張 磊

(武漢市測(cè)繪研究院,湖北 武漢 430022)

城市地下管線作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分,承載著供水、供氣、供電及通信等關(guān)鍵功能。但由于管線隱藏于地下,其準(zhǔn)確的位置及狀態(tài)往往難以獲得,這給城市規(guī)劃、維護(hù)及發(fā)展帶來(lái)了挑戰(zhàn)。而城市地下管線探測(cè)精度的提升是確保城市安全高效運(yùn)行的關(guān)鍵。本研究提出在城市地下管線探測(cè)中采用多技術(shù)融合、先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理算法及分析方法、設(shè)備的定期校準(zhǔn)及維護(hù)、數(shù)據(jù)共享與合作等優(yōu)化措施實(shí)現(xiàn)更全面、更準(zhǔn)確的管線信息獲取,為城市的可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。

1 城市地下管線探測(cè)技術(shù)

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(jiàn)的城市地下管線探測(cè)技術(shù),在管線的出露點(diǎn)或多個(gè)出露點(diǎn)之間施加電流,并在較遠(yuǎn)處的地面上進(jìn)行磁場(chǎng)測(cè)量,探測(cè)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(dǎo)特性及產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)地面的影響[1],在探測(cè)過(guò)程中一端的電極連接到管線的出露點(diǎn),另一端的電極連接到同一管線的另一個(gè)出露點(diǎn)或距離較遠(yuǎn)的地面,通以恰當(dāng)電流,在管線周圍形成一個(gè)電流環(huán)路。電流在管道中傳導(dǎo)產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)擴(kuò)散到地下周圍的土壤中,使用磁場(chǎng)傳感器來(lái)測(cè)量地面上的磁場(chǎng)變化,獲得與管線位置及特性相關(guān)信息。直接充電法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單,低成本,但精度可能受到地下土壤電導(dǎo)率變化、地下環(huán)境雜散磁場(chǎng)的干擾及管線深度等因素的影響,故需進(jìn)行適當(dāng)?shù)男?zhǔn)及數(shù)據(jù)處理,以獲得準(zhǔn)確的管線位置及特性信息。

1.2 感應(yīng)法

感應(yīng)法利用電磁感應(yīng)原理來(lái)檢測(cè)地下管線的位置及特性。通常采用水平發(fā)射線圈和垂直發(fā)射線圈兩種方式來(lái)產(chǎn)生電磁信號(hào),通過(guò)接收線圈測(cè)量地下管線產(chǎn)生的感應(yīng)信號(hào)。水平發(fā)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(lái)產(chǎn)生一個(gè)變化的磁場(chǎng)[2]。當(dāng)磁場(chǎng)與地下管線相交時(shí),管線會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,從而在接收線圈中引發(fā)電磁感應(yīng)信號(hào)。通過(guò)分析接收到的信號(hào)可確定管線的存在、位置及一些特性信息。垂直發(fā)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(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)。這個(gè)磁場(chǎng)在地下管線周圍產(chǎn)生感應(yīng)電流,導(dǎo)致在接收線圈中產(chǎn)生電磁感應(yīng)信號(hào),可用于檢測(cè)地下管線的深度及位置信息。感應(yīng)法的優(yōu)點(diǎn)是非侵入性,不需要直接與管線物理接觸,適用于不同地質(zhì)條件。但土壤電導(dǎo)率、管線材質(zhì)及環(huán)境磁場(chǎng)等因素干擾可能影響其探測(cè)精度,需考慮合適的校準(zhǔn)及數(shù)據(jù)處理方法,獲得準(zhǔn)確的管線信息。

圖2 感應(yīng)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(cè)技術(shù),在管道中引入一種特殊的示蹤劑,使用探測(cè)設(shè)備來(lái)追蹤示蹤劑的位置來(lái)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(shí)特別有用,因?yàn)檫@些管道通常不會(huì)對(duì)電磁或電流產(chǎn)生反應(yīng),故傳統(tǒng)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(cè)的管道中。示蹤劑可以是一種特殊的液體、氣體或其他標(biāo)記物質(zhì)[3]。一旦示蹤劑進(jìn)入管道,則會(huì)隨著管道流動(dòng)在管道的出口點(diǎn)釋放到地下環(huán)境中。使用相應(yīng)的探測(cè)儀器,如氣體探測(cè)儀或化學(xué)探測(cè)儀,可檢測(cè)示蹤劑的濃度或信號(hào),從而確定管道的位置及深度。示蹤法的優(yōu)點(diǎn)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(zhǔn)備工作,如管道的暫時(shí)停用以便注入示蹤劑及對(duì)環(huán)境與水質(zhì)影響進(jìn)行評(píng)估。

圖3 示蹤法Fig.3 Trace method

2 地下管線探測(cè)精度檢測(cè)的優(yōu)化措施

2.1 先期規(guī)劃與數(shù)據(jù)整合,避免重復(fù)探測(cè)或遺漏

在優(yōu)化城市地下管線探測(cè)精度檢測(cè)方面,充分的先期規(guī)劃與數(shù)據(jù)整合策略尤為重要。在實(shí)際的管線探測(cè)工作開(kāi)始前,建立一個(gè)完備的計(jì)劃,整合各種數(shù)據(jù)來(lái)源,確保整個(gè)探測(cè)過(guò)程的有序進(jìn)行,最大限度提高探測(cè)的準(zhǔn)確性及有效性。在城市地下管線探測(cè)開(kāi)始前,應(yīng)明確探測(cè)目標(biāo)及范圍,制定詳細(xì)的工作計(jì)劃,包括探測(cè)時(shí)間安排、地點(diǎn)分布、探測(cè)方法的選擇等。避免盲目的探測(cè),提高工作的針對(duì)性及高效性[4]。城市地下管線涉及多個(gè)單位及部門,每個(gè)單位都可能存在不同的管線信息數(shù)據(jù)。探測(cè)前應(yīng)進(jìn)行廣泛的數(shù)據(jù)征集與整合,將各個(gè)部門提供的數(shù)據(jù)匯總到統(tǒng)一的平臺(tái)上,建立地理信息系統(tǒng)(GIS),形成綜合管線數(shù)據(jù)圖,包括各類管線的位置、深度、材質(zhì)等重要信息,為后續(xù)的探測(cè)提供基礎(chǔ)。在數(shù)據(jù)整合過(guò)程中,數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與時(shí)效性尤為重要。各個(gè)單位應(yīng)提供最新、最準(zhǔn)確的數(shù)據(jù),避免因過(guò)時(shí)或錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)造成探測(cè)的混亂及誤差。

2.2 開(kāi)發(fā)先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理算法及分析方法,提取準(zhǔn)確的管線信息

在城市地下管線探測(cè)精度檢測(cè)優(yōu)化過(guò)程中,開(kāi)發(fā)先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理算法及分析方法至關(guān)重要。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,探測(cè)所得的數(shù)據(jù)量不斷增加,包含了各種各樣的信息,但這些原始數(shù)據(jù)往往需要經(jīng)過(guò)深入處理及分析,才能從中提取出準(zhǔn)確的管線信息。先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理算法可有效去除數(shù)據(jù)中的噪聲、干擾及異常值,從而提高數(shù)據(jù)質(zhì)量及可信度。通過(guò)信號(hào)處理技術(shù)濾除來(lái)自環(huán)境干擾或設(shè)備誤差引入不必要的波動(dòng),使管線信號(hào)更加清晰可辨。此外,高級(jí)的數(shù)據(jù)處理算法還可進(jìn)行數(shù)據(jù)插值及外推,填補(bǔ)因數(shù)據(jù)不完整或缺失而產(chǎn)生的空白,從而獲得更完整的管線分布圖[5]。在數(shù)據(jù)分析方法方面,引入機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)可幫助識(shí)別并區(qū)分不同類型的管線。通過(guò)對(duì)大量已知管線數(shù)據(jù)的訓(xùn)練,算法可以學(xué)習(xí)管線特征及模式,在未知數(shù)據(jù)中準(zhǔn)確地識(shí)別出管線的存在及位置。深度學(xué)習(xí)技術(shù)還可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管線識(shí)別及分割,極大地提高分析效率及準(zhǔn)確性。除了管線的存在及位置,先進(jìn)的算法和方法還可以提取管線的材質(zhì)、直徑、埋深等信息。通過(guò)對(duì)不同管線類型特征進(jìn)行分析,更好地了解管線屬性,為城市基礎(chǔ)設(shè)施管理部門提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。開(kāi)發(fā)先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理算法和分析方法對(duì)于城市地下管線探測(cè)精度的提升至關(guān)重要,這些算法和方法的應(yīng)用可從海量的原始數(shù)據(jù)中提取出準(zhǔn)確的管線信息,為城市規(guī)劃、維護(hù)及更新提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,這些方法將進(jìn)一步推動(dòng)城市地下管線探測(cè)的創(chuàng)新和進(jìn)步。

2.3 定期校準(zhǔn)和維護(hù)設(shè)備,確保其正常的工作狀態(tài)

要確保城市地下管線探測(cè)精度的持續(xù)優(yōu)化,設(shè)備的定期校準(zhǔn)和維護(hù)是一項(xiàng)不可或缺的關(guān)鍵措施。隨著時(shí)間的推移及使用頻率的增加,探測(cè)設(shè)備可能會(huì)因環(huán)境影響、磨損、老化等原因而產(chǎn)生偏差,從而影響其測(cè)量準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性。因此定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)及維護(hù),可確保其正常工作狀態(tài),這是保障地下管線探測(cè)成果質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。設(shè)備的定期校準(zhǔn)是通過(guò)與已知標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對(duì),調(diào)整設(shè)備測(cè)量參數(shù),使其輸出結(jié)果更加精準(zhǔn)及可靠。校準(zhǔn)過(guò)程可檢測(cè)出設(shè)備是否存在漂移或誤差,對(duì)其進(jìn)行及時(shí)修正。例如,地電法或地磁法設(shè)備可使用標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)物體模擬地下管線,對(duì)設(shè)備進(jìn)行校正,確保其輸出的電阻或磁場(chǎng)數(shù)值與實(shí)際情況相符。校準(zhǔn)過(guò)程能夠提高測(cè)量的一致性和可比性,確保管線探測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。定期維護(hù)可延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命,保持正常工作狀態(tài)。維護(hù)包括設(shè)備清潔、零部件的更換、連接線路的檢查等。例如,聲波探測(cè)設(shè)備的傳感器可能會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間使用而積累灰塵或損壞,影響信號(hào)的傳輸及接收。定期維護(hù)可清除積累在傳感器上的污垢,確保設(shè)備的敏感度及穩(wěn)定性。還要做好設(shè)備的軟件更新與固件升級(jí),以應(yīng)對(duì)新的數(shù)據(jù)處理算法或性能提升。通過(guò)精確校準(zhǔn)和及時(shí)維護(hù)提高設(shè)備測(cè)量的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性及可靠性,為城市地下管線信息的獲取及管理提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

2.4 實(shí)地核實(shí)與標(biāo)記,糾正可能存在的誤差

在優(yōu)化城市地下管線探測(cè)精度檢測(cè)方面,實(shí)地核實(shí)與標(biāo)記策略是確保探測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。通過(guò)實(shí)地勘察和標(biāo)記,對(duì)初步探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證和修正,從而更準(zhǔn)確地確定地下管線的位置、深度及其他關(guān)鍵信息。實(shí)地核實(shí)是確保管線信息準(zhǔn)確性的關(guān)鍵步驟。初步探測(cè)數(shù)據(jù)收集完成后,探測(cè)人員需前往實(shí)際探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察。使用探測(cè)設(shè)備進(jìn)行探測(cè),結(jié)合地面特征及其他可見(jiàn)標(biāo)志驗(yàn)證探測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性?？稍趯?shí)地確認(rèn)管線的具體位置及深度,進(jìn)行必要的調(diào)整,排除可能存在的誤差,確保管線信息精確無(wú)誤。標(biāo)記是在實(shí)地核實(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,一旦確認(rèn)管線的具體位置及深度,需在地面上進(jìn)行標(biāo)記,以便后續(xù)施工及維護(hù),避免損害地下管線。標(biāo)記可使用臨時(shí)標(biāo)志物、涂料或其他可見(jiàn)標(biāo)記,以便在實(shí)際施工中準(zhǔn)確避開(kāi)管線,防止對(duì)地下基礎(chǔ)設(shè)施造成損害。在實(shí)地核實(shí)與標(biāo)記過(guò)程中需及時(shí)記錄并整理數(shù)據(jù),記錄每個(gè)管線的精確位置、深度、材質(zhì)等信息,將這些信息整理成準(zhǔn)確的記錄,供日后參考,保障管線信息的長(zhǎng)期可靠性,為城市基礎(chǔ)設(shè)施的維護(hù)及管理提供重要依據(jù)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察、數(shù)據(jù)驗(yàn)證及標(biāo)記,確保探測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性,為城市基礎(chǔ)設(shè)施的安全運(yùn)行提供有力支持。

3 結(jié)束語(yǔ)

城市地下管線探測(cè)精度檢測(cè)的優(yōu)化是一個(gè)綜合性工程,需各方的共同努力及協(xié)同合作。通過(guò)多方面的技術(shù)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(xù)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。未來(lái),隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展,城市地下管線探測(cè)將更加精密、高效。