數(shù)字化技術(shù)在城市地下管線測量中的應(yīng)用

李遠(yuǎn)文

（東莞市樟木頭鎮(zhèn)規(guī)劃管理所，廣東東莞 523000）

隨著市場經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活水平顯著提高，對于城市地下管線的要求越來越高，做好城市地下管線測量工作、完善測繪數(shù)據(jù)以支撐開發(fā)城市地下空間，已經(jīng)成為解決城市土地緊張問題的關(guān)鍵因素。數(shù)字化技術(shù)以GPS技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、信息處理技術(shù)等為支撐，能夠?qū)崟r采集地下管線的三維坐標(biāo)，形成可視化數(shù)據(jù)，幫助開發(fā)人員合理調(diào)整地下工程建設(shè)方案，形成系統(tǒng)化的城市地下空間開發(fā)體系，有助于城市建設(shè)的持續(xù)穩(wěn)定推進(jìn)。

1 城市地下管線測量研究

1.1 城市地下管線測量的重要性

我國城市發(fā)展迅速，城市規(guī)模逐漸擴(kuò)大，隨著城市土地的日益緊張，對城市地下空間的開發(fā)利用成為城市建設(shè)事業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的有效渠道。城市地下空間存在大量的地下管線，地下空間施工過程中對管線造成破壞，會影響城市居民的正常生活與工作，不利于城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的開展。

開展城市地下管線測量，能夠精確獲取城市地下管線的數(shù)據(jù)信息，了解地下管線的位置、埋深、材質(zhì)、類別、電纜孔數(shù)、根數(shù)等信息，幫助開發(fā)人員提高地下空間的開發(fā)有效性，完善城市地下工程的建設(shè)方案，推動數(shù)字化現(xiàn)代城市的發(fā)展。

1.2 城市地下管線測量的現(xiàn)狀與問題

完善的城市地下管線測量是確保城市地下空間開發(fā)科學(xué)開展的前提。我國城市發(fā)展速度較快，地下管線的規(guī)模與復(fù)雜度有所提升，使地下管線測量難度較大，對專業(yè)測繪工作的需求較高。目前，存在部分城市地下管線施工資料不完備的問題，較多管線數(shù)據(jù)的丟失，給后期的管線測繪工作帶來難題，容易導(dǎo)致管線斷裂情況的發(fā)生，造成城市大規(guī)模停水、停電、停氣或通信中斷事故，對城市居民的正常生活與工作造成影響。

1.3 城市地下管線測量的技術(shù)流程

城市地下管線的測量技術(shù)較為多樣，包括雷達(dá)電磁法、RTK法、全站儀極坐標(biāo)法。雷達(dá)電磁法利用發(fā)射機(jī)向地下發(fā)射交變電磁信號，能夠在對金屬管線產(chǎn)生作用的同時，產(chǎn)生感應(yīng)電流，產(chǎn)生二次感生電磁場，實現(xiàn)對金屬管線的追蹤以及定位。

城市地下管線測量的技術(shù)流程如圖1所示。

圖1 城市地下管線測量的技術(shù)流程

2 RTK技術(shù)在城市地下管線測量中的應(yīng)用

2.1 RTK技術(shù)的工作原理

RTK技術(shù)以GPS技術(shù)為支撐，通過觀測載波相位觀測值構(gòu)建數(shù)字模型，能夠模擬觀測站點在三維坐標(biāo)系內(nèi)的三維定位情況，形成可視化觀測數(shù)據(jù)，給予觀測人員數(shù)據(jù)支持。將RTK技術(shù)應(yīng)用至城市地下管線測量，能夠?qū)⒐芫€測量精度控制到厘米級別，有助于為測量人員提供最真實、最精確的管線數(shù)據(jù)。

RTK技術(shù)一般由基準(zhǔn)站、流動站以及GPS衛(wèi)星定位組成，借助基準(zhǔn)站測量GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位信號，由流動站處理數(shù)據(jù)，形成針對地下管線信息的三維坐標(biāo)空間模型，實現(xiàn)對地下管線長度等基礎(chǔ)信息的精確測量。RTK技術(shù)有效連接基準(zhǔn)站與流動站，可以將衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)與已知的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行對比，對管線數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)化修復(fù)處理，提高定位數(shù)據(jù)的可靠性與精確性。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及信息交互技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)逐漸形成，其整合數(shù)字化技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠進(jìn)一步提升RTK技術(shù)的檢測精度，降低RTK檢測的成本。應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)后，RTK檢測不再依賴基準(zhǔn)站的輔助，流動站與參考站之間的工作距離不會受到限制，使RTK檢測系統(tǒng)的精確性與可靠性進(jìn)一步提升，能夠適用于更多的檢測情況。目前，RTK技術(shù)已經(jīng)在水域測量、管線測量、房產(chǎn)測量、市政工程測量等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。

2.2 應(yīng)用實例

以某城市地下管線測量工作為例，研究RTK技術(shù)的具體應(yīng)用。采用WGS-54、WGS-84坐標(biāo)系進(jìn)行GPS測繪，利用坐標(biāo)校正法、參數(shù)法完成坐標(biāo)系切換。在測量過程中，設(shè)置觀測采樣率為3s，確保GPS接收機(jī)始終處于穩(wěn)定工作狀態(tài)，保障GPS定位的精確度。每個測量點均進(jìn)行2次測量，取2次測量平均值為最終觀測值，最大化提升檢測的可靠性。應(yīng)控制兩次測量值的誤差小于3cm，避免在測量的過程中出現(xiàn)失鎖問題。

RTK技術(shù)需要與GPS定位技術(shù)相配合，在測量過程中應(yīng)盡可能將測繪點設(shè)置在開闊地帶或較高位置。RTK技術(shù)會面臨數(shù)據(jù)鏈傳輸誤差等問題，二次檢測對確保RTK檢測精度具有至關(guān)重要的作用。

3 GIS技術(shù)在城市地下管線測量中的應(yīng)用

3.1 GIS技術(shù)的工作原理

GIS技術(shù)又稱地理信息系統(tǒng)，是一種用于描述、存儲、分析、管理空間信息的技術(shù)手段。GIS技術(shù)以地理空間數(shù)據(jù)庫為支撐，能夠針對城市地下管線數(shù)據(jù)信息搭建地理模型，實現(xiàn)對城市地下管線數(shù)據(jù)的動態(tài)化管理，保障數(shù)據(jù)檢測的精度以及有效性。GIS技術(shù)由計算機(jī)硬件系統(tǒng)、計算機(jī)軟件系統(tǒng)、地理數(shù)據(jù)庫三部分組成。

（1）計算機(jī)軟件系統(tǒng)包含系統(tǒng)軟件、地理信息軟件和應(yīng)用分析程序。

GIS軟件系統(tǒng)功能框架如圖2所示。

圖2 GIS軟件系統(tǒng)功能框架

（2）計算機(jī)硬件系統(tǒng)涉及服務(wù)器、計算機(jī)工作站、數(shù)字化設(shè)備、報表打印設(shè)備以及數(shù)據(jù)備份設(shè)備。

（3）地理數(shù)據(jù)庫主要處理幾何圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，是GIS技術(shù)的核心，能夠?qū)⒌乩砜臻g信息轉(zhuǎn)化為可視化數(shù)據(jù)，明確不同數(shù)據(jù)實體間的拓?fù)鋷缀侮P(guān)系，為管線檢測提供信息支持。

以GIS技術(shù)為支撐開發(fā)城市地下管線測量系統(tǒng)，涉及組件式開發(fā)技術(shù)、空間數(shù)據(jù)管理技術(shù)以及管線三維可視化技術(shù)，在配合傳統(tǒng)管線檢測手段的基礎(chǔ)上搭建三維數(shù)據(jù)模型，可以真實反映地下管線的構(gòu)成情況，幫助測量人員進(jìn)行地下空間開發(fā)設(shè)計。

3.2 應(yīng)用實例

以某城市地下管線為例，進(jìn)行GIS技術(shù)的應(yīng)用研究。該城市地下管網(wǎng)包括給水管網(wǎng)、排水管網(wǎng)、電力網(wǎng)、電信網(wǎng)、燃?xì)夤芫W(wǎng)和其他工業(yè)管網(wǎng)，涉及中繼站與維護(hù)設(shè)施。在管線測量工作中，依托AutoCAD軟件進(jìn)行手工繪制，導(dǎo)入GIS平臺后添加管線屬性數(shù)據(jù)，測量效率相對較低。管網(wǎng)已建成管線測量數(shù)據(jù)庫，但缺乏對新進(jìn)管線的數(shù)據(jù)追蹤，使系統(tǒng)的更新度不足，不足以滿足未來城市地下空間的開發(fā)需求。在此基礎(chǔ)上，以GIS技術(shù)為支撐對現(xiàn)有管線測量系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，提高地下管線測量管理的精確度和有效性。

城市地下管線測量系統(tǒng)涉及數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)入庫、計算機(jī)查錯、信息查詢、報表輸出、對外服務(wù)、空間分析、輔助設(shè)計、數(shù)據(jù)共享、跟蹤管理等功能。將該系統(tǒng)劃分為數(shù)據(jù)入庫、數(shù)據(jù)管理、信息查詢、空間分析、竣工檢測五個模塊。

（1）數(shù)據(jù)入庫模塊。

根據(jù)電子手簿以及計算機(jī)數(shù)據(jù)自動生成原始測量數(shù)據(jù)文件，依托外業(yè)草圖對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的編輯處理，生成能夠存儲于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的格式文件。剔除誤差數(shù)據(jù)和沖突數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)合并，完成數(shù)據(jù)入庫。

（2）數(shù)據(jù)管理模塊。

數(shù)據(jù)管理模塊包含統(tǒng)計與查詢功能，能夠?qū)Φ叵鹿芫€的類型、長度、口徑、內(nèi)容進(jìn)行精確化查詢，記錄入庫信息和負(fù)責(zé)部門，方便地下工程建設(shè)人員進(jìn)行溝通。

（3）信息查詢模塊。

信息查詢模塊能夠按照管線類型、坐標(biāo)、管徑大小、施工日期進(jìn)行組合查詢。

（4）空間分析模塊。

空間分析模塊可分析不同管線間的拓?fù)鋷缀侮P(guān)系，如交叉路口的交叉點、管線中間的水平垂直凈距等。

（5）竣工檢測模塊。

竣工檢測模塊能夠在地下管線竣工后，對管線數(shù)據(jù)進(jìn)行追蹤，形成動態(tài)化管線檢測機(jī)制，保障管線數(shù)據(jù)在后續(xù)工程中應(yīng)用的有效性。

4 結(jié)語

隨著我國城市地下空間開發(fā)的逐步推進(jìn)，RTK、GIS等以數(shù)字化技術(shù)為支撐的檢測管理手段逐漸受到人們重視。應(yīng)逐步構(gòu)建針對地下管線的數(shù)字化檢測技術(shù)，形成三維數(shù)據(jù)模型，真實反映地下管線的分布情況，有效為地下工程建設(shè)人員提供支持，推動我國城市建設(shè)事業(yè)的協(xié)調(diào)發(fā)展。