地下管线探测技术研究

黄菡萏

（上海锐特测绘有限公司，上海 200060）

地下管线探测技术研究

Underground pipeline detection technology

黄菡萏

（上海锐特测绘有限公司，上海 200060）

随着城市的迅速发展，地下管线的重要性越来越突出。无论是新埋设，加排或是对既有管线的维护，亦或是在毗邻既有管线处施工，地下管线探测是极其重要的一环。本文根据作者多年的实地探测作业和学习，对地下管线探测的各种方法及其数据处理进行研究和介绍。

地下管线探测；数据处理

近年来，越来越多的管线从架空走向了地下。伴随着地上空间的释放，随之而来的则是此类技术的一大弊端，那就是由于深埋地下，因而无法直接看见其情状。而这一问题，对该管道附近的各类施工都有着极大困扰。

在各方学者的努力下，地下管线检测技术已有了长足进步，核心技术逐渐发展完善，而围绕着核心技术所衍生出的各类探测技术也较为成熟。他们在各自的优势范围内都起到了很大的作用。但是由于地下管线情况较为复杂，操作条件也各不相同，目前还没有一种技术，能通用于各种管线。本文将以介绍几种常用的管线探测仪器为线索，对现今的地下管线探测技术进行分析和汇总。

1 导向仪

导向仪是当今成熟的管线探测设备中应用较为广泛的一种。其对管道适应性较强，操作简便，工作效率很高。因此被广泛应用于各类非金属管道的验收、普查，施工前的交底等各种用途。

导向仪的工作原理是：将一根探棒送入管道内部，该探棒能够发射电磁信号。一人手持导向仪接收和寻找探棒发出的电磁信号，并根据信号的强弱对埋深自动给出数值。而平面位置则位于电磁信号波与地面相切的两处切点的连线中心处。但也因管线倾斜方向而前后稍有不同。当管线一处的埋深和平面位置都探测完成，则再将探棒移至合适的位置，探测下一点。如此循环，直至将整条管线都探毕。最后，在控制测量中把探测所得的所有点位都测量出来。将之展开后便可以直观的了解该段管道。导向仪虽然应用广泛，但是其局限也较多。一是管道材质，因金属管道会屏蔽电磁波，所以导向仪只能用于非金属管：二是对某些穿越河流、铁路、公路或是跨越城市中车流量较大的道路等操作员无法到达或者对操作员的人身安全造成极大威胁的管道则难以探测：三是对周围环境要求较高。若周围有较强的电磁场干扰，则会大大影响探测精度。

2 探地雷达

探地雷达是一种非破坏性的探测技术，具有较高的探测精度。对SI，PE等材质的管道采用探地雷达进行探测，能够比较准确地确定其平面位置和深度。探地雷达的工作原理和军事中常用的雷达类似。是通过特定的仪器主动的向地下发射一定频率的电磁波。电磁波穿透土、水、石或者水泥等介质之后接触到地下管道后，就会发生反射，反射波返回地上后被接收端接收。在对所接收到的雷达波进行处理、分析和判读之后，结合反射波的波形、强度、从发射到接收所耗费的时间等参数进行综合判断，从而推断管道的空间位置、深度、结构和几何形态等情况。探地雷达不仅可以探测单束的管道，也适用于管束较多时等复杂环境下的探测和排摸。因为它可以大范围的扫过地面，并可以一次性的对该地面下所有的管道都进行探测。这种探测方式是别的仪器所不具有的。而探地雷达也有其缺点，主要是对反射波谱的分析和判读需要有丰富经验的人员来进行，才能较准确的推断出地下管线的情况。

3 迷你管线探测仪（MPT）

与以上两种管线探测仪不同，MPT不依赖发射和接收电磁波，而是依靠记录某一时间点，该仪器的位置信息来达到探测这段管道的目的。在方法上与导向仪有些相似，都是类似于数学上的微分法。MPT在开始工作前，可以设置一个时间。其作用是每隔这一设定好的时间，仪器便会自动记录该时刻仪器的位置信息。包括仪器的俯仰角，偏航角和滚转角等。在操作时，则需要在这一段时间内将仪器往前移动一定距离，并且整段管道的探测过程中这个距离是不变的，也就是说MPT在这段管道中所记录的点位，都是均匀的。最后再测量出管道的两处管口坐标，在数据处理时将之输入软件，这样就可以解算出每一个记录点的坐标和高程。 该仪器的优点是显而易见的，不依赖电磁波的一大优势就是不受外界环境的干扰精度较高，同时也对管道的材质没有要求。第三是控制测量的工作量大大减少，只需要测出管道出口和入口的坐标，其余点的坐标由后处理软件自动计算得出。但是，MPT的不足也较为严重。最大的问题是操作复杂、效率较低。所以这也决定了MPT不适用于普查或者验收这类工作量较大的场合，而在某段指定管道的精细测量中使用相对较多。其次，在实际使用过程中，参与人员多，体力消耗大，完成一个测回之后，往往感到十分疲劳。这些缺点制约了MPT的广泛使用，它常常被当作一种备用手段。

4 RD8000

电RD8000是一种集多用途于一身的管线探测仪。它既可以用来探测各类金属或非金属管线，也可以根据现场的不同情况（例如：管道是否有露出，是否有空管道等）来选择不同的方法进行探测。

（1）无源扫描模式。某些地下管道含有一些特殊管线因而会发出特殊的信号，无源扫描模式即是通过扫描并接收这些信号来探测管线。RD8000支持四种被动频率：电力、无线电、阴极保护、和有线电视信号。探测这些频率，不需要发射机。使用时，将仪器调至该模式，选择与将要探测管线一致的频率。扫描时沿网格状的路线走动，走动时应保持平稳，接收机的天线的方向保持与走动的方向一致，并且与可能被横过的管线成直角。当接收机的响应增大指示有管线存在时马上停下来，开始在此处对管线进行精确定位，并标志管线的位置。追踪该管线直到离开要搜索的区域。然后继续在区域内进行网格式的搜索。

（2）感应模式。感应法的原理是将发射机放置在要进行探测的区域的地面上。选择适当的频率，发射机将信号感应到附近的（任何）金属导体上。接收机则通过接收反射信号来确定管线位置和深度。这一方法和导向仪的原理较为相似采用感应法时，建议使用高频，因为高频容易感应到导体上。

（3）直连法。直连法是将发射机直接连接到要探测的管线上。发射机将在管线上施加信号，此信号用接收机便可探测到。此方法施加的信号最好，应该尽量使用低频，因为低频信号可传输很长距离。将发射机夹钳套在管道或电缆上，就可以安全地给电缆施加信号而不需要中断供电。夹钳给目标管线施加一个易于识别的信号，而且不会感应到其它管线上。夹钳法有时是比直接连接法更加有效的方法。目标管线的信号最强，其他管线上的信号比较弱。如果管道系统只有两个导体，那么，它们将承载大小相等的信号。

（4）其他模式。RD8000还集成了一些其他的管线探测方法。例如，与导向仪较为相似的发射探头；用于探测大口径水管和燃气配送管道的双端连接法；由于电缆太密集或者无法接近，不能把夹钳套在电缆上。用来代替夹钳法的听诊器等等。RD8000应用范围广，能适应各种复杂环境。但是缺点也较为突出，就是深度测量局限较大。一是在6 m以内的管线深度探测较为准确，二是不能在管线的弯头或三通附近进行深度测量，至少离开弯头5 m进行深度测量。

5 惯性陀螺仪（OMU）

惯性陀螺仪是一种较为先进的地下管线探测仪器，它既不依靠电磁波，也不利用管道自身的信号。它将广泛应用于车载的惯性定位定向技术应用到了管线探测上。将惯性陀螺仪在管道内拖行一遍，仪器自动记录运动轨迹并可计算三维坐标。惯性陀螺仪的工作原理是将陀螺仪和惯性定位技术的结合使用。其中陀螺仪确定系统方向，而惯性定位系统则确定其加速度值。然后将其分解为X、Y、Z上的加速度分量，各自积分后与三方向的原始速度相加得到系统当前的三个速度分量，积分后再与各自分量的原始数值相加，即得到该时刻系统所处位置。系统不断记录运动轨迹数据，最后根据起讫点坐标解算每一时刻的三维坐标。惯性陀螺仪精度极高，受管道材质、外部环境和埋深等影响因素较小，只要仪器能在管道中穿越，即可精确测定。但该仪器必须能在管道内穿行，且对管道内部环境要求较高。因此较适用于新建管道，一些有管道如果没有预留空管则无法测量，或者管道内部有杂物而影响仪器行走的流畅性，就会降低测量精度。

6 结语

根据多年管线探测的实践经验，对较为成熟且应用较多的几种仪器的应用、工作原理和优缺点进行了简单的介绍。同时也是对地下管线探测现状的一次梳理。每一种管线探测仪都在各自的优势领域内发挥重要的作用，而仪器的多样性又很好的对对方的弱点加以补强，从而丰富了管道探测的手段。而操作员应根据现场不同的情况，选择最合适的探测方法。

[1] 魏学超. 地下管线探测应用技术浅析.

[2] 任广振，罗进圣，胡伟. 惯性陀螺仪定位三维测量技术在非开挖电力管线探测中的应用 .

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TU990.3

1009-797X (2015) 24-0024-03

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10.13520/j.cnki.rpte.2015.24.008

黄菡萏（1988-），男，工学士，毕业于武汉大学遥感信息工程学院，项目主管，研究方向为地下管线探测。

2015-11-11