城市地下管線測繪測量技術方法

唐吉林

佛山市測繪地理信息研究院 廣東 佛山 528000

1 前言

隨著城市化進程不斷深入，地下管線布設變得愈發復雜，其涉及到供水、排水、天然氣、電力等各種基礎設施，為城市正常運行提供重要支持。但由于地下管線埋深較深，無法直接觀察，因此對其進行準確測繪和測量成為一項重要的任務。傳統地下管線測繪測量方法主要依靠人工探測和地圖資料，這種方法存在許多問題，其需要大量的勞動力和時間，在復雜城市環境下很難取得滿意的效果。因此，開發一種高效的地下管線測繪測量技術方法勢在必行。

近年來，激光雷達技術被廣泛應用于地下管線測繪測量中，激光雷達技術能通過發射激光束并接收反射回來的信號，從而得到地下管線的位置和形狀信息。這種技術具有非接觸、高精度和高效率的特點，能在較短時間內獲取大量數據，提高測繪測量的準確性和效率。另外，地下雷達技術也是一種常用的地下管線測繪測量方法，利用電磁波在地下的傳播特性，可以探測到地下不同材料的界面和障礙物。通過分析反射回來的信號，能得到地下管線的位置和形狀信息。地下雷達技術具有非破壞性、高靈敏度和高分辨率的特點，對于測繪測量工作非常有效。除了激光雷達和地下雷達技術，還有許多其他方法能用于城市地下管線的測繪測量，如地下超聲波技術能通過聲波在地下的傳播特性，探測到地下管線的位置和狀態；地下磁力技術能通過磁場變化，判斷地下管線的存在和走向。這些技術方法各有優勢和適用范圍，工作人員要根據實際情況選擇合適的方法進行測繪測量工作[1]。

2 地下管線測繪測量的基本原理

地下管線測繪測量是一種重要的技術手段，用于確定地下管線的位置和走向，以確保工程施工和城市規劃的順利進行。這項工作的基本原理是通過測量儀器和技術手段來獲取地下管道的空間位置信息，從而為相關工程提供準確的地下管線數據。

地下管線測繪測量主要依靠以下基本原理：

（1）地面探測：地下管線測繪測量通常從地面上開始，使用各種探測設備和技術手段，例如地磁儀、電磁波探測器、地質雷達等，來尋找地下管線的線索。這些設備能夠檢測到地下管線周圍的物質變化，如金屬管道的磁性、電磁信號的反射以及地下巖石的密度差異等。通過分析這些數據，可以推斷管道的位置和走向。

（2）上部結構圖：在地面探測之后，地下管線測繪測量需要借助上部結構圖。上部結構圖是地下管線系統的平面示意圖，顯示了不同管道的位置和走向。在實地測量之前，了解和準確理解上部結構圖是至關重要的，它提供了測量的基準和方向。

（3）基準點：在地下管線測繪測量中，設置和確定準確的基準點是非常重要的。基準點是已知坐標或高程的地面點，用于建立測量系統的坐標系和高程系統。通過與基準點的測量對比，可以得到地下管線的具體位置和高程信息。

（4）測量設備：地下管線測繪測量需要使用各種測量儀器和設備，例如全站儀、GPS接收器、激光測距儀等。這些設備可以通過測量角度、距離和高程等參數，來獲取地下管線的空間位置信息。

（5）數據處理：地下管線測繪測量所得到的數據需要進行處理和分析。數據處理包括將測量數據轉換為坐標和高程信息，消除誤差和噪聲，擬合曲線和平面等。通過數據處理，可以得到地下管線的精確位置和走向。

總之，地下管線測繪測量的基本原理是通過地面探測、上部結構圖、基準點、測量設備和數據處理等步驟，獲取地下管線的空間位置信息。準確的地下管線數據對于工程施工和城市規劃具有重要意義，可以避免損壞地下管線帶來的風險，提高工程質量和效率。

3 城市地下管線常見的測繪測量方法

3.1 地下雷達

地下雷達是一種常用于城市地下管線測繪的非破壞性測量方法，其通過發射高頻電磁波并接收回波，探測地下物體的位置和性質，從而幫助工程師確定地下管線的準確位置和深度。地下雷達主要包括發射器、接收器、控制單元等環節。發射器負責產生高頻電磁波，并將其發送到地下；接收器則接收回波信號；控制單元將接收到的信號進行處理，并通過計算機或顯示屏顯示出地下的結構和特征。在測量過程中，地下雷達通過連續地發射和接收電磁波，并根據回波信號的強度和時間來確定地下物體的位置。地下雷達工作原理是利用電磁波在不同介質中傳播速度不同的特性。當電磁波遇到地下物體時，部分能量會被反射回來，而另一部分則會通過物體傳播。通過測量接收到的回波信號，地下雷達能確定物體的位置和深度。目前，地下雷達在城市地下管線測繪中有許多應用，不僅幫助確定地下管線的準確位置和深度，從而避免施工過程中對管線的破壞。還能檢測地下管線的狀態和損壞情況，以便及時修復和維護。但值得注意的是，地下雷達對地下介質類型過于敏感，如土壤濕度、巖石類型等，不同介質會對電磁波的傳播產生不同影響，從而影響測量結果的準確性。同時，地下雷達在測量深度方面存在限制，通常只能測量幾米到十幾米的深度范圍，且測量結果可能受到地下雜亂物體的干擾，如樹根、建筑物和其他地下設施[2]。

3.2 地磁法

地磁法作為一種常見的測量方法，被廣泛應用于城市地下管線的勘察和調查工作中，其是利用地球磁場變化探測地下物體的方法。地球上存在著相對穩定的地磁場，地下埋藏的管線會對地磁場產生微弱擾動，通過測量這些擾動，能確定地下管線的位置、深度和走向。目前，地磁法測量過程相對簡單，主要包括設置測量點、布置測量線、測量數據處理三個步驟。

（1）要在地面上選取各種測量點，根據管線布局、地形地貌等因素進行合理選擇。

（2）在測量點附近鋪設一條或多條測量線，通常采用直線或曲線形式，以覆蓋需要測量的區域。

（3）使用地磁儀等測量設備對測量線上的數據進行采集，并記錄下地磁場強度、方向等信息。

（4）利用測量數據進行處理，通過描繪等值線圖、三維模型等形式，將地下管線位置和走向展現出來。

地磁法作為一種非侵入性的測量方法，相對于傳統地下勘察方法，地磁法不用破壞地面，能減少對城市交通和環境的干擾。同時，地磁法操作簡單，設備成本相對較低，適用于大規模的地下管線勘察和調查。因此，地磁法被廣泛應用于各種類型的地下管線，包括電力、自來水、燃氣等，具有廣泛的適用性。然而，地磁法對地下管線材料的磁性敏感，對于非磁性材料的管線探測效果有限，且受到周圍環境的影響較大，如建筑物、道路、磁性物體等都會對地磁場產生擾動，需要進行合理的數據處理和糾正[3]。

3.3 電磁法

電磁法是通過測量地下介質的電磁參數變化，推斷地下管線的位置和性質。電磁法利用電磁波在地下傳播時，與地下物體相互作用產生的感應電磁場進行測量，其具有非侵入性、快速高效、成本低等優點，適用于各種地質環境和管線類型。電磁法測量過程要經過發射、接收、處理等步驟，發射器將電磁波信號發送到地下，這些信號會與地下管線產生相互作用，接收器接收到經過地下物體散射后的電磁波信號，并將其轉換為電信號。然后，通過分析接收到的電信號，能確定地下管線的位置、深度、類型等數據。同時，在進行電磁法測量時，要選擇合適的測量儀器和參數設置，通常頻率較低電磁波能穿透較深的地下，但分辨率相對較低；而頻率較高電磁波則具有較高的分辨率，但只能穿透較淺的地下[4]。并且，在不同地質環境中，地下介質電磁特性會有所不同，所以工作人員要根據實際情況進行合理選擇。電磁法測量數據處理過程包括數據采集、數據處理和數據解釋。在數據采集階段，測量人員要按照事先制定的方案進行測量，保證數據的準確性和完整性；在數據處理階段，可以利用各種數學和物理模型對采集到的數據進行處理，提取出地下管線的相關信息；在數據解釋階段，要綜合考慮地理資料、地質條件，對測量結果進行分析（如圖1所示）。

圖1 電磁法示意圖

4 城市地下管線測繪測量技術的應用要點

4.1 確定地下管線圖和常規地形圖的一致性

在城市地下管線測量工作中，確定地下管線圖與常規地形圖的一致性是確保測量結果準確性的重要環節，該步驟旨在驗證地下管線圖的準確性，并將其與已有的常規地形圖進行對比，以便發現任何可能存在的差異。因此，在進行測量前，要獲取最新的地下管線圖和常規地形圖，這些圖表通常由城市規劃部門提供。地下管線圖應包含所有主要的地下設施，如水管、電纜、燃氣管道等，常規地形圖應包含道路、建筑物、河流等地貌特征。接下來，要對兩張圖進行詳細的比對，先對比地下管線圖上的各個地下設施與實際情況進行核對，檢查是否有任何新增或刪除的管線，以及管線的位置是否準確。還要檢查管線的深度信息是否與實際情況相符，通過對比常規地形圖上的地貌特征和地下設施位置進行驗證。同時，要將常規地形圖上的道路、建筑物等地貌特征和實際情況進行核對，檢查是否有新增建筑物，道路布局是否與地圖相符。在比對過程中，如果發現地下管線圖和常規地形圖存在明顯差異，應及時通知相關部門進行修正，能確保測量結果的準確性，并避免潛在的安全風險。在確認地下管線圖與常規地形圖的一致性后，可以進行實際的測量工作，這包括使用地下雷達、地穿雷達等專業設備對地下管線進行定位和測量。也要注意遵守相關的安全規定，確保測量過程的安全性[5]。

4.2 標記地下管線坐標，實施管線碎步點測量

在進行地下管線測量前，工作人員要獲取相關的地下管線資料和圖紙，如管線類型、管徑、材質、所在位置等信息，對后續測量工作非常重要。接下來，工作人員要使用儀器進行地下管線的標記，常用的儀器包括地下管線探測儀和全站儀等。在標記過程中，工作人員要按照圖紙上的坐標進行測量，將地下管線的位置標記出來，還要注意標記的準確性和穩定性，以確保后續工作的順利進行。然后，工作人員要開展管線碎步點的測量，所謂碎步點是指管線在某一特定點上的高程測量值。在進行測量時，要選擇合適的測量方法和儀器，通常采用靜態測量和動態測量兩種。其中靜態測量適用于較穩定的地面情況，而動態測量則適用于復雜的地面情況，注意測量點選擇和測量精度控制，以確保測量結果的準確性。此外，工作人員要對測量結果進行處理，主要包括數據整理、計算、繪圖等工作，通過對測量數據進行處理，工作人員能得到管線的高程信息和地形變化情況，為后續工程設計和施工提供參考[6]。

4.3 編制地下管線圖要點

（1）進行地下管線的勘察和調研工作。在開始編制地下管線圖前，要對所在的區域進行詳細的勘察和調研，了解地下管線的類型、位置和布局等信息。可以通過查閱相關資料、與相關部門進行溝通、實地勘察等方式獲得所需的數據。

（2）采集地下管線數據。在勘察和調研基礎上，要采集地下管線的詳細數據，包括管線的種類、直徑、材質、埋深等信息。可以通過使用地下探測儀器、進行地下挖掘等方式獲取數據，確保數據的準確性和完整性。

（3）處理地下管線數據。整理采集到的地下管線數據，以便于后續的繪制工作。工作人員要使用專業的地理信息系統（GIS）軟件進行數據處理，將數據按照不同的層次和分類進行組織，并建立相應的數據庫。

（4）繪制地下管線圖。在數據整理和處理完成后，可以開始進行地下管線圖的繪制工作。根據實際情況選擇合適的繪圖比例和樣式，將地下管線的位置和屬性等信息準確地展現出來。同時，要標注管線的名稱、直徑、材質等重要信息，以便于后續的使用和管理。

（5）審核和修訂地下管線圖。繪制完成后，要對地下管線圖進行審核，確保圖紙的準確性和可靠性。在實際使用過程中，隨著城市持續發展和管線更新，地下管線圖可能需要進行修訂和更新，以保持其與實際情況的一致性[7]。

5 總結

綜上所述，城市地下管線測繪測量技術方法選擇應根據具體情況進行，不同的技術方法各有優缺點，可以根據實際情況進行選擇和組合使用，以達到高效地獲取地下管線信息的目的。隨著科技不斷發展，相信未來城市地下管線測繪測量技術方法將會更加先進和完善。