地下管线数字测绘关键技术研究与应用

贾宝 邓学锋 张涛 蒋达 李小娟

（河南省测绘工程院，河南 郑州 450003）

地下管线探测是国家实施地下综合管网建设的一项基础工作，地下管线探测资料是建立城市地下管网智能管理系统，顺应国家政策和“互联网+ ”、大数据、三维可视化、物联网等技术发展的基础资料，对推动整个城市安全、高效、和谐、健康发展有着重要意义[1]。

本文结合郑州轨道交通11号线地下管线探测任务，针对不同类型的管线选用适当的物探方法和仪器，分析出适合特定类型管线的物探方法，为日后的管线探测工作提供参考。始点等，需要仪器探测，点的位置和埋深探测至关重要。

管线探测的作业步骤包括：资料收集、现场踏勘、编写技术设计书、仪器校验和方法试验、实地调查与仪器探查、控制测量、管线点测量、管线数据处理与管线图编绘、建立管线数据库、编写技术总结、探测成果资料提交验收。作业流程如图1所示。

1 地下管线探测原理与方法

1.1 工作原理与方法

地下管线探测应遵循从已知到未知，从简单到复杂，复杂条件下采用综合方法相互验证等原则。

地下金属管线探测依据电磁场原理，利用管线探测仪的发射机发射电磁信号，使地下金属管线产生交变微电流，在其周围产生二次电磁场，然后使用管线探测仪的接收装置分析其电磁场分布特征，从而探测到地下金属管线的空间位置[2]。地下管线探测要根据现场条件选择合适的方法，特别是在管线较复杂的地段，要灵活使用充电法、选择激发法、压线法（包括水平压线、垂直压线和倾斜压线等）等方法。

非金属管线与周围介质存在一定差异，主城区内的排水管线材质以砼为主，部分给水、燃气管道材质为PE管。探查这类管线要使用探地雷达进行波谱分析，结合权属单位资料，综合分析确定其走向、位置和埋深[3]。

1.2 地下管线作业过程

地下管线探测，分明显点探测和隐蔽点探测。明显点如消防栓、检查井、管线出入点等，肉眼可见；隐蔽点是指管线分布在地下的转角 点、变径点、分支点、起

图1 作业流程

1.3 管线成果精度要求

（1）管线点的探查精度。隐蔽管线点的探测精度是：平面位置限差tsδ为0.1h，埋深限差thδ为0.15h（h为管线的中心埋深，单位为cm，当h＜100cm时以100cm计算）。明显管线点埋深量测精度是：当中心埋深＜2m时，其量测埋深限差为±5cm；当2m≤埋深＜4m时，埋深限差为±8cm；当埋深≥4m时，埋深限差为±10cm。

（2）管线点的测量精度。平面位置中误差 sm 的绝对值不得大于5cm（相对于邻近控制点），高程测量中误差 hm 的绝对值不得大于3cm（相对于邻近控制点）[4]。

2 地下管线探测关键技术

2.1 明显点探测

探测地下管线明显点要打开检修井井盖，对明显管线点及其附属设施（包括接线箱、电信人孔、电信手孔、仪表井、检修井、阀门、消火栓等）做详细的调查、量测和记录；查清管线的类型、管径、材质、埋深、走向及连接关系。其中消防栓、电话亭、接线箱、配电箱、出入地、上杆埋深取0值，排水类管线埋深值取管底埋深。

管线点的地面投影位置设在井盖中心，当管偏（即管线点地面投影与检修井中心偏距）≥0.2m时，需量测管偏，并记录管偏方向和距离；当管偏＞0.5m时，实测其管线点地面投影点位，以检修井为地物点。对于排水管线，一般采用量杆来量测深度、判断各分支方向，量测深度时要多次量测，取平均值来确定。

采集地下管线外业数据，要绘制地下管线预编点号调查草图，草图上标注管线点连接关系、点号，以便物探点坐标数据采集和内业数据处理。

2.2 隐蔽点探测

管线隐蔽点主要分为线缆类管线和直埋类管线。

（1）线缆类管线隐蔽点探测：电信、电力等线缆类管线隐蔽点的探查，一般采用夹钳法或感应法。对于单根埋设的，采用极大值定位就可满足精度要求，本项目探测使用的是RD系列仪器，采用70%的异常宽度定深；对于管块埋设的，采用等效中心修正法校正。

（2）直埋类管线隐蔽点探测：给水、燃气、工业管线等直埋类管线的材质为金属，有明显点、具备接地条件的地段，可采用直连法探测，不具备接地条件的地段采用感应法探测；部分给水及燃气管线为非金属材质，用常规探测仪无法定位定深，可通过给水和燃气公司提供的图纸现场指认，并结合地面明显附属物信息，适时进行部分开挖或钎探。

2.3 特殊管线探测

在进行地下管线探测时，常在道路交叉口遇到断面上下埋设了多种材质的管线，存在管线密集、强电磁干扰等问题。在这样复杂的探测环境下，探测者要利用多种管线探测仪，采取不同的探测方法，结合文字资料来查明管线的分布情况。

同一条管线直线段相邻管线点间距＞75m时，在管线中间加点，控制管线走向；管线弯曲时，在圆弧起讫点和中点设置管线点，圆弧较大时，增加管线点密度，以正确表达管线的弯曲特征；遇到弯头时，首先在管线延伸线上找出信号消失位置，然后在管线两侧追踪信号并确定其准确位置，将两个方向的相交点定为弯头点，经验证后准确定点。

3 工程实例

3.1 测区概况和技术方案

郑州市轨道交通11号线沿线地下管线现状调查（补测）项目，探测线路全长约7.5km，探测面积约为200万平方米。测区西起海峰路延长线与107国道附近，经海峰路、南八路，至经开第十八大街附近向南约3.2公里。测区主要有给水、排水、燃气等管道，以及电力（含路灯）、通信等电缆类管线，以金属管线为主，部分为非金属管线，大部分区域管线密集，较为复杂。

项目采用全数字化、内外业一体化的普查模式，明显管线点实地调查与隐蔽管线点仪器探查相结合、全解析法测绘与机助成图相结合，同步建立地下管线数据库。内外业一体化作业流程如图2所示。

图2 内外业一体化作业流程图

3.2 实施过程及探测结果

地下管线探测专业性较强，涉及物探、测量和内业成图等工序，各工序必须紧密协作，环环相扣。根据既定方案和设计书要求，首先进行业务培训，划分作业片区，然后运用各种技术解决疑难管线的探测，采用先进的测量手段采集数据，而后进行内业资料处理。

项目共计探查管线点总数3496个，其中明显点2518个，隐蔽点978个，探查管线总长度61.1km。

3.3 数据处理入库及地下管线图编绘

需录入计算机的地下管线信息包括空间信息和属性信息。地下管线属性数据由地下管线探查所得数据以表格形式表示；空间数据由管线点测量采集而来，由全站仪测量后自动记录，经检查处理后传输到计算机。管线探查原始数据的录入利用自主研发的地下管线属性处理系统进行，并对入库数据进行完整性检查。

管线数据入库检查完毕后，利用Auto CAD2010平台二次开发的具有城市地下管网成图功能的成图系统展绘管线点、管线段、生产探测的管线图。经过简单的检查处理，将地下管线图交由探测人员反复检查，确认无误后再绘制出与实际相符的地下管线图。

管线图的图幅规格为50cm×50cm，比例尺为1∶1000，分综合管线图和专业管线图。综合管线图包含所有管线及其属性信息，专业管线图在综合图的基础上进行编绘，从不同的图层将各类专业管线提取出来，增加图名和专业信息注记。专业管线图按管线一级分类编辑，分为给水、排水、电力、通信、燃气、热力6种。局部综合管线图如图3所示。

3.4 质量评价

测区共布设RTK图根控制点20个，四等水准测量6.8km，管线探测点3496个，外业工作10d，探测成果符合相关规范要求。质量评价结果如下：

（1）上级检查组对测量全过程进行实地抽查、复查，控制测量图根点的最大相对误差为1∶5136（允许值为1∶4000），最大高程较差为25mm，允许值为±30mm，测区图根控制点成果数据可靠，精度满足相关规范要求。

（2）经过验收检查，管线测量数据和探测数据平面位置中误差为±3.25cm(限差为±5cm），高程中误差为1.99cm(允许误差为±3cm），埋深中误差在±2cm之内，其中物探检查精度统计结果如表1所示。所检查的管线点分布具有均匀性、随机性和代表性。检查结果表明，管线点探查的平面和埋深技术指标符合规程的限差要求，探查精度合格。未发现超差点，符合测量精度要求。综合质量评定结果为成果合格率100%，质量等级优。

图3 局部综合管线图

表1 物探检查精度统计

4 结语

近年来，由于地下管线现状不清、数据不明，管线损坏而导致的城市内涝、路面塌陷、停水停电等事故时有发生，因此，地下管线普查及管理极其重要和迫切。开展地下管线普查时，应根据不同材质、不同类型的管线，采取适当的探查方法，严格把控质量，确保普查数据的准确可靠，保证地下管线的正常运行。