情況圖，包括管線的材質，埋深，管徑等詳細信息，通過該成果可詳細的掌握每段管線的具體情況。

2.3 站場平面圖

該成果是通過對站場的平面測繪所形成的地形圖成果，能直觀的展現站場的規模和戰場內的分布情況，例如站場內辦公區、工業區位置等信息都可在站場平面圖上一目了然。

2.4 三維模型

該成果通過對站場每個細節進行三維點云掃描，利用三維點云數據三維建模而形成的。能夠三維立體化的展現站場的每個細節，還能夠基于該成果進行站場改造方案的三維可視化展現，可有效的驗證改造方案和避免施工浪費。

3 結論

全程管線測繪、帶狀地形圖測繪、管線縱斷面測繪、站場測繪所形成的數據成果均為二維數據，能夠宏觀的展示綜合管線的規模，便于整體管理和規劃。然而細節精細測繪所形成的數據成果為三維數據，能夠細致的表現每個站場內部的詳細信息，便于精細化管理和控制。所以，將綜合管線測繪所采集的多源異構數據進行完美融合是十分必要的，可進一步提高管線管理工作的效率和精細度。

［1］孫敏,郭樹勛，馬俊.淺談城市地下管線探測方法[J].長春工程學院學報：自然科學版，2011（2）：11-13.

［2］任小沖，周天知，陳婷婷，等.連續運行衛星定位服務系統(CORS)初探[J].全球定位系統,2009(6)：69-72.

［3］白立飛，于廣婷.三維激光掃描技術在青島市房地產開發中的應用[J].山東國土資源，2011（3）：41-43.

［4］白立飛，潘寶玉，張蘭.三維激光掃描技術在數字礦山領域的應用[J].測繪科學，2013（5）：178-179.