地下管線探測技術研究

黃菡萏

（上海銳特測繪有限公司，上海 200060）

地下管線探測技術研究

Underground pipeline detection technology

黃菡萏

（上海銳特測繪有限公司，上海 200060）

隨著城市的迅速發展，地下管線的重要性越來越突出。無論是新埋設，加排或是對既有管線的維護，亦或是在毗鄰既有管線處施工，地下管線探測是極其重要的一環。本文根據作者多年的實地探測作業和學習，對地下管線探測的各種方法及其數據處理進行研究和介紹。

地下管線探測；數據處理

近年來，越來越多的管線從架空走向了地下。伴隨著地上空間的釋放，隨之而來的則是此類技術的一大弊端，那就是由于深埋地下，因而無法直接看見其情狀。而這一問題，對該管道附近的各類施工都有著極大困擾。

在各方學者的努力下，地下管線檢測技術已有了長足進步，核心技術逐漸發展完善，而圍繞著核心技術所衍生出的各類探測技術也較為成熟。他們在各自的優勢范圍內都起到了很大的作用。但是由于地下管線情況較為復雜，操作條件也各不相同，目前還沒有一種技術，能通用于各種管線。本文將以介紹幾種常用的管線探測儀器為線索，對現今的地下管線探測技術進行分析和匯總。

1 導向儀

導向儀是當今成熟的管線探測設備中應用較為廣泛的一種。其對管道適應性較強，操作簡便，工作效率很高。因此被廣泛應用于各類非金屬管道的驗收、普查，施工前的交底等各種用途。

導向儀的工作原理是：將一根探棒送入管道內部，該探棒能夠發射電磁信號。一人手持導向儀接收和尋找探棒發出的電磁信號，并根據信號的強弱對埋深自動給出數值。而平面位置則位于電磁信號波與地面相切的兩處切點的連線中心處。但也因管線傾斜方向而前后稍有不同。當管線一處的埋深和平面位置都探測完成，則再將探棒移至合適的位置，探測下一點。如此循環，直至將整條管線都探畢。最后，在控制測量中把探測所得的所有點位都測量出來。將之展開后便可以直觀的了解該段管道。導向儀雖然應用廣泛，但是其局限也較多。一是管道材質，因金屬管道會屏蔽電磁波，所以導向儀只能用于非金屬管：二是對某些穿越河流、鐵路、公路或是跨越城市中車流量較大的道路等操作員無法到達或者對操作員的人身安全造成極大威脅的管道則難以探測：三是對周圍環境要求較高。若周圍有較強的電磁場干擾，則會大大影響探測精度。

2 探地雷達

探地雷達是一種非破壞性的探測技術，具有較高的探測精度。對SI，PE等材質的管道采用探地雷達進行探測，能夠比較準確地確定其平面位置和深度。探地雷達的工作原理和軍事中常用的雷達類似。是通過特定的儀器主動的向地下發射一定頻率的電磁波。電磁波穿透土、水、石或者水泥等介質之后接觸到地下管道后，就會發生反射，反射波返回地上后被接收端接收。在對所接收到的雷達波進行處理、分析和判讀之后，結合反射波的波形、強度、從發射到接收所耗費的時間等參數進行綜合判斷，從而推斷管道的空間位置、深度、結構和幾何形態等情況。探地雷達不僅可以探測單束的管道，也適用于管束較多時等復雜環境下的探測和排摸。因為它可以大范圍的掃過地面，并可以一次性的對該地面下所有的管道都進行探測。這種探測方式是別的儀器所不具有的。而探地雷達也有其缺點，主要是對反射波譜的分析和判讀需要有豐富經驗的人員來進行，才能較準確的推斷出地下管線的情況。

3 迷你管線探測儀（MPT）

與以上兩種管線探測儀不同，MPT不依賴發射和接收電磁波，而是依靠記錄某一時間點，該儀器的位置信息來達到探測這段管道的目的。在方法上與導向儀有些相似，都是類似于數學上的微分法。MPT在開始工作前，可以設置一個時間。其作用是每隔這一設定好的時間，儀器便會自動記錄該時刻儀器的位置信息。包括儀器的俯仰角，偏航角和滾轉角等。在操作時，則需要在這一段時間內將儀器往前移動一定距離，并且整段管道的探測過程中這個距離是不變的，也就是說MPT在這段管道中所記錄的點位，都是均勻的。最后再測量出管道的兩處管口坐標，在數據處理時將之輸入軟件，這樣就可以解算出每一個記錄點的坐標和高程。 該儀器的優點是顯而易見的，不依賴電磁波的一大優勢就是不受外界環境的干擾精度較高，同時也對管道的材質沒有要求。第三是控制測量的工作量大大減少，只需要測出管道出口和入口的坐標，其余點的坐標由后處理軟件自動計算得出。但是，MPT的不足也較為嚴重。最大的問題是操作復雜、效率較低。所以這也決定了MPT不適用于普查或者驗收這類工作量較大的場合，而在某段指定管道的精細測量中使用相對較多。其次，在實際使用過程中，參與人員多，體力消耗大，完成一個測回之后，往往感到十分疲勞。這些缺點制約了MPT的廣泛使用，它常常被當作一種備用手段。

4 RD8000

電RD8000是一種集多用途于一身的管線探測儀。它既可以用來探測各類金屬或非金屬管線，也可以根據現場的不同情況（例如：管道是否有露出，是否有空管道等）來選擇不同的方法進行探測。

（1）無源掃描模式。某些地下管道含有一些特殊管線因而會發出特殊的信號，無源掃描模式即是通過掃描并接收這些信號來探測管線。RD8000支持四種被動頻率：電力、無線電、陰極保護、和有線電視信號。探測這些頻率，不需要發射機。使用時，將儀器調至該模式，選擇與將要探測管線一致的頻率。掃描時沿網格狀的路線走動，走動時應保持平穩，接收機的天線的方向保持與走動的方向一致，并且與可能被橫過的管線成直角。當接收機的響應增大指示有管線存在時馬上停下來，開始在此處對管線進行精確定位，并標志管線的位置。追蹤該管線直到離開要搜索的區域。然后繼續在區域內進行網格式的搜索。

（2）感應模式。感應法的原理是將發射機放置在要進行探測的區域的地面上。選擇適當的頻率，發射機將信號感應到附近的（任何）金屬導體上。接收機則通過接收反射信號來確定管線位置和深度。這一方法和導向儀的原理較為相似采用感應法時，建議使用高頻，因為高頻容易感應到導體上。

（3）直連法。直連法是將發射機直接連接到要探測的管線上。發射機將在管線上施加信號，此信號用接收機便可探測到。此方法施加的信號最好，應該盡量使用低頻，因為低頻信號可傳輸很長距離。將發射機夾鉗套在管道或電纜上，就可以安全地給電纜施加信號而不需要中斷供電。夾鉗給目標管線施加一個易于識別的信號，而且不會感應到其它管線上。夾鉗法有時是比直接連接法更加有效的方法。目標管線的信號最強，其他管線上的信號比較弱。如果管道系統只有兩個導體，那么，它們將承載大小相等的信號。

（4）其他模式。RD8000還集成了一些其他的管線探測方法。例如，與導向儀較為相似的發射探頭；用于探測大口徑水管和燃氣配送管道的雙端連接法；由于電纜太密集或者無法接近，不能把夾鉗套在電纜上。用來代替夾鉗法的聽診器等等。RD8000應用范圍廣，能適應各種復雜環境。但是缺點也較為突出，就是深度測量局限較大。一是在6 m以內的管線深度探測較為準確，二是不能在管線的彎頭或三通附近進行深度測量，至少離開彎頭5 m進行深度測量。

5 慣性陀螺儀（OMU）

慣性陀螺儀是一種較為先進的地下管線探測儀器，它既不依靠電磁波，也不利用管道自身的信號。它將廣泛應用于車載的慣性定位定向技術應用到了管線探測上。將慣性陀螺儀在管道內拖行一遍，儀器自動記錄運動軌跡并可計算三維坐標。慣性陀螺儀的工作原理是將陀螺儀和慣性定位技術的結合使用。其中陀螺儀確定系統方向，而慣性定位系統則確定其加速度值。然后將其分解為X、Y、Z上的加速度分量，各自積分后與三方向的原始速度相加得到系統當前的三個速度分量，積分后再與各自分量的原始數值相加，即得到該時刻系統所處位置。系統不斷記錄運動軌跡數據，最后根據起訖點坐標解算每一時刻的三維坐標。慣性陀螺儀精度極高，受管道材質、外部環境和埋深等影響因素較小，只要儀器能在管道中穿越，即可精確測定。但該儀器必須能在管道內穿行，且對管道內部環境要求較高。因此較適用于新建管道，一些有管道如果沒有預留空管則無法測量，或者管道內部有雜物而影響儀器行走的流暢性，就會降低測量精度。

6 結語

根據多年管線探測的實踐經驗，對較為成熟且應用較多的幾種儀器的應用、工作原理和優缺點進行了簡單的介紹。同時也是對地下管線探測現狀的一次梳理。每一種管線探測儀都在各自的優勢領域內發揮重要的作用，而儀器的多樣性又很好的對對方的弱點加以補強，從而豐富了管道探測的手段。而操作員應根據現場不同的情況，選擇最合適的探測方法。

[1] 魏學超. 地下管線探測應用技術淺析.

[2] 任廣振，羅進圣，胡偉. 慣性陀螺儀定位三維測量技術在非開挖電力管線探測中的應用 .

(P-02)

TU990.3

1009-797X (2015) 24-0024-03

A

10.13520/j.cnki.rpte.2015.24.008

黃菡萏（1988-），男，工學士，畢業于武漢大學遙感信息工程學院，項目主管，研究方向為地下管線探測。

2015-11-11