論儀器一致性檢驗(yàn)在管線探測方法選取中的應(yīng)用

滕松,王祥,李浩,耿勝輝(武漢市測繪研究院,湖北武漢 430022)

論儀器一致性檢驗(yàn)在管線探測方法選取中的應(yīng)用

滕松?,王祥,李浩,耿勝輝
(武漢市測繪研究院,湖北武漢 430022)

摘 要:利用管線探測儀進(jìn)行管線探測時,常常需要根據(jù)管線的地球物理特性選擇合適的探測方法。不合適的探測方法,不僅直接影響探測精度,甚至?xí)斐慑e探、漏探的嚴(yán)重后果。科學(xué)評估各類因素對探測精度的影響,并采取最佳探測方法是保障管線成果安全可靠的重要手段。本文首先對管線探測儀進(jìn)行了一致性檢驗(yàn),在此基礎(chǔ)上從儀器頻率、激發(fā)方式、管線類別三個方面分別對探測精度進(jìn)行比對分析,總結(jié)了在不同環(huán)境下選擇最佳探測方法的一般規(guī)律。最后結(jié)合管線探測實(shí)際案例檢驗(yàn)了該規(guī)律的適用性及正確性。

關(guān)鍵詞:地下管線;儀器一致性檢驗(yàn);探測方法;地球物理特征

1 引 言

隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大,地下管線敷設(shè)日益增多,管線密度逐漸遞增。在地下管線“密”、“雜”、“亂”現(xiàn)象日趨嚴(yán)重的局面下[1],管線普查這項(xiàng)基礎(chǔ)工作的重要性變得愈加突出。特別是在2014年6月國務(wù)院辦公廳下發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)城市地下管線建設(shè)管理的指導(dǎo)意見》后,管線普查的浪潮席卷全國,多數(shù)中等及小型城市也紛紛開始管線普查的前期走訪、調(diào)研,積極投入到這項(xiàng)工作當(dāng)中。隨著管線普查工作在全國大規(guī)模的開展,每個城市都投入了大量的金屬管道探測儀。眾所周知,管線探測儀若不經(jīng)過儀器一致性檢驗(yàn),將無法準(zhǔn)確獲知儀器與測區(qū)地球物理要素之間的耦合程度,探測得到的管線平面位置和埋設(shè)深度會與實(shí)際位置存在偏差,直接影響管線普查工程的成果質(zhì)量。本文闡述了儀器一致性檢驗(yàn)方法及評定方式,并利用管線普查儀器一致性檢驗(yàn)成果,對數(shù)據(jù)進(jìn)行了系統(tǒng)比對和分析,總結(jié)了在不同地球物理?xiàng)l件和不同管類下,管線探測的一般規(guī)律。

2 儀器一致性檢驗(yàn)方法及成果評定

2．1儀器一致性檢驗(yàn)方法

2．1．1 校驗(yàn)點(diǎn)的選取

開展儀器一致性檢驗(yàn)之前,需要在普查范圍內(nèi)選取一批已知的管線點(diǎn)作為檢核的依據(jù),這些點(diǎn)稱為校驗(yàn)點(diǎn)。對于一般管線普查工程而言,無論測區(qū)范圍大小,校驗(yàn)點(diǎn)個數(shù)應(yīng)大于15個,且在測區(qū)內(nèi)呈均勻分布。除此之外,校驗(yàn)點(diǎn)的選取還應(yīng)符合以下要求:

(1)校驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)選在管線較為單一區(qū)域,防止其他管線電磁干擾;

(2)給水、燃?xì)狻⑼ㄐ拧㈦娏Α崃︻惞芫€應(yīng)分別選取不少于3個點(diǎn)進(jìn)行校驗(yàn),管徑及斷面尺寸不宜過小;

(3)校驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)具有準(zhǔn)確可靠的平面及深度成果資料,以便與檢驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對;

(4)選取的校驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)相對穩(wěn)定牢固、不易損毀,以便在普查期間能進(jìn)行復(fù)查。

選好校驗(yàn)點(diǎn)后應(yīng)在實(shí)地做好標(biāo)記,記錄各點(diǎn)的附屬信息,包括管線類別、材質(zhì)、管徑、平面坐標(biāo)、真實(shí)埋深等,并繪制點(diǎn)之記。

2．1．2 一致性的測定方法

將擬投入使用的一批管線探測儀在相同激發(fā)方式和頻率下對校驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行檢驗(yàn)的過程,稱為儀器的一致性測定。將探測結(jié)果與校驗(yàn)點(diǎn)的實(shí)際平面位置及埋深數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì),即可求出該批儀器的觀測精度[2]。

觀測精度又稱為儀器一致性檢驗(yàn)均方差,包括平面均方差和深度均方差2個指標(biāo)。它們的計(jì)算公式分別為:

式中:M均s——平面均方差;

M均h——深度均方差;

△si——某次檢驗(yàn)探測的平面位置值與該點(diǎn)實(shí)際位置之差;

△hi——某次檢驗(yàn)探測的深度值與該點(diǎn)實(shí)際埋深之差;

m——總觀測次數(shù),即參加校驗(yàn)的所有點(diǎn)全部觀測次數(shù)之和;

n——參與校驗(yàn)的點(diǎn)數(shù)。

平面均方差和深度均方差分別有其對應(yīng)的平面限差和深度限差,它們的計(jì)算公式分別為:

式中:δts——平面限差;

δth——深度限差;

hi——某次檢驗(yàn)探測的深度值;

m——總觀測次數(shù)。

對于一般普查工程,當(dāng)均方差小于限差的1/2時,可認(rèn)為儀器一致性良好[3]。對于探測精度要求較高的工程,均方差應(yīng)小于限差的1/3。

2．2一致性評定

利用上述計(jì)算公式,即可對擬投入使用的探測儀進(jìn)行一致性評定。若儀器均方差超過規(guī)定限差,應(yīng)剔除定位或定深誤差最大的探測儀數(shù)據(jù),重新計(jì)算均方差,直至儀器一致性滿足要求。不滿足精度要求的探測儀,嚴(yán)禁投入生產(chǎn)使用。

一是抓牢組建工作，夯實(shí)黨組織基礎(chǔ)。組建黨的組織是搞好非公有制經(jīng)濟(jì)組織黨建工作的基礎(chǔ)，發(fā)展黨員工作又是組建黨的組織的關(guān)鍵點(diǎn)和基礎(chǔ)。首先，要始終抓住發(fā)展黨員工作不動搖，把一線生產(chǎn)能手培養(yǎng)成中層骨干，把中層骨干培養(yǎng)成入黨積極分子，把入黨積極分子培養(yǎng)成合格黨員。要健全黨員能進(jìn)能出機(jī)制，優(yōu)化黨員隊(duì)伍結(jié)構(gòu)，重視從青年工人、農(nóng)民工和知識分子中發(fā)展黨員。要創(chuàng)新黨組織設(shè)置模式，全面推進(jìn)非公經(jīng)濟(jì)組織黨組織建設(shè)的“全覆蓋”。積極落實(shí)十八大報(bào)告精神，以服務(wù)群眾、做群眾工作為主要任務(wù)，加強(qiáng)基層服務(wù)型黨組織建設(shè)，以黨的基層組織建設(shè)帶動其他各類基層組織建設(shè)。

本文根據(jù)武漢市管線普查與更新工程中,河北九華公司4臺金屬管線探測儀(3臺RD8000,1臺G2)的儀器一致性檢驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù),對整批儀器進(jìn)行精度評定。本次共選取20個校驗(yàn)點(diǎn),其中給水點(diǎn)6個、燃?xì)恻c(diǎn)3個、通信點(diǎn)5個,電力點(diǎn)2個,路燈點(diǎn)2個、熱力點(diǎn)2個。激發(fā)方式涵蓋感應(yīng)法、直連法、夾鉗法3種。RD8000工作頻率包括33 KHz和65 KHz兩種,G2儀器的工作頻率為38 KHz和80 KHz兩種。表1為儀器一致性對比檢驗(yàn)記錄表(部分)。

管線探測儀一致性對比檢驗(yàn)記錄表 表1

經(jīng)計(jì)算,4臺探測儀的深度均方差為4．32 cm,平面均方差為3．41 cm,深度限差為19．68 cm,平面限差為13．12 cm。均方差均小于儀器對應(yīng)限差的1/3,表明該批次探測儀一致性良好。

在儀器一致性良好的基礎(chǔ)上,還應(yīng)進(jìn)一步對單臺儀器的一致性試驗(yàn)曲線進(jìn)行比較,若發(fā)現(xiàn)某臺儀器的曲線形態(tài)與其他儀器不一致,或出現(xiàn)常數(shù)差[2],則該臺儀器應(yīng)禁止投入使用。

圖1為上述4臺探測儀的深度一致性曲線,從圖中可以看出儀器A與其他3臺儀器相比,在曲線形態(tài)、深度變化范圍上呈現(xiàn)出較大的波動,說明其一致性較差,在管線普查工程中應(yīng)禁止使用。

圖1　探測儀深度一致性試驗(yàn)曲線

3 儀器一致性數(shù)據(jù)深度剖析

3．1探測數(shù)據(jù)擴(kuò)展

管線普查時,根據(jù)管線類別選擇合適的激發(fā)方式和頻率,往往能達(dá)到事半功倍的效果。因此,為了尋找不同管線的最佳頻率和最佳激發(fā)方式,我們對儀器一致性檢驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了擴(kuò)展。具體來講,即增加了不同頻率和不同激發(fā)方式下校驗(yàn)點(diǎn)的檢測,以達(dá)到方法試驗(yàn)的目的。擴(kuò)展后的儀器一致性檢驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

管線探測儀一致性對比檢驗(yàn)記錄表 表2

3．2數(shù)據(jù)分析

考慮到樣本數(shù)量較少可能會由于粗差對結(jié)果產(chǎn)生影響,此次選定了5臺探測儀對15個校驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行了共計(jì)300次的檢測,即每臺儀器對每個校驗(yàn)點(diǎn)均進(jìn)行了不同頻率和不同激發(fā)方式下的4次檢驗(yàn)。15個校驗(yàn)點(diǎn)中給水點(diǎn)5個、燃?xì)恻c(diǎn)3個、通信點(diǎn)5個,電力點(diǎn)2個。經(jīng)過儀器一致性檢驗(yàn),整批儀器一致性滿足要求。在此基礎(chǔ)上,分別依據(jù)工作頻率、激發(fā)方式對不同管線精度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),并對管線類別本身對探測精度影響進(jìn)行了研究,以尋找最合適的探測方法及管線探測的規(guī)律。

3．2．1 頻率分析

本次試驗(yàn)共選擇了27 KHz、33 KHz、65 KHz、 83 KHz四種不同工作頻率。經(jīng)過嚴(yán)格的計(jì)算,分別得到了不同管類在這四種不同頻率下的平面誤差和深度誤差。平面和深度精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2和圖3所示。

圖2　各管類不同頻率探測平面誤差分布圖

圖3　各管類不同頻率探測深度誤差分布圖

從圖2可以發(fā)現(xiàn)這四種頻率對于各類管線平面位置影響均處于一個誤差較小且變化均衡的范圍內(nèi),高頻(65 KHz、83 KHz)探測精度稍高于低頻(27 KHz、 33 KHz)精度。其中,利用高頻探測電力管線時,平面探測精度可以達(dá)到2．92 cm,高于其他三類管線精度。

從圖3可以發(fā)現(xiàn)給水、燃?xì)膺@兩類管線利用低頻( 27 KHz)探測深度誤差較大,采用33 KHz和65 KHz探測效果較好。四類管線里,電力、通訊探測深度受頻率影響較小,而給水、燃?xì)馓綔y深度受頻率影響較大。3．2．2 激發(fā)方式分析

本次試驗(yàn)選用了感應(yīng)法、直接法和夾鉗法三種常用的激發(fā)方式。其中給水、燃?xì)忸愡x用的是感應(yīng)法和直接法,電力和通訊類選用的是感應(yīng)法和夾鉗法。經(jīng)過計(jì)算,分析得到不同管類在不同激發(fā)方式下的平面和深度探測精度,結(jié)果如圖4和圖5所示。

從圖4可以發(fā)現(xiàn),四類管線無論選用何種激發(fā)方式,平面精度變化不大,且均在一個精度較高的誤差范圍內(nèi)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,感應(yīng)法比直接法和夾鉗法平面定位精度更高。這與我們管線探測作業(yè)中所認(rèn)為的直接法和夾鉗法精度一般高于感應(yīng)法的認(rèn)知稍有偏差,出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能由于試驗(yàn)點(diǎn)周圍無近距離平行管線干擾,探測環(huán)境較好所致。

從圖5可以發(fā)現(xiàn),四類管線中給水、電力深度精度變化受激發(fā)方式影響較為明顯。給水、電力類管線分別更適用于直接法和夾鉗法進(jìn)行探測,而燃?xì)狻⑼ㄓ嶎惞芫€在選用不同激發(fā)方式時對深度無太大影響。因此,對于給水、電力類管線在條件允許時應(yīng)盡量使用直接法和夾鉗法進(jìn)行探測,以保證探測精度符合要求。3．2．3 管類分析

圖4　各管類不同激發(fā)方式探測平面誤差分布圖

圖5　各管類不同激發(fā)方式探測深度誤差分布圖

根據(jù)本次試驗(yàn)數(shù)據(jù),對管線本身對探測精度的影響也進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,其中給水、燃?xì)狻㈦娏Α⑼ㄓ嵲囼?yàn)點(diǎn)數(shù)分別為100個、60個、40個、100個。統(tǒng)計(jì)了這四類管線的平面最大值、深度最大值、平面誤差和深度誤差,分析結(jié)果如圖6所示。

圖6　不同管類探測精度統(tǒng)計(jì)圖

從圖6統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出,利用管線探測儀對各種管線進(jìn)行探測時,平面精度基本上都能夠得以保證,然而在深度的保證上,給水、燃?xì)狻㈦娦蓬惞芫€,探測值與真實(shí)值還有較大的差值,這與管線材質(zhì)有一定的關(guān)系。因此對于這三類管線,在實(shí)際探測前,應(yīng)根據(jù)管線材質(zhì)做深度檢驗(yàn)分析,尋找最為契合的深度改正公式[4]。

3．3規(guī)律總結(jié)

上述的三種統(tǒng)計(jì)試驗(yàn),分別探究了工作頻率、激發(fā)方式以及管線本身對平面精度和深度精度的影響。從試驗(yàn)結(jié)果中,觀察到不同探測方法和不同管類下探測精度存在差異。基于試驗(yàn)結(jié)果,總結(jié)出如下幾條規(guī)律:

(1)給水、燃?xì)狻㈦娏Α⑼ㄓ嵥念惞芫€探測時,應(yīng)盡可能選用33 KHz和65 KHz的工作頻率。

(2)給水管類探測時,直接法探測精度高于感應(yīng)法;電力管類探測時,夾鉗法探測精度高于感應(yīng)法。

(3)電力管線探測精度明顯高于給水、燃?xì)狻⑼ㄓ嵢惞芫€,后三類管線探測時,要做好深度校驗(yàn)。

4 實(shí)際案例檢驗(yàn)

良好的探測方法及適用規(guī)律,須經(jīng)過大量工程驗(yàn)證后才能放心使用。下面結(jié)合電力竣工工程,探討夾鉗法和感應(yīng)法下探測電力管線的深度值與真實(shí)值之間的差異狀況。

工程地點(diǎn)位于武漢市漢陽區(qū)濱江大道,電力管線長約1．6 km,其中有5段為頂管施工,頂管長度接近500 m。其中不但要穿過給水、燃?xì)狻⑴潘缺姸嗍姓艿?而且還要穿越漢陽古城墻,施工難度可謂相當(dāng)大,管線最深處接近15 m,這給管線探測帶來了巨大困難。

本次試驗(yàn)中,選取了其中一段長約63 m的頂管作為研究對象,以頂管施工中記錄下的導(dǎo)向儀頂進(jìn)深度作為原始參考數(shù)據(jù),分別利用夾鉗法和感應(yīng)法對該段管線每隔3 m進(jìn)行高密度定點(diǎn),得到了兩種不同激發(fā)模式下的探測深度。通過與原始數(shù)據(jù)比較,得到了如圖7所示的深度剖面圖。

圖7　電力管線深度剖面圖

通過深度剖面圖,可以直觀的發(fā)現(xiàn)夾鉗法探測深度與原始數(shù)據(jù)更為接近,感應(yīng)法探測深度與原始數(shù)據(jù)差異較大,這與本文3．3節(jié)總結(jié)的第二條規(guī)律相吻合,證明了規(guī)律的正確性。

5 結(jié)論與建議

5．1結(jié)論

通過對上述的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,可以得出如下結(jié)論:

(1)在管線普查和探測前,探測人員應(yīng)對探測儀進(jìn)行充分的一致性校驗(yàn)。在滿足精度要求的前提下,根據(jù)管線的性質(zhì),選取最為合理的探測方式;

(2)管線探測儀的工作頻率應(yīng)選擇中等頻率,激發(fā)方式盡可能以直接法和夾鉗法為主;

(3)不同管類被電磁波激發(fā)所產(chǎn)生的地球物理特性不同,對深度的影響也不均勻,因此需要進(jìn)行深度改正。

5．2建議

隨著城市的不斷發(fā)展,近間距平行管線、非金屬管線、球墨鑄鐵管線以及深埋管線已成為當(dāng)前管線普查中的難點(diǎn)問題[1]。要解決此類問題,除了要有可靠的理論研究和先進(jìn)的儀器設(shè)備作為保障外[1],還應(yīng)該加強(qiáng)對儀器本身的性能研究,在工程中多分析、多試驗(yàn),不斷思考并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

總之,管線探測技術(shù)的深度研究是非常有必要的。盡管目前還有很多因素影響儀器的探測精度,但只要我們共同努力,定能不斷改進(jìn)探測方法,進(jìn)而提高探測精度。

參考文獻(xiàn)

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Discussion on Coherence Checks of Apparatuses in Choosing Underground Pipeline Detecting Methods

Teng Song,Wang Xiang,Li Hao,Geng Shenghui
(Wuhan Geomatic Institute,Wuhan 430022,China)

Abstract:When we use pipeline instruments detecting pipelines,it is often required to choose the appropriate detecting methods according to geophysical characteristics．Inappropriate detecting methods,not only affect the accuracy of detection,even would cause the wrong probe or missing probe．Scientific assessment of the impact of various types of factors on the detection accuracy and take the best detection methods is an important means to ensure pipeline outcomes safe and reliable．Firstly,testing the consistency of pipeline instruments,then analyzing detection accuracy from instrument frequency,excitation mode and pipeline categories．Summarized general rules to select the best detecting methods in different environments．Finally,examining the applicability and correctness of rules by an actual pipeline case．

Key words:underground pipeline;coherence check;detect method;geophysics characteristic

文章編號:1672-8262(2015)06-127-06中圖分類號:P631．3+3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

收稿日期:?2015—09—01

作者簡介:滕松(1988—),男,工程師,主要從事地下工程測量工作。