地下管線測繪工作中北斗導航系統的實施

陳安偉

摘要：地下管線測繪在難度上明顯超過地上的測繪測量，且在精度上也面臨著較高要求，需要測繪人員擁有良好的判斷能力及豐富的工作經驗。北斗導航系統在得到廣泛應用之后，其高精度定位及數據實時傳輸功能則能為地下管線測繪提供技術支持。此次研究通過解析兩種基礎概念，辨析北斗導航系統在地下管線測繪中的應用價值，通過分析當前地下管線測繪面臨的問題，給出該系統在地下管線測繪工作中的實施途徑，以期能為相關工作提供理論上的支持與參考。

關鍵詞：地下管線；測繪工作；北斗導航系統

一、前言

城市地下管線復雜程度極高，構成的地下管網在規模上也異常龐大，其測繪工作面臨著非常高的難度及可操作性。城市建設發展必然涉及地下管線的測繪，因此，如何提升其測繪工作的效率，成為城市發展建設規劃的熱門研究課題。隨著近年來智能化設備、前沿數字信息技術在各個行業及領域的應用日益廣泛，北斗導航系統也開始被應用到各個領域，并發揮出獨特的應用價值。北斗導航系統的強大功能使得該系統表現出在地下管線測繪中的應用潛力。因此，通過在地下管線測繪中實施北斗導航系統，成為推進智慧城市發展建設的關鍵之一。

二、基礎概念解析

（一）地下管線測繪

地下管線測繪工作包括圍繞地下管線開展的一系列測繪工作及其他補充工作內容，其目的是準確獲取地下管線位置、深度、類型等信息，進而為地下工程、建筑施工等工程提供數據支持，避免這類工程的建設過程損壞地下管線。這項工作通常由專業的地理信息系統（GIS）團隊或測量師完成，由于具有較高的復雜度，因此，需要經過詳細的規劃和實施過程。通常在進行地下管線測繪前，需要由作業團隊收集有關地下管線的信息，包括管線類型、材料、直徑、年限、維護記錄等，以及周圍環境的地形、土質、地質構造等情況[1]。之后由測繪團隊根據前期獲得的信息，合理選擇合適的測繪技術和設備。在確定具體測繪技術及設備之后，團隊會前往現場進行測量，根據前期收集的信息和選擇的技術，合理選擇測量方式方法的應用環境，一般可以分為地面測量與地下測量兩種。測量作業執行過程中需要注意安全，避免對周圍環境、管線以及人員造成損害。完成測量作業后，團隊會將測量數據輸入計算機中進行處理和分析，并結合處理分析結果應用軟件生成地下管線的三維模型。三維模型中通常會標注管線的位置、深度、長度等信息，對于地下工程設計、施工等環節具有非常重要的參考意義，也是地下管線測繪工作最主要的成果[2]。最后，測繪團隊會根據測繪結果生成詳細的報告，包括測量數據、分析結果、管線圖紙等，為后續工程提供參考。同時，團隊還需要與相關部門和業主進行溝通，共同制定管線保護措施，確保管線的安全運行。

（二）北斗導航系統

北斗導航系統是中國北斗衛星導航系統的簡稱，該系統是中國自主研發建設的衛星導航系統，能夠為全球用戶提供高精度、高可靠性的定位、導航、授時服務。整個北斗導航系統在硬件層面囊括了一系列衛星、地面控制和用戶設備。衛星是指一組在不同軌道上的衛星，這些衛星向地面發射位置信號，發射的位置信號會被用戶設備接收并加以計算，從而明確設備所處位置。地面控制部分包括一系列地面站和控制中心，被用于監控、管理衛星運行，并向衛星提供部分功能支持。用戶設備是指各種終端，囊括民用與軍用領域，包括手機、車載導航儀等，用于接收和處理導航信號。北斗導航系統以高精度、全天候、全球覆蓋和服務質量可控的特點著稱，其精度能夠滿足不同領域的需求，如交通運輸、災害預警、精準農業等。全天候意味著該系統即使在惡劣天氣和復雜地形下，仍能提供可靠的定位服務。全球覆蓋則意味著用戶無論身處何地都能接收到信號。服務質量可控表示系統可以根據需求提供不同精度的定位服務[3]。強大的系統功能使得北斗導航系統在多個領域中均有不同程度的應用，并為整個社會提供了十足可靠的導航定位功能支持。

三、北斗導航系統在地下管線測繪工作中的應用價值

（一）提供精確定位服務

北斗導航系統提供的高精度定位服務是該系統在地下管線測繪中最為顯著的應用價值之一。地下管線的布置、維護和修復都需要以明確具體位置信息為前提。依托北斗導航系統的高精度定位能力，測繪人員能夠準確獲取地下管線的位置信息，從而提高測繪的準確性和效率。這種性能來源于北斗導航系統的功能設計，整個系統采用了多星定位、差分定位等技術，能夠實現厘米級甚至毫米級的定位精度，全面滿足測繪的需求（見圖1）。因此，在地下管線測繪中應用北斗導航系統，測繪人員能夠準確地確定管線的走向、深度等關鍵信息，避免測繪出現差錯，也就能夠有效防范與測繪相關的種種風險[4]。此外，地下管線測繪通常需要在不同的天氣和環境條件下進行，而北斗系統支持全天候定位，即使是在惡劣天氣和復雜地形下，仍能提供可靠的定位服務，進而保障測繪工作不受天氣等因素的影響。

（二）實時監測和控制

北斗導航系統在地下管線測繪中的應用價值還體現在對測繪過程的實時監測和控制上。該應用價值使得測繪人員能夠及時發現和處理測繪中的問題，確保測繪工作的順利進行。作為一款先進的導航系統，北斗導航系統在實時性上達到了國際頂尖水平，意味著測繪人員可以通過北斗導航系統實時獲取自身位置、移動軌跡等信息，有助于測繪人員隨時了解測繪進展情況[5]。在地下管線測繪工作中，實時監測意味著測繪人員能夠及時發現管線位置的偏差，并定位設備故障的發生位置，從而采取相應的解決措施。

在此基礎上，北斗導航系統的數據實時傳輸功能為測繪人員提供了將獲取的地下管線數據實時傳輸到后臺管理系統的途徑。因此相關部門和業主可以隨時查看已上傳的數據，進而及時掌握管線的位置、深度等信息，對提高測繪數據的利用效率有很大幫助，也能夠促進地下管線的安全運行和有效管理。

（三）數據共享和管理

除以上兩項內容之外，北斗導航系統在地下管線測繪中的應用價值還體現在測繪數據的共享和管理上。由于北斗導航系統在設計開發時高度重視開放性與可拓展性，因此，投入應用后的系統支持多種數據格式和接口，測繪人員獲取的地下管線數據能夠以多種格式得到存儲及傳輸，數據格式包括但不限于文本、圖像、視頻等，能夠實現不同部門和系統進行數據的接收和處理[6]。此外，北斗系統還支持多種數據接口，這些數據接口支持與其他系統進行交換和共享，進而實現數據的互通互聯。

為了進一步方便數據的共享和管理，北斗導航系統還配備了較強的數據管理功能，便于測繪人員對獲取的地下管線數據進行管理，按需求加以分類、整理和存儲，并建立完善的數據庫和數據管理體系。相關部門和業主也可以通過接入系統，根據自身需要隨時查閱、獲取對應數據，進一步開發地下管線數據的利用價值。北斗導航系統還支持數據的在線共享和實時更新，意味著測繪人員在測繪過程中獲得的地下管線數據能夠被實時上傳到云端服務器，以便相關部門和業主隨時通過網絡獲取最新的數據及測繪結果，對促進地下管線資源的保護和利用具有非常深刻的現實意義[7]。

四、當前地下管線測繪工作面臨的問題

（一）精度問題

就當前地下管線測繪工作的執行現狀來看，精度問題是地下管線測繪面臨的主要問題之一。精度不佳會影響管線的設計、施工和維護。在應用北斗導航系統之前，傳統的測繪方法將地面標志物、地圖作為重要參照，實際測繪過程很容易受到地形、地質等因素的制約，最終影響測繪精度。由此獲得的測繪結果會誤導工作人員對管線實際位置、深度等重要信息的獲取，導致施工時的位置偏差、管線覆蓋不足或過度等一系列問題，增加了管線運行的風險，更有甚者可能引發嚴重的安全事故。

除此之外，精度不足的問題同樣會對管線的維護和修復工作產生影響。一旦出現管線實際位置與測繪結果存在偏差的情況，管線維護人員將無法準確定位故障管線的具體位置，也就延誤了維護和修復的時機，導致維護成本和風險上升。另外，精度不高還會影響管線數據的準確性和可靠性，地下管線管理的相關工作也會因此受到誤導及其他負面影響。

（二）安全問題

安全無小事，安全問題是當前地下管線測繪面臨的最為嚴重的問題。實際上，地下管線測繪過程中始終存在一定的安全隱患，主要體現在以下幾個方面：一是由于地下管線位置不明確，測繪人員需要進行地下鉆孔、挖掘等操作，這些操作無一例外均具有一定的破壞性，可能導致道路、管道等地面設施受損，并造成交通中斷，還可能釀成潛在的安全隱患。二是地下管線管網內容物并不相同，如燃氣、電網可能面臨泄漏、爆炸等安全隱患，一旦在測繪過程中不慎觸碰、損傷到這些管線的外保護層，可能會由此引發嚴重的安全事故。

（三）效率問題

效率問題是困擾地下管線測繪的另一個問題，主要來源于傳統測繪方法執行周期長、工作量大、耗時耗力不足等，這是由于地下管線數量龐大、布局復雜，致使傳統的測繪方法不得不投入大量的人力物力進行現場測量，因而耗時較長且效率低下。由于地下管線本身具有一定的復雜性和隱蔽性，傳統方法往往需要多次測量才能獲取完整的管線信息，在這種情況下，測繪周期長就成為這項工作的特性，而漫長的測繪周期通常難以滿足相關工程在進度上的需求。效率問題嚴重影響了地下管線測繪工作的效率和質量，不僅因為測繪周期長、工作量大導致測繪工作無法及時完成，延誤工程進度，效率低下還會影響測繪結果的準確性，導致測繪結果無法滿足工程設計和施工的需求，增加了工程風險和成本。因為測繪工作需要大量人力物力，效率不足也會導致測繪成本上升，使得測繪工作能夠創造的經濟效益顯著下降。

五、北斗導航系統在地下管線測繪工作中的實施途徑

（一）定位管線走向

北斗導航系統在地下管線測繪工作中的實施需要落實在管線走向的定位上，與北斗導航系統的功能密切相關。通過衛星信號提供全球定位服務，地下測繪工作能夠精準確定地面位置，測繪人員可因此對照地下管線施工管網工圖，準確對標地下管線的位置和走向信息。在具體的實施方式上，一般是通過如下流程實現的。首先，測繪人員借助北斗導航系統的衛星信號進行定位，并從定位結果中獲取高精度的位置信息，通過在地面上使用接收設備，測繪人員以接收衛星信號的方式來確定自己的位置，從而結合專業知識推斷出地下管線的走向。其次，確定具體定位之后，測繪人員會在地面上設置北斗導航系統的參考點或標記點，這一標記點通常被作為測繪的起點或基準點，在后續的實際測量過程中，測繪人員可以參照這些標記點，反復確定管線的走向，以保證測繪的有效性，再通過應用地面探測設備（如地質雷達、地磁儀等），結合北斗導航系統提供的定位信息，以更直接的方式檢測、對照管線的走向和位置，提升測繪的準確性。最后，測繪人員通過從北斗導航系統獲取實時定位數據，并將這些數據與地下管線的設計圖紙進行對比和處理，進一步確認管線的位置和走向，最終完成整個管線走向的定位工作。

（二）監測管線相對位置

某些情況下，地下管線會受到內外動能的影響，例如，給排水管線會產生內部動能，而地震、工程等則會從外部產生動能，導致管線的相對位置出現變化。如果相對位置變化的情況發生在管線關鍵位置，那么造成的后續影響就存在不確定性。因此，地下管線測繪中可能還會面臨監測管線相對位置的需求。可以借助北斗導航系統，通過衛星定位技術實現地下管線位置和移動情況的實時監測，從而幫助測繪人員及時發現并處理可能存在的安全隱患。北斗導航系統在這方面的實施通常需要經歷如下幾個過程：首先是實時定位，測繪人員通過北斗導航系統獲得實時的位置信息，這些信息包括地下管線的位置坐標和移動方向，而測繪人員可以通過監控、對比這些信息，來了解管線的移動情況。在此基礎上，測繪人員結合地下管線的設計參數和實際情況匹配對應的預警系統，建立管線移動的預警系統，在測繪或監測過程中一旦檢測到管線發生移動，系統可以立即發出警報，提醒相關人員及時處理。除此之外，北斗導航系統提供的位置信息，還能夠用于與之前的測量數據進行比對，以確定管線是否發生移動。通常情況下，如果發現管線位置偏差較大，即可判斷管線發生了移動。一旦發現管線相對位置變化，測繪人員就能夠及時聯系管線工程維護人員，采取措施對管線進行固定，避免管線進一步移動引發安全事故。

（三）控制測量誤差

對測量誤差的控制關系到地下管線測繪結果的最終精度，也是影響測繪結果應用的關鍵因素，因此北斗導航系統在地下管線測繪工作中的實施，有一部分需要落實在對管線測量誤差的控制上，借助北斗導航系統的高精度定位減少測量誤差，進而提高地下管線測繪的準確性。對于這方面，在具體的實施方式上依然以高精度定位為前提，必要情況下可結合差分定位技術進一步提高定位精度，主要是通過在測量站點設置一個已知位置的參考站點，用于校正衛星信號傳播過程中的誤差，從而減少定位誤差。在此基礎上還可應用多普勒效應，通過測量信號的多普勒頻移，可以進一步提高定位的精度，并通過獲取北斗導航系統提供的實時定位數據，由測繪人員對這些數據進行處理和分析，進一步減少測量誤差。

（四）提升測繪效率

提升測繪效率并不直接作用于保障地下管線測繪結果的精度和可靠性，但關系到測繪工作整體的效率，以及測繪工作結果能否為相應工程提供參考支持、幫助測繪人員快速準確地完成測繪作業，從而節省時間和人力成本。要通過在地下管線測繪工作中實施北斗導航系統以提升測繪效率，則需要借助該系統，快速準確地定位地下管線的位置和走向，幫助測繪人員快速找到管線的具體位置，節省尋找管線的時間。在此基礎上還可以實時監測管線的移動情況，及時發現并處理可能存在的安全隱患。此外，通過開發北斗導航系統記錄和管理位置信息、測量數據等測繪數據的功能，為后續數據處理和分析創造便利，進一步縮減數據整理的時間，達到提升測繪效率的目的。最后，結合北斗導航系統提供的定位信息，測繪人員可以根據測繪作業需求進行作業規劃，確定最優的測繪路線和作業方案，進而實現測繪作業效率的提升。

六、結語

綜上所述，北斗導航系統在地下管線測繪中具有非比尋常的應用價值，其應用及實施能夠顯著推進我國地下管線測繪工作的發展，并降低地下管線測繪中失誤的發生概率。從長遠來看，北斗導航系統能夠為地下管線安全運行維護提供更全面的數據支持，對于智慧城市建設及社會發展具有非常重要的現實意義。

參考文獻

[1]李華慶.地下管線測繪工作中北斗導航系統的運用[J].住宅與房地產，2021（15）：228-229.

[2]翟奎修.基于位置感知的地下管線監察模式及應用[J].中國測繪，2020（05）：50-52.

[3]陳如銀.北斗衛星導航系統在測繪工程中的實際應用[J]. 中國設備工程，2023（17）：263-265.

[4]王佳佳.北斗衛星導航系統在測繪中的應用探討[J].移動信息，2023，45（07）：25-27.

[5]陶清瑞.北斗衛星導航系統在工程測繪實踐中的應用研究[J].中國高新科技，2023（01）：149-151.

[6]趙天寧.北斗導航系統在測繪工程的運用[J].百科論壇電子雜志，2021（01）：1710-1711.

[7]楊超.測繪技術在城市地下管線測量中的應用[J].湖南造紙，2022（02）：051.

作者單位：重慶市勘測院

責任編輯：張津平