GIS數字測繪技術在金屬管線精準測量中的應用研究

阮運祥

（正元數字城市建設有限公司，山東 煙臺 264670）

GIS是一種基于計算機的工具，它集成了地理、信息和計算機技術，以探索和分析地理信息。將測繪和分析能力與數據庫相結合，這一特性為GIS帶來了比其他信息系統更多的優勢，廣泛用于解釋各種事件、預測結果和戰略規劃。現在和將來都會使用，它在社會發展和工程建設中發揮著重要作用。金屬管線分布于城市的地下，其規模龐大并且錯綜復雜，在對城市的建設中，需要對地下的管線進行一部分改造，但是目前現有的技術，在對金屬管線探測上不精準，容易導致后期的施工破壞地下供水系統。

1 GIS數字測繪技術在金屬管線精準測量中的應用研究

1.1 發出測繪信號

GIS數字測繪技術在各行各業廣泛應用，目前，以下幾種應用廣泛用作綜合空間分析數據，用于進行綜合空間分析、評估、模擬空間預測、區域空間信息管理系統和其他空間數據查詢以及空間數據分析。用于測繪功能、應用管理結合后的遙感地圖影像處理、專題測繪制圖、功能數據庫管理開發或設計具有特定應用功能的測繪應用系統。市場上的移動數字測繪系統很多，根據應用開發方式的不同，可以再細分為兩種應用類型。一是依托新的Autocad開發平臺持續進行產品二次開發。充分利用了Autocad強大的繪圖編輯和自動繪圖處理功能。此類系統的開發速度也非常快。但是，由于GIS系統數據結構的差異，生成的數據很難滿足GIS系統的要求。二是直接開發的數字測繪系統，這樣的系統在開發上具有很高的靈活性，不需要受到二次開發平臺的限制。首先，需要在現場以多種方式收集原始數據，將這些原始數據被處理成基礎數據[1]。然后提取對金屬管線測量有用的各種基本信息，執行自動計算，并根據給定的數據結構自動存儲它們。建立一套完整的功能適合金屬管線測繪技術的地下排水繪圖數據庫。該管道根據數據庫可以繪制各種管道線路圖，生成各種數字化排水管網管道圖。同時它還可以向GIS用戶提供地下排水管線的使用屬性和使用空間數據。

1.2 接收交變二次磁場信號

根據實際需要通過檢測空氣電路驅動線圈的不同可為電氣驅動元件選擇連接電路驅動器的方式，可以區分為自感和互感。單個線圈檢測器由線圈直接串聯組成的分別分為是絕對方向差動式和檢測兩種方式，而兩個線圈間接組成的則分別是相對方向差動式和串聯組合檢測兩種方式，可以根據不同檢測線圈條件和性能要求，靈活選擇串聯多個檢測線圈。互感型是一種采用獨立勵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，根據金屬管線的特點，將新型接收器設計為可伸縮的三點接收裝置。基于電磁場理論的檢測裝置具有多種類型的檢測線圈結構，傳統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，因為需要將檢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對檢測線圈的要求，會比較單一，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有的缺陷，提供了一種帶有可伸縮傳感器模塊的三點探測器[2]。儀器采用三個相互垂直的檢測線圈，提高了測量結果的準確性和效率。接收器的主要功能是通過傳感器線圈接收地下產生的次級磁場信號。采用高導磁率的金屬接收線圈，能夠提高信號接收靈敏度。

1.3 定位金屬管線具體位置

金屬管線屬性包括地圖編號、土地利用單位、土地類型、土地等級、建筑面積、計算建筑面積、計算地塊面積。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線連接到這些電源暴露出的區域。另一側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。這種方法信號優良、檢測精度高、抗干擾能力強，但要求被測管道必須是性能好的。由于是露點，其使用范圍有限。此時地下管道電流對應一個大型的電極，管道電流中的巨大電流在其周圍就會產生交變性的磁場，直接用這個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，則會感應出交變次級磁場。這種感應的次級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磁場信號然后被放大、濾波、調諧，并發送到信號處理單元以檢測地下金屬管道。管道磁場感應器發出一個新的次級交變管道磁場，并分別使用兩個通過橫向梯度導磁法，與管道地面磁場平行方向放置的導磁線圈，接收次級垂直磁場接收垂直磁通的測量。

2 應用與分析

2.1 實驗準備

實驗提取C地進行實地實驗，第一步需要對C地實地調查，根據已有的資料核查各類管線的位置，確定好要測試的目標管線后，需要一定的探查精度來衡量測試的結果是否科學準確，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，還應采用鋼尺和量桿進行量測，長度單位為厘米。線圈性能是文中檢測技術的一個關鍵檢測元件，線圈檢測性能的好壞直接就會影響應用到文中技術檢測方法的正確檢測實驗結果，因此在測試開始前，檢查線圈性能。

2.2 結果分析

實驗為驗證文中方法的測量優勢，提取一種基于地質雷達的測試方法，即為傳統方法。分別將文中方法與傳統方法應用在C地中，測量C地各種管線類型的管線點數，并將測試結果進行對比，如下表2所示。

表2 兩種方法測量金屬管線點數對比

如上表2可知，文中應用GIS數字測繪技術的方法，在C地測量中，對于燃氣、供水、電力、路燈、通信、雨污河流的不同類型管線測量點數，共比傳統方法多檢測70個管線，因此得出文中方法在測量點數上優于傳統方法，更接近實際管線點數。

3 結語

本文的方法主要針對地下深度的金屬管線進行無損檢測，整個檢測流程分為3部分，分別是基于GIS數字測繪技術生成數字化信號發出網圖、接收交變二次磁場信號以及定位金屬管線具體位置。

文中提出的測繪技術應用的優勢在于接收裝置和發出裝置是分離便攜式，在發出裝置向地下目標發射信號后，接收裝置在合理的工作區域內，目標金屬管線產生的二次信號就不會干擾接收裝置，因此避免了同源干擾的可能性。實驗證明基于GIS數字測繪技術的應用能夠精確定位金屬管線，使檢測效率大大提高。