基于電磁法的城市三維地下管線綜合探測方法

王玉申

（北京久城測繪科技有限公司，北京 101300）

1 引言

現階段，隨著國內城市化進程的加快，地下管線的建設需求逐年增加，尤其是人口巨大的城市，對于地下管線的建設更需要提上日程。地下管線作為城市、企業的重要基礎設施，在設計建設施工過程中，需要提前對具體位置和標定點探測，以便營造穩定的施工環境。城市三維地下管線綜合探測方法多為單向探測法，參考文獻[1]和文獻[2]設定傳統綜合技術地下管線探測方法、傳統綜合物探地下管線探測方法，這類探測方法雖然能夠實現預期目標，但是較易受到外部環境及因素影響，常常會形成不可控的探測誤差，導致最終探測結果不精準[3]。傳統的地下管線探測方法存在很多缺陷，無法準確探測到地下管線的位置和屬性。基于電磁法的探測方法可以有效解決這一問題，并提高探測的精度和效率。城市地下管線施工往往需要破壞城市道路、綠化帶等公共設施，給城市交通和居民生活帶來很大不便。基于電磁法的探測方法可以預先探測到地下管線的位置和屬性，降低施工風險和對城市的影響。城市地下管線是城市基礎設施的重要組成部分，對城市的供水、供電、供氣、通訊等方面有著至關重要的作用。基于電磁法的探測方法可以更好地了解管線的運行狀況，及時發現和解決問題，保障城市地下管線的安全和可靠運行。

本文對基于電磁法的城市三維地下管線綜合探測方法進行設計和分析。所謂電磁法，主要指的是一種定向的電磁感應探測形式，通過設定的介質把握空間分布規律或時間變化規律，將該方法與城市地下管線探測工作進行融合應用，一定程度上可以加強對探測誤差的控制，提升整體的探測質量和效率[4]。此外，電磁法的應用，還可以擴大探測范圍，減少日常探測壓力，逐步形成更為靈活、多變的探測結構，增強自身的探測針對性與穩定性，為相關行業發展以及技術創新奠定基礎環境[5]。

2 構建城市三維地下管線綜合電磁探測方法

2.1 預處理基礎探測環境

通常情況下，大多城市在建設過程中均會在安裝管線的位置進行探測核心控制、識別點設定，為后期開展探測工作奠定基礎。因此，為確保最終探測結果的真實性和可靠性，需要對基礎環境進行預處理[6]。首先，在探測工作展開之前，依據實際建設需求及標準，合理收集測區的設定管線、基礎設施、人口流動等相關要素的基礎數據和資料，同時，根據管線的設定位置，獲取設計圖、竣工圖、改建圖等，為管線位置綜合探測提供便利[7]。

隨后，利用三維處理技術，綜合節點采集的數據和資料，在控制平臺中還原管線的基礎位置，并做出應對標定，形成可控虛擬探測結構。根據實際探測需求，設定三維探測的相關指標參數，如表1 所示。

表1 三維探測相關指標參數設定

在日常探測工作中，由于地下管線的分布范圍不一，部分城市的管線設定甚至十分雜亂，因而需要利用控制平臺及探測控制點進行搭接關聯，逐步形成動態的綜合探測網，采用分片、分線的方式進行探測，并與管線設定的露點探測頻率保持一致，為后期開展復雜探測工作提供參考依據。

2.2 設定電磁管線探測節點

探測節點的部署一定程度上可以確保探測結果的真實可靠，同時加強對探測數據的采集，形成更為精準的探測結構。首先，利用技術探測儀，綜合三維虛擬控制技術，確定城市地下管線的位置。這部分可利用預先設定的核心控制節點進行搭接關聯，在外部設定信號電磁接收器，與內部的控制節點呼應，轉換采集的數據信息之后，將其傳輸到外部節點上，具體結構如圖1 所示。

圖1 電磁管線探測節點結構

根據圖1，完成對電磁管線探測節點結構的設定與分析。隨后，根據電磁法及相關技術，對管線的具體位置進行探索，并利用專業設備及儀器，將準備好的電磁探測節點設定部署在對應位置，便于后續對管線位置進行定向探測。

值得注意的是，在融合電磁法進行探測時，所設定的探測點位置并不固定，可根據自身需求及探測標準進行調整。此外，穩定的電磁環境也可以讓探測過程更加順利、安全，探測誤差更加可控，逐步形成具有循環性的探測節點布設結構，在復雜的背景環境下，能夠進一步加快探測數據的采集速度及質量，確保探測結果穩定，具有實際的應用價值。

2.3 構建多階電磁三維管線探測模型

與傳統探測模型不同的是，在電磁法的輔助之下，多階城市三維管線探測模型的實際應用覆蓋面積相對較大，在探測過程中并不會受到外部環境及因素的邊界限制，在一定程度上減少了探測誤差的出現，避免影響最終的單向探測結果。利用部署的探測節點采集相關管線位置的數據及資料，根據三維管線還原程序，可以觀測到對應的模糊位置，同時對管線的邊緣處進行多階標定，依據管線的各階段情況，設定多個階段的探測標準，綜合電磁法，測定多階電磁三維管線探測模型結構，如圖2 所示。

圖2 多階電磁三維管線探測模型結構

根據圖2，完成對多階電磁三維管線探測模型結構的設計與驗證。然后，在設定各個階段標準下，部署對應的電磁信號感應裝置，挑選固定的轉換介質，在模型中形成一個動態化的三維電磁感應探測程序，與城市三維地下管線的控制程序進行關聯，以此來強化該模型的實際應用探測能力，合理擴大對應的管線探測范圍，加強對探測誤差的控制，通過多階段的探測形式確保探測結果的可靠性。

2.4 多方向感應修正實現綜合探測

在對城市三維管線進行探測時，由于管線安裝位置不一，需要綜合電磁法，采用多方向感應修正的形式，來實現最終的綜合探測。先確定具體的感應范圍，利用節點采集的數據和資料，標定具體探測位置，再與設定的標準比照，測算出綜合探測單元距離，如公式 （1）所示。

公式（1）中：G表示綜合探測單元距離，β表示定向采集范圍，i表示預設采集偏差，d表示三維定位值，α表示探測節點間距。依據上述測算，完成對綜合探測單元距離的計算，將其設為單元探測標準，設定對應的修正偏差，在探測過程中進行多方向偏差修正，以確保最終探測結果的真實性與合理性。

3 方法測試

此次主要對基于電磁法的城市三維地下管線綜合探測方法的實際測定效果進行分析與研究。考慮到最終測試結果的真實性與可靠性，將本文方法與管線儀反演方法進行對比，選定Q 城市的地下管線作為測試對象進行實驗分析。根據實際的測定需求及標準，對最終獲取的測試結果進行比照研究，然后搭建基礎測試環境。

3.1 測試準備

綜合電磁法，進行基礎測試環境的搭建。首先，選取Q 城市的某一路段進行地下管線數量的探測，探測時需要將探測的控制程序與三維管線綜合控制平臺進行搭接關聯，在標定的范圍內設定四個探測位置，即對應的探測點，分別是KLSH1009 ～KLSH1012。為確保最終測試結果的真實穩定，四個測定點的深度不同，分別是4m、6m、8m 以及12m。利用電磁法在測定路面上設定電磁感應接收裝置和傳輸裝置，營造穩定的綜合探測環境，然后設定具體的探測目標，進行驗證分析。

3.2 測試過程及結果分析

在上述搭建的測試環境中，綜合電磁法進行測定分析。首先，在不同深度安裝可以感應管線的電磁節點，并將其與路面上的電磁接收器及信號處理裝置進行搭接關聯，形成基礎性的探測結構。隨后，將控制程序與城市三維管線標定控制平臺進行連接，利用平臺調取管線的數據、信息，并融合電磁法構建對應的綜合探測結構，設定探測設備的定向頻率為33kHz，同周期首位測定兩次。在不同的管線探測深度背景下，測定出對應的探測誤差，如公式（2）所示。

公式（2）中 ：U表示探測誤差，φ表示預設探測范圍，? 表示單元獨立探測值，m表示探測最大深度，n表示探測最小深度。根據上述測定，完成對測試結果的分析與研究，具體如圖3 所示。

圖3 測試結果對比分析

由圖3 可知，探測節點數量為10 個時，管線儀反演方法的探測誤差為0.42m,本文方法下探測誤差僅為0.36m；探測節點數量為30 個時，管線儀反演方法的探測誤差為0.38m，本文方法下探測誤差僅為0.20m；本文方法下探測誤差遠遠低于0.4m，說明該探測方法的針對性更強，探測誤差可控，具有實際的應用價值。

4 結束語

本文對基于電磁法的城市三維地下管線綜合探測方法進行了設計與分析，與綜合技術地下管線探測方法、綜合物探地下管線探測方法對比，本文綜合電磁法所設計的地下管線綜合探測結構相對較為靈活，在復雜的背景環境下，能進一步對地下管線的具體位置和外擴方向做出標定，最大程度降低日常探測存在的誤差。

基于電磁法的城市三維地下管線綜合探測方法，不僅可以保障城市地下管線的安全和可靠運行，還具有重要的經濟效益和社會效益。從經濟效益方面來看，可減少地下管線施工過程中的損失和風險，節省成本和時間。傳統的管線探測方法需要多次施工、試探等，耗費大量的時間和資源；而基于電磁法的綜合探測方法可以在一次探測中測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。從社會效益方面來看，基于電磁法的綜合探測方法可以使施工更加精確、高效、可控，減少對交通、城市環境和居民生活的影響，提高城市基礎設施建設的質量和效率，為城市的可持續發展提供更好的支持。