論儀器一致性檢驗在管線探測方法選取中的應用

滕松,王祥,李浩,耿勝輝(武漢市測繪研究院,湖北武漢 430022)

論儀器一致性檢驗在管線探測方法選取中的應用

滕松?,王祥,李浩,耿勝輝
(武漢市測繪研究院,湖北武漢 430022)

摘 要:利用管線探測儀進行管線探測時,常常需要根據管線的地球物理特性選擇合適的探測方法。不合適的探測方法,不僅直接影響探測精度,甚至會造成錯探、漏探的嚴重后果。科學評估各類因素對探測精度的影響,并采取最佳探測方法是保障管線成果安全可靠的重要手段。本文首先對管線探測儀進行了一致性檢驗,在此基礎上從儀器頻率、激發方式、管線類別三個方面分別對探測精度進行比對分析,總結了在不同環境下選擇最佳探測方法的一般規律。最后結合管線探測實際案例檢驗了該規律的適用性及正確性。

關鍵詞:地下管線;儀器一致性檢驗;探測方法;地球物理特征

1 引 言

隨著城市規模的不斷擴大,地下管線敷設日益增多,管線密度逐漸遞增。在地下管線“密”、“雜”、“亂”現象日趨嚴重的局面下[1],管線普查這項基礎工作的重要性變得愈加突出。特別是在2014年6月國務院辦公廳下發了《關于加強城市地下管線建設管理的指導意見》后,管線普查的浪潮席卷全國,多數中等及小型城市也紛紛開始管線普查的前期走訪、調研,積極投入到這項工作當中。隨著管線普查工作在全國大規模的開展,每個城市都投入了大量的金屬管道探測儀。眾所周知,管線探測儀若不經過儀器一致性檢驗,將無法準確獲知儀器與測區地球物理要素之間的耦合程度,探測得到的管線平面位置和埋設深度會與實際位置存在偏差,直接影響管線普查工程的成果質量。本文闡述了儀器一致性檢驗方法及評定方式,并利用管線普查儀器一致性檢驗成果,對數據進行了系統比對和分析,總結了在不同地球物理條件和不同管類下,管線探測的一般規律。

2 儀器一致性檢驗方法及成果評定

2．1儀器一致性檢驗方法

2．1．1 校驗點的選取

開展儀器一致性檢驗之前,需要在普查范圍內選取一批已知的管線點作為檢核的依據,這些點稱為校驗點。對于一般管線普查工程而言,無論測區范圍大小,校驗點個數應大于15個,且在測區內呈均勻分布。除此之外,校驗點的選取還應符合以下要求:

(1)校驗點應選在管線較為單一區域,防止其他管線電磁干擾;

(2)給水、燃氣、通信、電力、熱力類管線應分別選取不少于3個點進行校驗,管徑及斷面尺寸不宜過小;

(3)校驗點應具有準確可靠的平面及深度成果資料,以便與檢驗數據進行比對;

(4)選取的校驗點應相對穩定牢固、不易損毀,以便在普查期間能進行復查。

選好校驗點后應在實地做好標記,記錄各點的附屬信息,包括管線類別、材質、管徑、平面坐標、真實埋深等,并繪制點之記。

2．1．2 一致性的測定方法

將擬投入使用的一批管線探測儀在相同激發方式和頻率下對校驗點進行檢驗的過程,稱為儀器的一致性測定。將探測結果與校驗點的實際平面位置及埋深數據進行數學統計,即可求出該批儀器的觀測精度[2]。

觀測精度又稱為儀器一致性檢驗均方差,包括平面均方差和深度均方差2個指標。它們的計算公式分別為:

式中:M均s——平面均方差;

M均h——深度均方差;

△si——某次檢驗探測的平面位置值與該點實際位置之差;

△hi——某次檢驗探測的深度值與該點實際埋深之差;

m——總觀測次數,即參加校驗的所有點全部觀測次數之和;

n——參與校驗的點數。

平面均方差和深度均方差分別有其對應的平面限差和深度限差,它們的計算公式分別為:

式中:δts——平面限差;

δth——深度限差;

hi——某次檢驗探測的深度值;

m——總觀測次數。

對于一般普查工程,當均方差小于限差的1/2時,可認為儀器一致性良好[3]。對于探測精度要求較高的工程,均方差應小于限差的1/3。

2．2一致性評定

利用上述計算公式,即可對擬投入使用的探測儀進行一致性評定。若儀器均方差超過規定限差,應剔除定位或定深誤差最大的探測儀數據,重新計算均方差,直至儀器一致性滿足要求。不滿足精度要求的探測儀,嚴禁投入生產使用。

一是抓牢組建工作，夯實黨組織基礎。組建黨的組織是搞好非公有制經濟組織黨建工作的基礎，發展黨員工作又是組建黨的組織的關鍵點和基礎。首先，要始終抓住發展黨員工作不動搖，把一線生產能手培養成中層骨干，把中層骨干培養成入黨積極分子，把入黨積極分子培養成合格黨員。要健全黨員能進能出機制，優化黨員隊伍結構，重視從青年工人、農民工和知識分子中發展黨員。要創新黨組織設置模式，全面推進非公經濟組織黨組織建設的“全覆蓋”。積極落實十八大報告精神，以服務群眾、做群眾工作為主要任務，加強基層服務型黨組織建設，以黨的基層組織建設帶動其他各類基層組織建設。

本文根據武漢市管線普查與更新工程中,河北九華公司4臺金屬管線探測儀(3臺RD8000,1臺G2)的儀器一致性檢驗數據為依據,對整批儀器進行精度評定。本次共選取20個校驗點,其中給水點6個、燃氣點3個、通信點5個,電力點2個,路燈點2個、熱力點2個。激發方式涵蓋感應法、直連法、夾鉗法3種。RD8000工作頻率包括33 KHz和65 KHz兩種,G2儀器的工作頻率為38 KHz和80 KHz兩種。表1為儀器一致性對比檢驗記錄表(部分)。

管線探測儀一致性對比檢驗記錄表 表1

經計算,4臺探測儀的深度均方差為4．32 cm,平面均方差為3．41 cm,深度限差為19．68 cm,平面限差為13．12 cm。均方差均小于儀器對應限差的1/3,表明該批次探測儀一致性良好。

在儀器一致性良好的基礎上,還應進一步對單臺儀器的一致性試驗曲線進行比較,若發現某臺儀器的曲線形態與其他儀器不一致,或出現常數差[2],則該臺儀器應禁止投入使用。

圖1為上述4臺探測儀的深度一致性曲線,從圖中可以看出儀器A與其他3臺儀器相比,在曲線形態、深度變化范圍上呈現出較大的波動,說明其一致性較差,在管線普查工程中應禁止使用。

圖1　探測儀深度一致性試驗曲線

3 儀器一致性數據深度剖析

3．1探測數據擴展

管線普查時,根據管線類別選擇合適的激發方式和頻率,往往能達到事半功倍的效果。因此,為了尋找不同管線的最佳頻率和最佳激發方式,我們對儀器一致性檢驗數據進行了擴展。具體來講,即增加了不同頻率和不同激發方式下校驗點的檢測,以達到方法試驗的目的。擴展后的儀器一致性檢驗數據如表2所示。

管線探測儀一致性對比檢驗記錄表 表2

3．2數據分析

考慮到樣本數量較少可能會由于粗差對結果產生影響,此次選定了5臺探測儀對15個校驗點進行了共計300次的檢測,即每臺儀器對每個校驗點均進行了不同頻率和不同激發方式下的4次檢驗。15個校驗點中給水點5個、燃氣點3個、通信點5個,電力點2個。經過儀器一致性檢驗,整批儀器一致性滿足要求。在此基礎上,分別依據工作頻率、激發方式對不同管線精度進行了統計,并對管線類別本身對探測精度影響進行了研究,以尋找最合適的探測方法及管線探測的規律。

3．2．1 頻率分析

本次試驗共選擇了27 KHz、33 KHz、65 KHz、 83 KHz四種不同工作頻率。經過嚴格的計算,分別得到了不同管類在這四種不同頻率下的平面誤差和深度誤差。平面和深度精度統計結果如圖2和圖3所示。

圖2　各管類不同頻率探測平面誤差分布圖

圖3　各管類不同頻率探測深度誤差分布圖

從圖2可以發現這四種頻率對于各類管線平面位置影響均處于一個誤差較小且變化均衡的范圍內,高頻(65 KHz、83 KHz)探測精度稍高于低頻(27 KHz、 33 KHz)精度。其中,利用高頻探測電力管線時,平面探測精度可以達到2．92 cm,高于其他三類管線精度。

從圖3可以發現給水、燃氣這兩類管線利用低頻( 27 KHz)探測深度誤差較大,采用33 KHz和65 KHz探測效果較好。四類管線里,電力、通訊探測深度受頻率影響較小,而給水、燃氣探測深度受頻率影響較大。3．2．2 激發方式分析

本次試驗選用了感應法、直接法和夾鉗法三種常用的激發方式。其中給水、燃氣類選用的是感應法和直接法,電力和通訊類選用的是感應法和夾鉗法。經過計算,分析得到不同管類在不同激發方式下的平面和深度探測精度,結果如圖4和圖5所示。

從圖4可以發現,四類管線無論選用何種激發方式,平面精度變化不大,且均在一個精度較高的誤差范圍內。根據試驗結果,感應法比直接法和夾鉗法平面定位精度更高。這與我們管線探測作業中所認為的直接法和夾鉗法精度一般高于感應法的認知稍有偏差,出現這種現象的原因可能由于試驗點周圍無近距離平行管線干擾,探測環境較好所致。

從圖5可以發現,四類管線中給水、電力深度精度變化受激發方式影響較為明顯。給水、電力類管線分別更適用于直接法和夾鉗法進行探測,而燃氣、通訊類管線在選用不同激發方式時對深度無太大影響。因此,對于給水、電力類管線在條件允許時應盡量使用直接法和夾鉗法進行探測,以保證探測精度符合要求。3．2．3 管類分析

圖4　各管類不同激發方式探測平面誤差分布圖

圖5　各管類不同激發方式探測深度誤差分布圖

根據本次試驗數據,對管線本身對探測精度的影響也進行了統計分析,其中給水、燃氣、電力、通訊試驗點數分別為100個、60個、40個、100個。統計了這四類管線的平面最大值、深度最大值、平面誤差和深度誤差,分析結果如圖6所示。

圖6　不同管類探測精度統計圖

從圖6統計結果可以看出,利用管線探測儀對各種管線進行探測時,平面精度基本上都能夠得以保證,然而在深度的保證上,給水、燃氣、電信類管線,探測值與真實值還有較大的差值,這與管線材質有一定的關系。因此對于這三類管線,在實際探測前,應根據管線材質做深度檢驗分析,尋找最為契合的深度改正公式[4]。

3．3規律總結

上述的三種統計試驗,分別探究了工作頻率、激發方式以及管線本身對平面精度和深度精度的影響。從試驗結果中,觀察到不同探測方法和不同管類下探測精度存在差異。基于試驗結果,總結出如下幾條規律:

(1)給水、燃氣、電力、通訊四類管線探測時,應盡可能選用33 KHz和65 KHz的工作頻率。

(2)給水管類探測時,直接法探測精度高于感應法;電力管類探測時,夾鉗法探測精度高于感應法。

(3)電力管線探測精度明顯高于給水、燃氣、通訊三類管線,后三類管線探測時,要做好深度校驗。

4 實際案例檢驗

良好的探測方法及適用規律,須經過大量工程驗證后才能放心使用。下面結合電力竣工工程,探討夾鉗法和感應法下探測電力管線的深度值與真實值之間的差異狀況。

工程地點位于武漢市漢陽區濱江大道,電力管線長約1．6 km,其中有5段為頂管施工,頂管長度接近500 m。其中不但要穿過給水、燃氣、排水等眾多市政管道,而且還要穿越漢陽古城墻,施工難度可謂相當大,管線最深處接近15 m,這給管線探測帶來了巨大困難。

本次試驗中,選取了其中一段長約63 m的頂管作為研究對象,以頂管施工中記錄下的導向儀頂進深度作為原始參考數據,分別利用夾鉗法和感應法對該段管線每隔3 m進行高密度定點,得到了兩種不同激發模式下的探測深度。通過與原始數據比較,得到了如圖7所示的深度剖面圖。

圖7　電力管線深度剖面圖

通過深度剖面圖,可以直觀的發現夾鉗法探測深度與原始數據更為接近,感應法探測深度與原始數據差異較大,這與本文3．3節總結的第二條規律相吻合,證明了規律的正確性。

5 結論與建議

5．1結論

通過對上述的試驗結果進行分析,可以得出如下結論:

(1)在管線普查和探測前,探測人員應對探測儀進行充分的一致性校驗。在滿足精度要求的前提下,根據管線的性質,選取最為合理的探測方式;

(2)管線探測儀的工作頻率應選擇中等頻率,激發方式盡可能以直接法和夾鉗法為主;

(3)不同管類被電磁波激發所產生的地球物理特性不同,對深度的影響也不均勻,因此需要進行深度改正。

5．2建議

隨著城市的不斷發展,近間距平行管線、非金屬管線、球墨鑄鐵管線以及深埋管線已成為當前管線普查中的難點問題[1]。要解決此類問題,除了要有可靠的理論研究和先進的儀器設備作為保障外[1],還應該加強對儀器本身的性能研究,在工程中多分析、多試驗,不斷思考并總結經驗。

總之,管線探測技術的深度研究是非常有必要的。盡管目前還有很多因素影響儀器的探測精度,但只要我們共同努力,定能不斷改進探測方法,進而提高探測精度。

參考文獻

[1] 王勇．城市地下管線探測技術方法研究與應用[D]．吉林:吉林大學地球探測科學與技術學院,2012．

[2] 杜良法,王少兵．城市地下管線普查中金屬管線探測儀一致性校驗問題探討[J]．華北科技學院學報,2008,5 (2):44～47．

[3] 杜良法．地下管線探測中的物探方法試驗和探測儀器一致性校驗[J]．城市勘測,2012(1):146～148．

[4] 楊志軍．地下管線電磁探測方法及誤差分析研究[D]．上海:上海交通大學電子信息與電氣工程學院,2009．

Discussion on Coherence Checks of Apparatuses in Choosing Underground Pipeline Detecting Methods

Teng Song,Wang Xiang,Li Hao,Geng Shenghui
(Wuhan Geomatic Institute,Wuhan 430022,China)

Abstract:When we use pipeline instruments detecting pipelines,it is often required to choose the appropriate detecting methods according to geophysical characteristics．Inappropriate detecting methods,not only affect the accuracy of detection,even would cause the wrong probe or missing probe．Scientific assessment of the impact of various types of factors on the detection accuracy and take the best detection methods is an important means to ensure pipeline outcomes safe and reliable．Firstly,testing the consistency of pipeline instruments,then analyzing detection accuracy from instrument frequency,excitation mode and pipeline categories．Summarized general rules to select the best detecting methods in different environments．Finally,examining the applicability and correctness of rules by an actual pipeline case．

Key words:underground pipeline;coherence check;detect method;geophysics characteristic

文章編號:1672-8262(2015)06-127-06中圖分類號:P631．3+3

文獻標識碼:B

收稿日期:?2015—09—01

作者簡介:滕松(1988—),男,工程師,主要從事地下工程測量工作。