地下管线测绘工作中北斗导航系统的实施

陈安伟

摘要：地下管线测绘在难度上明显超过地上的测绘测量，且在精度上也面临着较高要求，需要测绘人员拥有良好的判断能力及丰富的工作经验。北斗导航系统在得到广泛应用之后，其高精度定位及数据实时传输功能则能为地下管线测绘提供技术支持。此次研究通过解析两种基础概念，辨析北斗导航系统在地下管线测绘中的应用价值，通过分析当前地下管线测绘面临的问题，给出該系统在地下管线测绘工作中的实施途径，以期能为相关工作提供理论上的支持与参考。

关键词：地下管线；测绘工作；北斗导航系统

一、前言

城市地下管线复杂程度极高，构成的地下管网在规模上也异常庞大，其测绘工作面临着非常高的难度及可操作性。城市建设发展必然涉及地下管线的测绘，因此，如何提升其测绘工作的效率，成为城市发展建设规划的热门研究课题。随着近年来智能化设备、前沿数字信息技术在各个行业及领域的应用日益广泛，北斗导航系统也开始被应用到各个领域，并发挥出独特的应用价值。北斗导航系统的强大功能使得该系统表现出在地下管线测绘中的应用潜力。因此，通过在地下管线测绘中实施北斗导航系统，成为推进智慧城市发展建设的关键之一。

二、基础概念解析

（一）地下管线测绘

地下管线测绘工作包括围绕地下管线开展的一系列测绘工作及其他补充工作内容，其目的是准确获取地下管线位置、深度、类型等信息，进而为地下工程、建筑施工等工程提供数据支持，避免这类工程的建设过程损坏地下管线。这项工作通常由专业的地理信息系统（GIS）团队或测量师完成，由于具有较高的复杂度，因此，需要经过详细的规划和实施过程。通常在进行地下管线测绘前，需要由作业团队收集有关地下管线的信息，包括管线类型、材料、直径、年限、维护记录等，以及周围环境的地形、土质、地质构造等情况[1]。之后由测绘团队根据前期获得的信息，合理选择合适的测绘技术和设备。在确定具体测绘技术及设备之后，团队会前往现场进行测量，根据前期收集的信息和选择的技术，合理选择测量方式方法的应用环境，一般可以分为地面测量与地下测量两种。测量作业执行过程中需要注意安全，避免对周围环境、管线以及人员造成损害。完成测量作业后，团队会将测量数据输入计算机中进行处理和分析，并结合处理分析结果应用软件生成地下管线的三维模型。三维模型中通常会标注管线的位置、深度、长度等信息，对于地下工程设计、施工等环节具有非常重要的参考意义，也是地下管线测绘工作最主要的成果[2]。最后，测绘团队会根据测绘结果生成详细的报告，包括测量数据、分析结果、管线图纸等，为后续工程提供参考。同时，团队还需要与相关部门和业主进行沟通，共同制定管线保护措施，确保管线的安全运行。

（二）北斗导航系统

北斗导航系统是中国北斗卫星导航系统的简称，该系统是中国自主研发建设的卫星导航系统，能够为全球用户提供高精度、高可靠性的定位、导航、授时服务。整个北斗导航系统在硬件层面囊括了一系列卫星、地面控制和用户设备。卫星是指一组在不同轨道上的卫星，这些卫星向地面发射位置信号，发射的位置信号会被用户设备接收并加以计算，从而明确设备所处位置。地面控制部分包括一系列地面站和控制中心，被用于监控、管理卫星运行，并向卫星提供部分功能支持。用户设备是指各种终端，囊括民用与军用领域，包括手机、车载导航仪等，用于接收和处理导航信号。北斗导航系统以高精度、全天候、全球覆盖和服务质量可控的特点著称，其精度能够满足不同领域的需求，如交通运输、灾害预警、精准农业等。全天候意味着该系统即使在恶劣天气和复杂地形下，仍能提供可靠的定位服务。全球覆盖则意味着用户无论身处何地都能接收到信号。服务质量可控表示系统可以根据需求提供不同精度的定位服务[3]。强大的系统功能使得北斗导航系统在多个领域中均有不同程度的应用，并为整个社会提供了十足可靠的导航定位功能支持。

三、北斗导航系统在地下管线测绘工作中的应用价值

（一）提供精确定位服务

北斗导航系统提供的高精度定位服务是该系统在地下管线测绘中最为显著的应用价值之一。地下管线的布置、维护和修复都需要以明确具体位置信息为前提。依托北斗导航系统的高精度定位能力，测绘人员能够准确获取地下管线的位置信息，从而提高测绘的准确性和效率。这种性能来源于北斗导航系统的功能设计，整个系统采用了多星定位、差分定位等技术，能够实现厘米级甚至毫米级的定位精度，全面满足测绘的需求（见图1）。因此，在地下管线测绘中应用北斗导航系统，测绘人员能够准确地确定管线的走向、深度等关键信息，避免测绘出现差错，也就能够有效防范与测绘相关的种种风险[4]。此外，地下管线测绘通常需要在不同的天气和环境条件下进行，而北斗系统支持全天候定位，即使是在恶劣天气和复杂地形下，仍能提供可靠的定位服务，进而保障测绘工作不受天气等因素的影响。

（二）实时监测和控制

北斗导航系统在地下管线测绘中的应用价值还体现在对测绘过程的实时监测和控制上。该应用价值使得测绘人员能够及时发现和处理测绘中的问题，确保测绘工作的顺利进行。作为一款先进的导航系统，北斗导航系统在实时性上达到了国际顶尖水平，意味着测绘人员可以通过北斗导航系统实时获取自身位置、移动轨迹等信息，有助于测绘人员随时了解测绘进展情况[5]。在地下管线测绘工作中，实时监测意味着测绘人员能够及时发现管线位置的偏差，并定位设备故障的发生位置，从而采取相应的解决措施。

在此基础上，北斗导航系统的数据实时传输功能为测绘人员提供了将获取的地下管线数据实时传输到后台管理系统的途径。因此相关部门和业主可以随时查看已上传的数据，进而及时掌握管线的位置、深度等信息，对提高测绘数据的利用效率有很大帮助，也能够促进地下管线的安全运行和有效管理。

（三）数据共享和管理

除以上两项内容之外，北斗导航系统在地下管线测绘中的应用价值还体现在测绘数据的共享和管理上。由于北斗导航系统在设计开发时高度重视开放性与可拓展性，因此，投入应用后的系统支持多种数据格式和接口，测绘人员获取的地下管线数据能够以多种格式得到存储及传输，数据格式包括但不限于文本、图像、视频等，能够实现不同部门和系统进行数据的接收和处理[6]。此外，北斗系统还支持多种数据接口，这些数据接口支持与其他系统进行交换和共享，进而实现数据的互通互联。

为了进一步方便数据的共享和管理，北斗导航系统还配备了较强的数据管理功能，便于测绘人员对获取的地下管线数据进行管理，按需求加以分类、整理和存储，并建立完善的数据库和数据管理体系。相关部门和业主也可以通过接入系统，根据自身需要随时查阅、获取对应数据，进一步开发地下管线数据的利用价值。北斗导航系统还支持数据的在线共享和实时更新，意味着测绘人员在测绘过程中獲得的地下管线数据能够被实时上传到云端服务器，以便相关部门和业主随时通过网络获取最新的数据及测绘结果，对促进地下管线资源的保护和利用具有非常深刻的现实意义[7]。

四、当前地下管线测绘工作面临的问题

（一）精度问题

就当前地下管线测绘工作的执行现状来看，精度问题是地下管线测绘面临的主要问题之一。精度不佳会影响管线的设计、施工和维护。在应用北斗导航系统之前，传统的测绘方法将地面标志物、地图作为重要参照，实际测绘过程很容易受到地形、地质等因素的制约，最终影响测绘精度。由此获得的测绘结果会误导工作人员对管线实际位置、深度等重要信息的获取，导致施工时的位置偏差、管线覆盖不足或过度等一系列问题，增加了管线运行的风险，更有甚者可能引发严重的安全事故。

除此之外，精度不足的问题同样会对管线的维护和修复工作产生影响。一旦出现管线实际位置与测绘结果存在偏差的情况，管线维护人员将无法准确定位故障管线的具体位置，也就延误了维护和修复的时机，导致维护成本和风险上升。另外，精度不高还会影响管线数据的准确性和可靠性，地下管线管理的相关工作也会因此受到误导及其他负面影响。

（二）安全问题

安全无小事，安全问题是当前地下管线测绘面临的最为严重的问题。实际上，地下管线测绘过程中始终存在一定的安全隐患，主要体现在以下几个方面：一是由于地下管线位置不明确，测绘人员需要进行地下钻孔、挖掘等操作，这些操作无一例外均具有一定的破坏性，可能导致道路、管道等地面设施受损，并造成交通中断，还可能酿成潜在的安全隐患。二是地下管线管网内容物并不相同，如燃气、电网可能面临泄漏、爆炸等安全隐患，一旦在测绘过程中不慎触碰、损伤到这些管线的外保护层，可能会由此引发严重的安全事故。

（三）效率问题

效率问题是困扰地下管线测绘的另一个问题，主要来源于传统测绘方法执行周期长、工作量大、耗时耗力不足等，这是由于地下管线数量庞大、布局复杂，致使传统的测绘方法不得不投入大量的人力物力进行现场测量，因而耗时较长且效率低下。由于地下管线本身具有一定的复杂性和隐蔽性，传统方法往往需要多次测量才能获取完整的管线信息，在这种情况下，测绘周期长就成为这项工作的特性，而漫长的测绘周期通常难以满足相关工程在进度上的需求。效率问题严重影响了地下管线测绘工作的效率和质量，不仅因为测绘周期长、工作量大导致测绘工作无法及时完成，延误工程进度，效率低下还会影响测绘结果的准确性，导致测绘结果无法满足工程设计和施工的需求，增加了工程风险和成本。因为测绘工作需要大量人力物力，效率不足也会导致测绘成本上升，使得测绘工作能够创造的经济效益显著下降。

五、北斗导航系统在地下管线测绘工作中的实施途径

（一）定位管线走向

北斗导航系统在地下管线测绘工作中的实施需要落实在管线走向的定位上，与北斗导航系统的功能密切相关。通过卫星信号提供全球定位服务，地下测绘工作能够精准确定地面位置，测绘人员可因此对照地下管线施工管网工图，准确对标地下管线的位置和走向信息。在具体的实施方式上，一般是通过如下流程实现的。首先，测绘人员借助北斗导航系统的卫星信号进行定位，并从定位结果中获取高精度的位置信息，通过在地面上使用接收设备，测绘人员以接收卫星信号的方式来确定自己的位置，从而结合专业知识推断出地下管线的走向。其次，确定具体定位之后，测绘人员会在地面上设置北斗导航系统的参考点或标记点，这一标记点通常被作为测绘的起点或基准点，在后续的实际测量过程中，测绘人员可以参照这些标记点，反复确定管线的走向，以保证测绘的有效性，再通过应用地面探测设备（如地质雷达、地磁仪等），结合北斗导航系统提供的定位信息，以更直接的方式检测、对照管线的走向和位置，提升测绘的准确性。最后，测绘人员通过从北斗导航系统获取实时定位数据，并将这些数据与地下管线的设计图纸进行对比和处理，进一步确认管线的位置和走向，最终完成整个管线走向的定位工作。

（二）监测管线相对位置

某些情况下，地下管线会受到内外动能的影响，例如，给排水管线会产生内部动能，而地震、工程等则会从外部产生动能，导致管线的相对位置出现变化。如果相对位置变化的情况发生在管线关键位置，那么造成的后续影响就存在不确定性。因此，地下管线测绘中可能还会面临监测管线相对位置的需求。可以借助北斗导航系统，通过卫星定位技术实现地下管线位置和移动情况的实时监测，从而帮助测绘人员及时发现并处理可能存在的安全隐患。北斗导航系统在这方面的实施通常需要经历如下几个过程：首先是实时定位，测绘人员通过北斗导航系统获得实时的位置信息，这些信息包括地下管线的位置坐标和移动方向，而测绘人员可以通过监控、对比这些信息，来了解管线的移动情况。在此基础上，测绘人员结合地下管线的设计参数和实际情况匹配对应的预警系统，建立管线移动的预警系统，在测绘或监测过程中一旦检测到管线发生移动，系统可以立即发出警报，提醒相关人员及时处理。除此之外，北斗导航系统提供的位置信息，还能够用于与之前的测量数据进行比对，以确定管线是否发生移动。通常情况下，如果发现管线位置偏差较大，即可判断管线发生了移动。一旦发现管线相对位置变化，测绘人员就能够及时联系管线工程维护人员，采取措施对管线进行固定，避免管线进一步移动引发安全事故。

（三）控制测量误差

对测量误差的控制关系到地下管线测绘结果的最终精度，也是影响测绘结果应用的关键因素，因此北斗导航系统在地下管线测绘工作中的实施，有一部分需要落实在对管线测量误差的控制上，借助北斗导航系统的高精度定位减少测量误差，进而提高地下管线测绘的准确性。对于这方面，在具体的实施方式上依然以高精度定位为前提，必要情况下可结合差分定位技术进一步提高定位精度，主要是通过在测量站点设置一个已知位置的参考站点，用于校正卫星信号传播过程中的误差，从而减少定位误差。在此基础上还可应用多普勒效应，通过测量信号的多普勒频移，可以进一步提高定位的精度，并通过获取北斗导航系统提供的实时定位数据，由测绘人员对这些数据进行处理和分析，进一步减少测量误差。

（四）提升测绘效率

提升测绘效率并不直接作用于保障地下管线测绘结果的精度和可靠性，但关系到测绘工作整体的效率，以及测绘工作结果能否为相应工程提供参考支持、帮助测绘人员快速准确地完成测绘作业，从而节省时间和人力成本。要通过在地下管线测绘工作中实施北斗导航系统以提升测绘效率，则需要借助该系统，快速准确地定位地下管线的位置和走向，帮助测绘人员快速找到管线的具体位置，节省寻找管线的时间。在此基础上还可以实时监测管线的移动情况，及时发现并处理可能存在的安全隐患。此外，通过开发北斗导航系统记录和管理位置信息、测量数据等测绘数据的功能，为后续数据处理和分析创造便利，进一步缩减数据整理的时间，达到提升测绘效率的目的。最后，结合北斗导航系统提供的定位信息，测绘人员可以根据测绘作业需求进行作业规划，确定最优的测绘路线和作业方案，进而实现测绘作业效率的提升。

六、结语

综上所述，北斗导航系统在地下管线测绘中具有非比寻常的應用价值，其应用及实施能够显著推进我国地下管线测绘工作的发展，并降低地下管线测绘中失误的发生概率。从长远来看，北斗导航系统能够为地下管线安全运行维护提供更全面的数据支持，对于智慧城市建设及社会发展具有非常重要的现实意义。

参考文献

[1]李华庆.地下管线测绘工作中北斗导航系统的运用[J].住宅与房地产，2021（15）：228-229.

[2]翟奎修.基于位置感知的地下管线监察模式及应用[J].中国测绘，2020（05）：50-52.

[3]陈如银.北斗卫星导航系统在测绘工程中的实际应用[J]. 中国设备工程，2023（17）：263-265.

[4]王佳佳.北斗卫星导航系统在测绘中的应用探讨[J].移动信息，2023，45（07）：25-27.

[5]陶清瑞.北斗卫星导航系统在工程测绘实践中的应用研究[J].中国高新科技，2023（01）：149-151.

[6]赵天宁.北斗导航系统在测绘工程的运用[J].百科论坛电子杂志，2021（01）：1710-1711.

[7]杨超.测绘技术在城市地下管线测量中的应用[J].湖南造纸，2022（02）：051.

作者单位：重庆市勘测院

责任编辑：张津平