城市地下管线测绘测量技术方法

唐吉林

佛山市测绘地理信息研究院 广东 佛山 528000

1 前言

随着城市化进程不断深入，地下管线布设变得愈发复杂，其涉及到供水、排水、天然气、电力等各种基础设施，为城市正常运行提供重要支持。但由于地下管线埋深较深，无法直接观察，因此对其进行准确测绘和测量成为一项重要的任务。传统地下管线测绘测量方法主要依靠人工探测和地图资料，这种方法存在许多问题，其需要大量的劳动力和时间，在复杂城市环境下很难取得满意的效果。因此，开发一种高效的地下管线测绘测量技术方法势在必行。

近年来，激光雷达技术被广泛应用于地下管线测绘测量中，激光雷达技术能通过发射激光束并接收反射回来的信号，从而得到地下管线的位置和形状信息。这种技术具有非接触、高精度和高效率的特点，能在较短时间内获取大量数据，提高测绘测量的准确性和效率。另外，地下雷达技术也是一种常用的地下管线测绘测量方法，利用电磁波在地下的传播特性，可以探测到地下不同材料的界面和障碍物。通过分析反射回来的信号，能得到地下管线的位置和形状信息。地下雷达技术具有非破坏性、高灵敏度和高分辨率的特点，对于测绘测量工作非常有效。除了激光雷达和地下雷达技术，还有许多其他方法能用于城市地下管线的测绘测量，如地下超声波技术能通过声波在地下的传播特性，探测到地下管线的位置和状态；地下磁力技术能通过磁场变化，判断地下管线的存在和走向。这些技术方法各有优势和适用范围，工作人员要根据实际情况选择合适的方法进行测绘测量工作[1]。

2 地下管线测绘测量的基本原理

地下管线测绘测量是一种重要的技术手段，用于确定地下管线的位置和走向，以确保工程施工和城市规划的顺利进行。这项工作的基本原理是通过测量仪器和技术手段来获取地下管道的空间位置信息，从而为相关工程提供准确的地下管线数据。

地下管线测绘测量主要依靠以下基本原理：

（1）地面探测：地下管线测绘测量通常从地面上开始，使用各种探测设备和技术手段，例如地磁仪、电磁波探测器、地质雷达等，来寻找地下管线的线索。这些设备能够检测到地下管线周围的物质变化，如金属管道的磁性、电磁信号的反射以及地下岩石的密度差异等。通过分析这些数据，可以推断管道的位置和走向。

（2）上部结构图：在地面探测之后，地下管线测绘测量需要借助上部结构图。上部结构图是地下管线系统的平面示意图，显示了不同管道的位置和走向。在实地测量之前，了解和准确理解上部结构图是至关重要的，它提供了测量的基准和方向。

（3）基准点：在地下管线测绘测量中，设置和确定准确的基准点是非常重要的。基准点是已知坐标或高程的地面点，用于建立测量系统的坐标系和高程系统。通过与基准点的测量对比，可以得到地下管线的具体位置和高程信息。

（4）测量设备：地下管线测绘测量需要使用各种测量仪器和设备，例如全站仪、GPS接收器、激光测距仪等。这些设备可以通过测量角度、距离和高程等参数，来获取地下管线的空间位置信息。

（5）数据处理：地下管线测绘测量所得到的数据需要进行处理和分析。数据处理包括将测量数据转换为坐标和高程信息，消除误差和噪声，拟合曲线和平面等。通过数据处理，可以得到地下管线的精确位置和走向。

总之，地下管线测绘测量的基本原理是通过地面探测、上部结构图、基准点、测量设备和数据处理等步骤，获取地下管线的空间位置信息。准确的地下管线数据对于工程施工和城市规划具有重要意义，可以避免损坏地下管线带来的风险，提高工程质量和效率。

3 城市地下管线常见的测绘测量方法

3.1 地下雷达

地下雷达是一种常用于城市地下管线测绘的非破坏性测量方法，其通过发射高频电磁波并接收回波，探测地下物体的位置和性质，从而帮助工程师确定地下管线的准确位置和深度。地下雷达主要包括发射器、接收器、控制单元等环节。发射器负责产生高频电磁波，并将其发送到地下；接收器则接收回波信号；控制单元将接收到的信号进行处理，并通过计算机或显示屏显示出地下的结构和特征。在测量过程中，地下雷达通过连续地发射和接收电磁波，并根据回波信号的强度和时间来确定地下物体的位置。地下雷达工作原理是利用电磁波在不同介质中传播速度不同的特性。当电磁波遇到地下物体时，部分能量会被反射回来，而另一部分则会通过物体传播。通过测量接收到的回波信号，地下雷达能确定物体的位置和深度。目前，地下雷达在城市地下管线测绘中有许多应用，不仅帮助确定地下管线的准确位置和深度，从而避免施工过程中对管线的破坏。还能检测地下管线的状态和损坏情况，以便及时修复和维护。但值得注意的是，地下雷达对地下介质类型过于敏感，如土壤湿度、岩石类型等，不同介质会对电磁波的传播产生不同影响，从而影响测量结果的准确性。同时，地下雷达在测量深度方面存在限制，通常只能测量几米到十几米的深度范围，且测量结果可能受到地下杂乱物体的干扰，如树根、建筑物和其他地下设施[2]。

3.2 地磁法

地磁法作为一种常见的测量方法，被广泛应用于城市地下管线的勘察和调查工作中，其是利用地球磁场变化探测地下物体的方法。地球上存在着相对稳定的地磁场，地下埋藏的管线会对地磁场产生微弱扰动，通过测量这些扰动，能确定地下管线的位置、深度和走向。目前，地磁法测量过程相对简单，主要包括设置测量点、布置测量线、测量数据处理三个步骤。

（1）要在地面上选取各种测量点，根据管线布局、地形地貌等因素进行合理选择。

（2）在测量点附近铺设一条或多条测量线，通常采用直线或曲线形式，以覆盖需要测量的区域。

（3）使用地磁仪等测量设备对测量线上的数据进行采集，并记录下地磁场强度、方向等信息。

（4）利用测量数据进行处理，通过描绘等值线图、三维模型等形式，将地下管线位置和走向展现出来。

地磁法作为一种非侵入性的测量方法，相对于传统地下勘察方法，地磁法不用破坏地面，能减少对城市交通和环境的干扰。同时，地磁法操作简单，设备成本相对较低，适用于大规模的地下管线勘察和调查。因此，地磁法被广泛应用于各种类型的地下管线，包括电力、自来水、燃气等，具有广泛的适用性。然而，地磁法对地下管线材料的磁性敏感，对于非磁性材料的管线探测效果有限，且受到周围环境的影响较大，如建筑物、道路、磁性物体等都会对地磁场产生扰动，需要进行合理的数据处理和纠正[3]。

3.3 电磁法

电磁法是通过测量地下介质的电磁参数变化，推断地下管线的位置和性质。电磁法利用电磁波在地下传播时，与地下物体相互作用产生的感应电磁场进行测量，其具有非侵入性、快速高效、成本低等优点，适用于各种地质环境和管线类型。电磁法测量过程要经过发射、接收、处理等步骤，发射器将电磁波信号发送到地下，这些信号会与地下管线产生相互作用，接收器接收到经过地下物体散射后的电磁波信号，并将其转换为电信号。然后，通过分析接收到的电信号，能确定地下管线的位置、深度、类型等数据。同时，在进行电磁法测量时，要选择合适的测量仪器和参数设置，通常频率较低电磁波能穿透较深的地下，但分辨率相对较低；而频率较高电磁波则具有较高的分辨率，但只能穿透较浅的地下[4]。并且，在不同地质环境中，地下介质电磁特性会有所不同，所以工作人员要根据实际情况进行合理选择。电磁法测量数据处理过程包括数据采集、数据处理和数据解释。在数据采集阶段，测量人员要按照事先制定的方案进行测量，保证数据的准确性和完整性；在数据处理阶段，可以利用各种数学和物理模型对采集到的数据进行处理，提取出地下管线的相关信息；在数据解释阶段，要综合考虑地理资料、地质条件，对测量结果进行分析（如图1所示）。

图1 电磁法示意图

4 城市地下管线测绘测量技术的应用要点

4.1 确定地下管线图和常规地形图的一致性

在城市地下管线测量工作中，确定地下管线图与常规地形图的一致性是确保测量结果准确性的重要环节，该步骤旨在验证地下管线图的准确性，并将其与已有的常规地形图进行对比，以便发现任何可能存在的差异。因此，在进行测量前，要获取最新的地下管线图和常规地形图，这些图表通常由城市规划部门提供。地下管线图应包含所有主要的地下设施，如水管、电缆、燃气管道等，常规地形图应包含道路、建筑物、河流等地貌特征。接下来，要对两张图进行详细的比对，先对比地下管线图上的各个地下设施与实际情况进行核对，检查是否有任何新增或删除的管线，以及管线的位置是否准确。还要检查管线的深度信息是否与实际情况相符，通过对比常规地形图上的地貌特征和地下设施位置进行验证。同时，要将常规地形图上的道路、建筑物等地貌特征和实际情况进行核对，检查是否有新增建筑物，道路布局是否与地图相符。在比对过程中，如果发现地下管线图和常规地形图存在明显差异，应及时通知相关部门进行修正，能确保测量结果的准确性，并避免潜在的安全风险。在确认地下管线图与常规地形图的一致性后，可以进行实际的测量工作，这包括使用地下雷达、地穿雷达等专业设备对地下管线进行定位和测量。也要注意遵守相关的安全规定，确保测量过程的安全性[5]。

4.2 标记地下管线坐标，实施管线碎步点测量

在进行地下管线测量前，工作人员要获取相关的地下管线资料和图纸，如管线类型、管径、材质、所在位置等信息，对后续测量工作非常重要。接下来，工作人员要使用仪器进行地下管线的标记，常用的仪器包括地下管线探测仪和全站仪等。在标记过程中，工作人员要按照图纸上的坐标进行测量，将地下管线的位置标记出来，还要注意标记的准确性和稳定性，以确保后续工作的顺利进行。然后，工作人员要开展管线碎步点的测量，所谓碎步点是指管线在某一特定点上的高程测量值。在进行测量时，要选择合适的测量方法和仪器，通常采用静态测量和动态测量两种。其中静态测量适用于较稳定的地面情况，而动态测量则适用于复杂的地面情况，注意测量点选择和测量精度控制，以确保测量结果的准确性。此外，工作人员要对测量结果进行处理，主要包括数据整理、计算、绘图等工作，通过对测量数据进行处理，工作人员能得到管线的高程信息和地形变化情况，为后续工程设计和施工提供参考[6]。

4.3 编制地下管线图要点

（1）进行地下管线的勘察和调研工作。在开始编制地下管线图前，要对所在的区域进行详细的勘察和调研，了解地下管线的类型、位置和布局等信息。可以通过查阅相关资料、与相关部门进行沟通、实地勘察等方式获得所需的数据。

（2）采集地下管线数据。在勘察和调研基础上，要采集地下管线的详细数据，包括管线的种类、直径、材质、埋深等信息。可以通过使用地下探测仪器、进行地下挖掘等方式获取数据，确保数据的准确性和完整性。

（3）处理地下管线数据。整理采集到的地下管线数据，以便于后续的绘制工作。工作人员要使用专业的地理信息系统（GIS）软件进行数据处理，将数据按照不同的层次和分类进行组织，并建立相应的数据库。

（4）绘制地下管线图。在数据整理和处理完成后，可以开始进行地下管线图的绘制工作。根据实际情况选择合适的绘图比例和样式，将地下管线的位置和属性等信息准确地展现出来。同时，要标注管线的名称、直径、材质等重要信息，以便于后续的使用和管理。

（5）审核和修订地下管线图。绘制完成后，要对地下管线图进行审核，确保图纸的准确性和可靠性。在实际使用过程中，随着城市持续发展和管线更新，地下管线图可能需要进行修订和更新，以保持其与实际情况的一致性[7]。

5 总结

综上所述，城市地下管线测绘测量技术方法选择应根据具体情况进行，不同的技术方法各有优缺点，可以根据实际情况进行选择和组合使用，以达到高效地获取地下管线信息的目的。随着科技不断发展，相信未来城市地下管线测绘测量技术方法将会更加先进和完善。