地下金屬管線綜合測量與安全評估方法研究

白義培

（經通空間技術（河源）有限公司，廣東 河源 517000）

地下及金屬管線的鋪設關系到交通運輸、發電輸電等日常生活必需的領域能否維持，是建設和經濟發展的物質基礎。我們關于金屬管線的測量和定位技術研究一直都沒有停下腳步，信息時代的到來更是將管線的測量與計算機結合起來。而涉及到管線測量這種需要專業技術人員工程，測量方式是否安全可靠也是我們所必需關注的，如何設計出高效的地下金屬管線的測量定位方法和對該方法如何進行安全性評估是本文探究的重點。

1 地下金屬管線綜合測量和評估方法

1.1 管線種類

如表1所示，每種地下金屬管線因為用途不同所用的金屬材料也不同。土質、地下水循環等地下環境的變化，有限的地下空間資源和無限的地下空間需求的矛盾都體現了金屬管線的復雜性，金屬管線的復雜性意味著隨著新種類的增多，測量方式也必需實時更新。

表1 金屬管線種類

1.2 地下金屬管線綜合測量

RTK地下定位系統是一種結合了地下 GPS和地下的特點而設計的地下實時定位系統。在金屬地下管線中，天然氣管道和供暖管道等屬于明顯管線，借助專業儀器可以直接讀取數據。而隱藏管線測量難度較大，同一土層平面可以等效中心修正定位，RTK測算實時位置，等比值法確定深度。測算實時距離的時候可以使用輔助測量儀。

在測量管道之前首先要給管道提供測量條件，RTK定位測繪在測量時周圍磁場信號會十分紊亂[1]，在測量之前要用屏蔽器排除其他磁場信號的干擾，提升RTK接收地下傳送信號的質量確保測量精度。為了校驗地下金屬管線的走向，要調試好測量電流。在制定測量規劃時要將安全性也考慮進來，保證重點環節相應的監測質量，減少質量不達標而不得不返工的情況發生。

管線定位采取二維定位模式，三維定位模式依托的是定位系統全球覆蓋性強，只能被動定位。二維定位模式可以縮小定位范圍進行主動定位，實現動態實時定位。RTK定位測繪首先要建立客戶端，客戶端既能接收衛星信號又能記錄該信號留下的信息。信息記錄完整后開始布置管線的排布。RTK定位和GPS不同的地方在于它結合了通訊、無線電波和動態監測。這些優勢都能給予測量質量一定的保證。進行精準測量之后使用電子測繪技術對地質和環境進行數據微處理，處理流程如下圖。

RTK定位信號將測繪數據傳輸后，將對應的點在地面上做標記，標記出的點連接成線。經過測繪儀的計算處理就整理出地下金屬管線圖紙。

地下金屬管線測量精度如果不夠，存在較大誤差，那么資料記錄就是錯誤的，城市建設飛速發展，等地下金屬管線剛鋪設完畢，新的建設計劃又要開始實施了。金屬管線測量的任務應接不暇，一旦不及時就會影響城市建設的進度，如果能夠研究降低誤差值的測量方法勢必節省了很多返工時間。

圖1 RTK定位測量法步驟

1.3 地下金屬管線綜合安全評估

地下金屬管線綜合測量的目的是保證基礎設施的安全，對其進行安全評估具體步驟如下：首先將綜合測量的環境因素、經濟因素執行為一級指標。然后管線測量可以進行初步的安全評估。無論是天然氣管道還是工業管道。里面的有害氣體都是在管線鋪設時最需要注意的危險源頭[2]，除了二氧化碳和甲醛這些常見的有害氣體，還有可燃氣體一旦遇到高溫就會引起爆炸。人工測量會有吸入有毒氣體的危險，供暖管道和發電輸電的電纜會造成高溫燙傷和觸電風險。模糊綜合評估法兼顧管線本身和周遭環境的狀況，對有害氣體進行探測，對當下測量環境進行監測。如果發現危險就可以采取稀釋有害氣體、準備呼吸面罩等有效措施進行防范。管線測量的快速安全評估可參照模糊綜合評價法。

第二步通過層次分析依據地體部分設定好的指標量化，小范圍進行選定部分地下金屬管線，從測量工人、周遭環境、有害氣體、電纜電線四方面入手進行針對性評價[3]。測量工人首先要具備一定的使用測量設備的能力，錯誤操作是危險源之一，周遭環境的變化對地下金屬管線的測量有物理方面的影響，高大的建筑物會阻礙信號的收發，導致測量結果有不準確。層次分析法可以準確的對風險源進行計算，安全評估公式如下：

其中A是安全評估中的等級數，V是測量評估中的安全因素，R是測量評估中的風險因素。而公式中V和R都是百分數形式體現，V是由于RTK定位測量法的安全得分與正常安全系數的比。風險則是RTK定位測量法的危險源評估得分與正常風險系數的比值。通過公式計算，經與地下金屬管道安全等級表數值比較，得出了較高的安全等級結論。

2 測量誤差測試

提出對比實驗，對比直接感應法和信號夾鉗法兩種傳統測量方案與本文提出的RTK定位測量法測量同一段地下金屬管線，對所得出的平面最大誤差、管線深度誤差、實際深度誤差的數值，選出最優方案。

2.1 測試流程

地下金屬管道測量一般采用直接感應法，使用測量設備直接測量，測量原理是利用電磁場感應經發射信號定位到管線的金屬層，利用金屬對電磁的反應進項信號接收。測量后需要立即斷開電磁磁鐵兩級，完成測量。但是目前可利用的地下空間有限，很多管線交叉重疊，直接感應測量方法對于交叉的部分會有遺漏。

另一種常用的測量方法叫信號夾鉗法，直接將電磁鐵套在金屬管線上，觀察電流信號的強弱，以此來測量地下金屬管線。因為信號夾鉗法直接接觸管線，探測精準度很高，所以也是使用頻率較高的方法。但是由于現在很多地下金屬管線工程結束后進行二次測量不能挖開測量所以使用場合受限。

以上兩種傳統方法都是最常用的測量地下金屬管線的方式。先選取一段經過開挖驗證已有精確數據的地下管線。將三種方式測試結果進行對比，按照地下管線測量精度標準為：管線實際平面誤差不超過0.5+0.05厘米，管線深度誤差不能查過5+0.5厘米，實際深度誤差不能超過5+0.5厘米。管線測試結果繪制成圖紙之后，圖上誤差不能大于0.05毫米。直接感應法只利用電磁磁場對電流的感應進行測量，信號夾鉗法只利用直接套在管線上進行測量，一旦電磁信號遭到干擾或者無法直接接觸到管線，最終的測量結果都會產生較大誤差。

2.2 實驗結果

現在我們以某地下金屬管線使用三種方法進行測量，對于測量數據與實際數據的誤差值，數據如下表：

表2 誤差值對比

將測量結果進行驗證，運用以上三種測量方式的測量誤差均在標準誤差范圍內，直接感應法和信號夾鉗法是傳統測量方法中誤差值比較小的兩種方法。信號夾鉗法和RTK定位測量法誤差值接近，在不直接接觸管線的情況下也能保證較低的誤差值。彌補了傳統方法的缺陷和問題，在地下金屬管線測量的技術上又向前邁出了一步。

3 結語

本文提出RTK定位測量法這一地下金屬管線測量方法和模糊綜合評估法對RTK定位測量法進行安全評估，與傳統的直接感應法和信號夾鉗法相比，RTK定位測量法的測量誤差數值更小。但此方案存在一定的不足之處，操作繁瑣、使用測量儀器較多。在日后的管線測量中希望可以研究出更簡便的測量方法。