城市地下管線探測精度檢測研究

張 磊

(武漢市測繪研究院,湖北 武漢 430022)

城市地下管線作為城市基礎設施的重要組成部分,承載著供水、供氣、供電及通信等關鍵功能。但由于管線隱藏于地下,其準確的位置及狀態往往難以獲得,這給城市規劃、維護及發展帶來了挑戰。而城市地下管線探測精度的提升是確保城市安全高效運行的關鍵。本研究提出在城市地下管線探測中采用多技術融合、先進的數據處理算法及分析方法、設備的定期校準及維護、數據共享與合作等優化措施實現更全面、更準確的管線信息獲取,為城市的可持續發展提供有力支持。

1 城市地下管線探測技術

圖1 直接充電法Fig.1 Direct charge method

1.1 直接充電法

直接充電法是一種常見的城市地下管線探測技術,在管線的出露點或多個出露點之間施加電流,并在較遠處的地面上進行磁場測量,探測地下管線的位置及特性,主要利用電流在地下管道中的傳導特性及產生的磁場對地面的影響[1],在探測過程中一端的電極連接到管線的出露點,另一端的電極連接到同一管線的另一個出露點或距離較遠的地面,通以恰當電流,在管線周圍形成一個電流環路。電流在管道中傳導產生的磁場會擴散到地下周圍的土壤中,使用磁場傳感器來測量地面上的磁場變化,獲得與管線位置及特性相關信息。直接充電法的優點是簡單,低成本,但精度可能受到地下土壤電導率變化、地下環境雜散磁場的干擾及管線深度等因素的影響,故需進行適當的校準及數據處理,以獲得準確的管線位置及特性信息。

1.2 感應法

感應法利用電磁感應原理來檢測地下管線的位置及特性。通常采用水平發射線圈和垂直發射線圈兩種方式來產生電磁信號,通過接收線圈測量地下管線產生的感應信號。水平發射線圈是一種放置在地面上平行于地表的線圈,通以電流來產生一個變化的磁場[2]。當磁場與地下管線相交時,管線會產生感應電流,從而在接收線圈中引發電磁感應信號。通過分析接收到的信號可確定管線的存在、位置及一些特性信息。垂直發射線圈則是一種放置在地面上垂直于地表的線圈,通以電流來產生磁場。這個磁場在地下管線周圍產生感應電流,導致在接收線圈中產生電磁感應信號,可用于檢測地下管線的深度及位置信息。感應法的優點是非侵入性,不需要直接與管線物理接觸,適用于不同地質條件。但土壤電導率、管線材質及環境磁場等因素干擾可能影響其探測精度,需考慮合適的校準及數據處理方法,獲得準確的管線信息。

圖2 感應法Fig.2 Induction method

1.3 示蹤法

示蹤法是一種常用于非金屬地下管道的探測技術,在管道中引入一種特殊的示蹤劑,使用探測設備來追蹤示蹤劑的位置來確定管道的存在、位置及深度。這種方法在尋找非金屬管道(如塑料、陶瓷等)時特別有用,因為這些管道通常不會對電磁或電流產生反應,故傳統的電磁方法不適用。示蹤法的工作原理是將示蹤劑注入到待探測的管道中。示蹤劑可以是一種特殊的液體、氣體或其他標記物質[3]。一旦示蹤劑進入管道,則會隨著管道流動在管道的出口點釋放到地下環境中。使用相應的探測儀器,如氣體探測儀或化學探測儀,可檢測示蹤劑的濃度或信號,從而確定管道的位置及深度。示蹤法的優點是適用于各種類型的非金屬管道,包括水管、排水管及其他類型的管道。但需要一定的準備工作,如管道的暫時停用以便注入示蹤劑及對環境與水質影響進行評估。

圖3 示蹤法Fig.3 Trace method

2 地下管線探測精度檢測的優化措施

2.1 先期規劃與數據整合,避免重復探測或遺漏

在優化城市地下管線探測精度檢測方面,充分的先期規劃與數據整合策略尤為重要。在實際的管線探測工作開始前,建立一個完備的計劃,整合各種數據來源,確保整個探測過程的有序進行,最大限度提高探測的準確性及有效性。在城市地下管線探測開始前,應明確探測目標及范圍,制定詳細的工作計劃,包括探測時間安排、地點分布、探測方法的選擇等。避免盲目的探測,提高工作的針對性及高效性[4]。城市地下管線涉及多個單位及部門,每個單位都可能存在不同的管線信息數據。探測前應進行廣泛的數據征集與整合,將各個部門提供的數據匯總到統一的平臺上,建立地理信息系統(GIS),形成綜合管線數據圖,包括各類管線的位置、深度、材質等重要信息,為后續的探測提供基礎。在數據整合過程中,數據的準確性與時效性尤為重要。各個單位應提供最新、最準確的數據,避免因過時或錯誤的數據造成探測的混亂及誤差。

2.2 開發先進的數據處理算法及分析方法,提取準確的管線信息

在城市地下管線探測精度檢測優化過程中,開發先進的數據處理算法及分析方法至關重要。隨著技術的不斷進步,探測所得的數據量不斷增加,包含了各種各樣的信息,但這些原始數據往往需要經過深入處理及分析,才能從中提取出準確的管線信息。先進的數據處理算法可有效去除數據中的噪聲、干擾及異常值,從而提高數據質量及可信度。通過信號處理技術濾除來自環境干擾或設備誤差引入不必要的波動,使管線信號更加清晰可辨。此外,高級的數據處理算法還可進行數據插值及外推,填補因數據不完整或缺失而產生的空白,從而獲得更完整的管線分布圖[5]。在數據分析方法方面,引入機器學習和人工智能技術可幫助識別并區分不同類型的管線。通過對大量已知管線數據的訓練,算法可以學習管線特征及模式,在未知數據中準確地識別出管線的存在及位置。深度學習技術還可實現自動化管線識別及分割,極大地提高分析效率及準確性。除了管線的存在及位置,先進的算法和方法還可以提取管線的材質、直徑、埋深等信息。通過對不同管線類型特征進行分析,更好地了解管線屬性,為城市基礎設施管理部門提供準確的數據支持。開發先進的數據處理算法和分析方法對于城市地下管線探測精度的提升至關重要,這些算法和方法的應用可從海量的原始數據中提取出準確的管線信息,為城市規劃、維護及更新提供可靠的數據基礎。隨著技術的不斷發展,這些方法將進一步推動城市地下管線探測的創新和進步。

2.3 定期校準和維護設備,確保其正常的工作狀態

要確保城市地下管線探測精度的持續優化,設備的定期校準和維護是一項不可或缺的關鍵措施。隨著時間的推移及使用頻率的增加,探測設備可能會因環境影響、磨損、老化等原因而產生偏差,從而影響其測量準確性及穩定性。因此定期對設備進行校準及維護,可確保其正常工作狀態,這是保障地下管線探測成果質量的重要環節。設備的定期校準是通過與已知標準進行比對,調整設備測量參數,使其輸出結果更加精準及可靠。校準過程可檢測出設備是否存在漂移或誤差,對其進行及時修正。例如,地電法或地磁法設備可使用標準校準物體模擬地下管線,對設備進行校正,確保其輸出的電阻或磁場數值與實際情況相符。校準過程能夠提高測量的一致性和可比性,確保管線探測數據的準確性。定期維護可延長設備使用壽命,保持正常工作狀態。維護包括設備清潔、零部件的更換、連接線路的檢查等。例如,聲波探測設備的傳感器可能會因為長時間使用而積累灰塵或損壞,影響信號的傳輸及接收。定期維護可清除積累在傳感器上的污垢,確保設備的敏感度及穩定性。還要做好設備的軟件更新與固件升級,以應對新的數據處理算法或性能提升。通過精確校準和及時維護提高設備測量的準確性、穩定性及可靠性,為城市地下管線信息的獲取及管理提供堅實的技術基礎。

2.4 實地核實與標記,糾正可能存在的誤差

在優化城市地下管線探測精度檢測方面,實地核實與標記策略是確保探測結果準確性的關鍵。通過實地勘察和標記,對初步探測數據進行驗證和修正,從而更準確地確定地下管線的位置、深度及其他關鍵信息。實地核實是確保管線信息準確性的關鍵步驟。初步探測數據收集完成后,探測人員需前往實際探測現場進行現場勘察。使用探測設備進行探測,結合地面特征及其他可見標志驗證探測數據的準確性?？稍趯嵉卮_認管線的具體位置及深度,進行必要的調整,排除可能存在的誤差,確保管線信息精確無誤。標記是在實地核實的基礎上進行的,一旦確認管線的具體位置及深度,需在地面上進行標記,以便后續施工及維護,避免損害地下管線。標記可使用臨時標志物、涂料或其他可見標記,以便在實際施工中準確避開管線,防止對地下基礎設施造成損害。在實地核實與標記過程中需及時記錄并整理數據,記錄每個管線的精確位置、深度、材質等信息,將這些信息整理成準確的記錄,供日后參考,保障管線信息的長期可靠性,為城市基礎設施的維護及管理提供重要依據。通過現場勘察、數據驗證及標記,確保探測結果的準確性,為城市基礎設施的安全運行提供有力支持。

3 結束語

城市地下管線探測精度檢測的優化是一個綜合性工程,需各方的共同努力及協同合作。通過多方面的技術手段及合作,更好地了解城市地下管線分布情況,為城市安全、便捷及可持續發展提供堅實的基礎。未來,隨著技術的不斷創新和發展,城市地下管線探測將更加精密、高效。