現代測繪技術在地下管線測量中的應用

梁雅琦

（山西冶金巖土工程勘察有限公司，山西 太原 030000）

地下管線網絡是現代城市基礎設施的核心組成部分，用于供水、天然氣、污水處理、電力傳輸和通信等重要服務，相關管線的安全性和有效性對城市居民的生活質量至關重要，由于地下管線位于地下，它們的準確測量和管理一直是一項具有挑戰性的任務[1]。傳統的地下管線測量方法通常涉及大量人工挖掘和測量，這不僅費時費力，還容易導致地下管線的不必要損害，傳統方法在提供準確的位置和屬性數據方面存在一定的限制，現代測繪技術的應用已成為解決這些問題的關鍵。隨著科技的不斷發展，現代測繪技術如地面雷達、激光掃描和衛星導航系統等，為地下管線測量提供了新的工具和方法，相關技術不僅可以提供高精度的地理位置信息，還可以降低地下設施損害的風險。

1 地下管線測量的要求與難點

精確的地下管線測量至關重要，特別是在高密度城市地區，以避免損壞地下基礎設施或引發事故，通常需要達到亞米級或更高的精度，具體實施過程中不僅需要測量管線的位置，還需要記錄管線的屬性數據，如管道類型、直徑、材料、年限、維護歷史等，相關數據對于管線的管理和維護至關重要。在具體測量階段，應該通過有效手段避免對地下管線造成損壞或破壞是一項基本要求，非破壞性測量方法，如地面雷達、激光掃描和電磁檢測，變得至關重要，且部分應用需要實時或持續性的地下管線數據，以確保安全和監控管線的狀態。這要求數據采集系統能夠實時傳輸和分析數據[2]。除此之外，測量數據需要與GIS 系統集成，以將地下管線信息與其他地理數據關聯起來，從而更好地管理城市基礎設施。地下環境通常復雜多變，包括各種地下設施、巖石、土壤和水文條件，使得地下管線測量變得更具挑戰性，因為不同條件需要不同的測量方法，某些管線位于較深的地下，難以直接測量。測量深部管線需要更高級別的技術和設備，且不同類型和材料的管線需要不同的測量方法[3]。金屬管道、塑料管道、混凝土管道等需要不同的探測技術，且考慮到地下管線位于難以訪問的區域，如建筑物下方、道路下方或河床下方，使得數據采集變得更加復雜。

2 現代測繪技術在地下管線測量中的應用

2.1 地理信息系統

現代測繪技術在地下管線測量中的應用之一是地理信息系統（GIS）。GIS 是一種用于管理、分析和可視化地理數據的強大工具，GIS 系統在地下管線測量中發揮著重要作用。首先，GIS 允許測量師將地下管線的位置、屬性和狀態納入一個統一的數字平臺，使得管線數據的存儲、管理和檢索變得更加高效，每個管線的詳細信息，如管道類型、直徑、材料、年限、維護歷史等，可以被存儲在GIS 數據庫中。其次，GIS 可用于準確定位地下管線。通過結合全球定位系統（GPS）數據，測量師可以在地圖上標示出管線的確切位置，對于城市規劃和施工工程的進行非常有幫助，并且GIS可以用于檢測地下管線與其他地下設施（如電纜、排水管道等）之間的沖突[4]。這有助于避免在施工過程中意外破壞其他基礎設施。最后，GIS 可以用于評估地下管線的安全風險，通過分析地下管線的位置和屬性，可以確定潛在的風險因素，并采取適當的措施來減少風險，在緊急情況下，GIS 可以用于迅速定位地下管線的位置，以支持緊急響應和修復工作，對于快速處理泄漏、爆炸或其他管線問題至關重要，并且GIS 可以將地下管線數據以圖形方式呈現，使非專業人員也能容易理解，有助于政府、市民和其他利益相關方更好地了解城市基礎設施。

圖1 基于激光掃描的地下管線建模

2.2 地面雷達

現代測繪技術中，地面雷達是一種非破壞性的測量技術，通過發射無線電波來探測地下物體，包括地下管線，地面雷達可以用于精確探測地下管線的位置和深度，雷達波會穿透地下并反射回來，從而提供有關管線的位置和深度信息。這可以避免挖掘地面以查找管線，從而減少了潛在的損壞風險[5]。一方面，地面雷達能夠識別管線的類型和材料，如金屬管道、塑料管道、混凝土管道等，對于決定管線的性質和狀況非常有用，除了管線，地面雷達還可以檢測其他地下障礙物，如巖石、樹根、地下垃圾等，具體應用過程中使用地面雷達進行多點測量，可以生成地下管線的三維映射，能夠更全面地了解管線的布局和關聯，為城市規劃和施工提供有用的信息。另一方面，地面雷達可以用于評估地下管線對周圍環境的影響，例如地下水位、土壤穩定性等，對于環境評估和管線維護決策非常有幫助，且地面雷達可用于管線的定期檢測和維護，通過監測管線的變化和狀態，可以及早發現問題并采取必要的維修措施。除此之外，相比于其他的檢測方法而言，地面雷達是一種非破壞性檢測方法，可以在不破壞地下管線的情況下獲得信息，有助于維護管線的完整性和延長使用壽命。

2.3 激光掃描

激光掃描技術在地下管線測量中的應用是一項具有巨大潛力的現代測繪方法。激光掃描利用激光束的測量，可以生成地下管線的三維模型，提供有關管線位置、深度、材料和形狀等多方面信息。以下是激光掃描在地下管線測量中的應用：（1）地下管線定位：激光掃描技術可以用于準確測量地下管線的位置，激光掃描設備發射激光束并測量其反射時間，從而確定管線的位置和深度，以亞毫米級的精度。（2）管線深度測量：激光掃描可以提供管線的精確深度信息，有助于避免誤挖或損壞地下管線，特別是在需要進行施工或維修工作時。（3）管線材料識別：激光掃描還可以用于識別地下管線的材料，如金屬、塑料、混凝土等。這有助于確定管線的性質和潛在的腐蝕或老化問題。（4）三維管線映射：使用激光掃描進行多點測量，可以生成地下管線的三維模型。這提供了管線布局和關聯的詳細信息，對城市規劃和設計工作非常有用。（5）管線健康監測：激光掃描可以用于定期監測地下管線的狀態和變化。這有助于提早發現問題，如管線腐蝕、裂縫或位移，以進行維修和維護。（6）環境影響評估：激光掃描技術可以用于評估地下管線對周圍環境的影響，如地下水位、土壤變化等。這對于環境評估和規劃決策非常有用。

2.4 衛星導航系統

衛星導航系統在地下管線測量中的應用是一種重要而廣泛的現代測繪技術。主要的衛星導航系統包括全球定位系統（GPS）以及其他衛星定位系統，如伽利略、格洛納斯和北斗。首先，衛星導航系統可用于準確測量地下管線的位置。使用GPS 接收器或其他衛星定位設備，測量師可以標識管線的確切地理坐標，包括經度、緯度和海拔高度，具體應用過程中可以通過在地面上定位參考點，然后將GPS 設備附加到探測設備上，可以估算地下管線的深度，提供了有關管線深度和地面覆蓋的信息，有助于避免誤挖和損壞。其次，衛星導航系統可用于繪制地下管線的地圖，通過定期記錄和上傳地下管線的位置數據，可以創建詳細的地圖，顯示管線的布局和關聯性，在施工和維護工作中，衛星導航系統可用于引導設備和工程人員，以確保工作按照計劃進行并避免損壞地下管線。這提高了施工的效率和安全性。最后，衛星導航系統允許緊急響應人員快速準確地定位地下管線，以支持緊急維修工作，如泄漏、爆炸或其他管線問題的處理，衛星導航系統數據可以與地理信息系統（GIS）集成，以將地下管線數據與其他地理數據關聯起來。這提供了更全面的城市基礎設施管理。衛星導航系統在地下管線測量中的應用提供了高精度的位置信息，有助于避免地下基礎設施的損壞，提高城市基礎設施管理的效率和安全性。

3 現代測繪技術在地下管線測量中的應用要點

3.1 加強數據的準確性

加強數據的準確性在地下管線測量中至關重要，尤其是現代測繪技術應用的過程中，充分提升測繪技術的應用效果需要良好的數據保障。首先，盡選擇高精度的測量設備，如精確的全球定位系統（GPS）、激光掃描儀和地面雷達，以確保準確測量地下管線的位置和深度，對于硬件設備，需要安排技術人員定期校準和維護測量設備，以確保其性能始終處于最佳狀態，設備的不準確性會導致數據的誤差。一方面，使用已知位置的參考點來校準測量設備，進行控制測量以驗證數據的準確性，并進行多次獨立的測量以驗證數據的一致性。如果多次測量結果相符，那么數據的準確性更有信服力。另一方面，對測量數據進行仔細的數據處理和校正，以去除誤差并提高數據的準確性，在此基礎上將測量數據與GIS 系統集成，利用GIS 的精確性和數據驗證功能，提高數據的質量。除此之外，在數據收集后，進行數據審核和審查，以查找潛在的錯誤或不一致性，修復任何錯誤以確保數據準確，并詳細記錄和文檔測量活動，包括測量條件、設備規格和任何校準或校正步驟，有助于追蹤和驗證數據的來源和準確性。通過采用這些要點，可以提高地下管線測量數據的準確性，確保數據可靠性，有助于更好地管理和維護城市基礎設施。

3.2 提升數據整合效果

現代測繪技術采集的數據內容應使用通用的標準數據格式進行存儲，以確保不同來源的數據能夠互相整合，具體包括坐標系統、數據結構和元數據，在數據采集的早期階段，采取措施確保數據的準確性和一致性，應該包括設備校準、檢查數據完整性和清除任何錯誤或異常數據。首先，需要記錄詳細的元數據，包括數據采集的日期、設備規格、地點信息以及數據質量控制過程。元數據可幫助追蹤數據的來源和背景信息，在數據整合前，對數據進行清洗和校正。這包括去除不一致性、錯誤或缺失的數據，以確保數據的質量。其次，統一數據的命名約定和屬性標簽，以確保數據一致性和可比性，包括管線屬性信息，如管道類型、直徑和材料，可以使用專門的數據整合平臺或地理信息系統（GIS）工具，以整合來自不同測繪技術的數據，并將其關聯起來。最后，應該確保數據保持最新。定期更新和維護數據，以反映地下管線的實際狀態變化，采取適當的數據安全措施，保護敏感數據，確保只有授權人員可以訪問和處理數據。除此之外，應該確保整合團隊成員具備必要的技能和知識，以正確使用整合工具和技術，并定期監控整合的數據以檢測潛在的問題，如數據沖突或不一致性。進行數據審核和審查，以維護數據的準確性，提供易于共享和可視化的數據，以便不同利益相關方能夠訪問和理解數據。通過遵循這些要點，可以提升數據整合效果，支持更好的地下管線測量數據管理和應用，同時減少數據不一致性和冗余。

4 結語

在現代測繪技術的支持下，地面雷達、激光掃描和衛星導航系統等技術提供了更準確、高效且非破壞性的測量方法，減少了地下管線損害的風險，通過提升數據準確性和數據整合效果，能夠更好地理解和管理地下管線網絡，提高城市基礎設施的可持續性，并且現代測繪技術的應用為城市規劃和發展提供了有力的工具，有助于確保地下管線的安全性和有效性。