城市地下管线探测精度检测研究

张 磊

(武汉市测绘研究院,湖北 武汉 430022)

城市地下管线作为城市基础设施的重要组成部分,承载着供水、供气、供电及通信等关键功能。但由于管线隐藏于地下,其准确的位置及状态往往难以获得,这给城市规划、维护及发展带来了挑战。而城市地下管线探测精度的提升是确保城市安全高效运行的关键。本研究提出在城市地下管线探测中采用多技术融合、先进的数据处理算法及分析方法、设备的定期校准及维护、数据共享与合作等优化措施实现更全面、更准确的管线信息获取,为城市的可持续发展提供有力支持。

1 城市地下管线探测技术

图1 直接充电法Fig.1 Direct charge method

1.1 直接充电法

直接充电法是一种常见的城市地下管线探测技术,在管线的出露点或多个出露点之间施加电流,并在较远处的地面上进行磁场测量,探测地下管线的位置及特性,主要利用电流在地下管道中的传导特性及产生的磁场对地面的影响[1],在探测过程中一端的电极连接到管线的出露点,另一端的电极连接到同一管线的另一个出露点或距离较远的地面,通以恰当电流,在管线周围形成一个电流环路。电流在管道中传导产生的磁场会扩散到地下周围的土壤中,使用磁场传感器来测量地面上的磁场变化,获得与管线位置及特性相关信息。直接充电法的优点是简单,低成本,但精度可能受到地下土壤电导率变化、地下环境杂散磁场的干扰及管线深度等因素的影响,故需进行适当的校准及数据处理,以获得准确的管线位置及特性信息。

1.2 感应法

感应法利用电磁感应原理来检测地下管线的位置及特性。通常采用水平发射线圈和垂直发射线圈两种方式来产生电磁信号,通过接收线圈测量地下管线产生的感应信号。水平发射线圈是一种放置在地面上平行于地表的线圈,通以电流来产生一个变化的磁场[2]。当磁场与地下管线相交时,管线会产生感应电流,从而在接收线圈中引发电磁感应信号。通过分析接收到的信号可确定管线的存在、位置及一些特性信息。垂直发射线圈则是一种放置在地面上垂直于地表的线圈,通以电流来产生磁场。这个磁场在地下管线周围产生感应电流,导致在接收线圈中产生电磁感应信号,可用于检测地下管线的深度及位置信息。感应法的优点是非侵入性,不需要直接与管线物理接触,适用于不同地质条件。但土壤电导率、管线材质及环境磁场等因素干扰可能影响其探测精度,需考虑合适的校准及数据处理方法,获得准确的管线信息。

图2 感应法Fig.2 Induction method

1.3 示踪法

示踪法是一种常用于非金属地下管道的探测技术,在管道中引入一种特殊的示踪剂,使用探测设备来追踪示踪剂的位置来确定管道的存在、位置及深度。这种方法在寻找非金属管道(如塑料、陶瓷等)时特别有用,因为这些管道通常不会对电磁或电流产生反应,故传统的电磁方法不适用。示踪法的工作原理是将示踪剂注入到待探测的管道中。示踪剂可以是一种特殊的液体、气体或其他标记物质[3]。一旦示踪剂进入管道,则会随着管道流动在管道的出口点释放到地下环境中。使用相应的探测仪器,如气体探测仪或化学探测仪,可检测示踪剂的浓度或信号,从而确定管道的位置及深度。示踪法的优点是适用于各种类型的非金属管道,包括水管、排水管及其他类型的管道。但需要一定的准备工作,如管道的暂时停用以便注入示踪剂及对环境与水质影响进行评估。

图3 示踪法Fig.3 Trace method

2 地下管线探测精度检测的优化措施

2.1 先期规划与数据整合,避免重复探测或遗漏

在优化城市地下管线探测精度检测方面,充分的先期规划与数据整合策略尤为重要。在实际的管线探测工作开始前,建立一个完备的计划,整合各种数据来源,确保整个探测过程的有序进行,最大限度提高探测的准确性及有效性。在城市地下管线探测开始前,应明确探测目标及范围,制定详细的工作计划,包括探测时间安排、地点分布、探测方法的选择等。避免盲目的探测,提高工作的针对性及高效性[4]。城市地下管线涉及多个单位及部门,每个单位都可能存在不同的管线信息数据。探测前应进行广泛的数据征集与整合,将各个部门提供的数据汇总到统一的平台上,建立地理信息系统(GIS),形成综合管线数据图,包括各类管线的位置、深度、材质等重要信息,为后续的探测提供基础。在数据整合过程中,数据的准确性与时效性尤为重要。各个单位应提供最新、最准确的数据,避免因过时或错误的数据造成探测的混乱及误差。

2.2 开发先进的数据处理算法及分析方法,提取准确的管线信息

在城市地下管线探测精度检测优化过程中,开发先进的数据处理算法及分析方法至关重要。随着技术的不断进步,探测所得的数据量不断增加,包含了各种各样的信息,但这些原始数据往往需要经过深入处理及分析,才能从中提取出准确的管线信息。先进的数据处理算法可有效去除数据中的噪声、干扰及异常值,从而提高数据质量及可信度。通过信号处理技术滤除来自环境干扰或设备误差引入不必要的波动,使管线信号更加清晰可辨。此外,高级的数据处理算法还可进行数据插值及外推,填补因数据不完整或缺失而产生的空白,从而获得更完整的管线分布图[5]。在数据分析方法方面,引入机器学习和人工智能技术可帮助识别并区分不同类型的管线。通过对大量已知管线数据的训练,算法可以学习管线特征及模式,在未知数据中准确地识别出管线的存在及位置。深度学习技术还可实现自动化管线识别及分割,极大地提高分析效率及准确性。除了管线的存在及位置,先进的算法和方法还可以提取管线的材质、直径、埋深等信息。通过对不同管线类型特征进行分析,更好地了解管线属性,为城市基础设施管理部门提供准确的数据支持。开发先进的数据处理算法和分析方法对于城市地下管线探测精度的提升至关重要,这些算法和方法的应用可从海量的原始数据中提取出准确的管线信息,为城市规划、维护及更新提供可靠的数据基础。随着技术的不断发展,这些方法将进一步推动城市地下管线探测的创新和进步。

2.3 定期校准和维护设备,确保其正常的工作状态

要确保城市地下管线探测精度的持续优化,设备的定期校准和维护是一项不可或缺的关键措施。随着时间的推移及使用频率的增加,探测设备可能会因环境影响、磨损、老化等原因而产生偏差,从而影响其测量准确性及稳定性。因此定期对设备进行校准及维护,可确保其正常工作状态,这是保障地下管线探测成果质量的重要环节。设备的定期校准是通过与已知标准进行比对,调整设备测量参数,使其输出结果更加精准及可靠。校准过程可检测出设备是否存在漂移或误差,对其进行及时修正。例如,地电法或地磁法设备可使用标准校准物体模拟地下管线,对设备进行校正,确保其输出的电阻或磁场数值与实际情况相符。校准过程能够提高测量的一致性和可比性,确保管线探测数据的准确性。定期维护可延长设备使用寿命,保持正常工作状态。维护包括设备清洁、零部件的更换、连接线路的检查等。例如,声波探测设备的传感器可能会因为长时间使用而积累灰尘或损坏,影响信号的传输及接收。定期维护可清除积累在传感器上的污垢,确保设备的敏感度及稳定性。还要做好设备的软件更新与固件升级,以应对新的数据处理算法或性能提升。通过精确校准和及时维护提高设备测量的准确性、稳定性及可靠性,为城市地下管线信息的获取及管理提供坚实的技术基础。

2.4 实地核实与标记,纠正可能存在的误差

在优化城市地下管线探测精度检测方面,实地核实与标记策略是确保探测结果准确性的关键。通过实地勘察和标记,对初步探测数据进行验证和修正,从而更准确地确定地下管线的位置、深度及其他关键信息。实地核实是确保管线信息准确性的关键步骤。初步探测数据收集完成后,探测人员需前往实际探测现场进行现场勘察。使用探测设备进行探测,结合地面特征及其他可见标志验证探测数据的准确性。可在实地确认管线的具体位置及深度,进行必要的调整,排除可能存在的误差,确保管线信息精确无误。标记是在实地核实的基础上进行的,一旦确认管线的具体位置及深度,需在地面上进行标记,以便后续施工及维护,避免损害地下管线。标记可使用临时标志物、涂料或其他可见标记,以便在实际施工中准确避开管线,防止对地下基础设施造成损害。在实地核实与标记过程中需及时记录并整理数据,记录每个管线的精确位置、深度、材质等信息,将这些信息整理成准确的记录,供日后参考,保障管线信息的长期可靠性,为城市基础设施的维护及管理提供重要依据。通过现场勘察、数据验证及标记,确保探测结果的准确性,为城市基础设施的安全运行提供有力支持。

3 结束语

城市地下管线探测精度检测的优化是一个综合性工程,需各方的共同努力及协同合作。通过多方面的技术手段及合作,更好地了解城市地下管线分布情况,为城市安全、便捷及可持续发展提供坚实的基础。未来,随着技术的不断创新和发展,城市地下管线探测将更加精密、高效。