地下金属管线综合测量与安全评估方法研究

白义培

（经通空间技术（河源）有限公司，广东 河源 517000）

地下及金属管线的铺设关系到交通运输、发电输电等日常生活必需的领域能否维持，是建设和经济发展的物质基础。我们关于金属管线的测量和定位技术研究一直都没有停下脚步，信息时代的到来更是将管线的测量与计算机结合起来。而涉及到管线测量这种需要专业技术人员工程，测量方式是否安全可靠也是我们所必需关注的，如何设计出高效的地下金属管线的测量定位方法和对该方法如何进行安全性评估是本文探究的重点。

1 地下金属管线综合测量和评估方法

1.1 管线种类

如表1所示，每种地下金属管线因为用途不同所用的金属材料也不同。土质、地下水循环等地下环境的变化，有限的地下空间资源和无限的地下空间需求的矛盾都体现了金属管线的复杂性，金属管线的复杂性意味着随着新种类的增多，测量方式也必需实时更新。

表1 金属管线种类

1.2 地下金属管线综合测量

RTK地下定位系统是一种结合了地下 GPS和地下的特点而设计的地下实时定位系统。在金属地下管线中，天然气管道和供暖管道等属于明显管线，借助专业仪器可以直接读取数据。而隐藏管线测量难度较大，同一土层平面可以等效中心修正定位，RTK测算实时位置，等比值法确定深度。测算实时距离的时候可以使用辅助测量仪。

在测量管道之前首先要给管道提供测量条件，RTK定位测绘在测量时周围磁场信号会十分紊乱[1]，在测量之前要用屏蔽器排除其他磁场信号的干扰，提升RTK接收地下传送信号的质量确保测量精度。为了校验地下金属管线的走向，要调试好测量电流。在制定测量规划时要将安全性也考虑进来，保证重点环节相应的监测质量，减少质量不达标而不得不返工的情况发生。

管线定位采取二维定位模式，三维定位模式依托的是定位系统全球覆盖性强，只能被动定位。二维定位模式可以缩小定位范围进行主动定位，实现动态实时定位。RTK定位测绘首先要建立客户端，客户端既能接收卫星信号又能记录该信号留下的信息。信息记录完整后开始布置管线的排布。RTK定位和GPS不同的地方在于它结合了通讯、无线电波和动态监测。这些优势都能给予测量质量一定的保证。进行精准测量之后使用电子测绘技术对地质和环境进行数据微处理，处理流程如下图。

RTK定位信号将测绘数据传输后，将对应的点在地面上做标记，标记出的点连接成线。经过测绘仪的计算处理就整理出地下金属管线图纸。

地下金属管线测量精度如果不够，存在较大误差，那么资料记录就是错误的，城市建设飞速发展，等地下金属管线刚铺设完毕，新的建设计划又要开始实施了。金属管线测量的任务应接不暇，一旦不及时就会影响城市建设的进度，如果能够研究降低误差值的测量方法势必节省了很多返工时间。

图1 RTK定位测量法步骤

1.3 地下金属管线综合安全评估

地下金属管线综合测量的目的是保证基础设施的安全，对其进行安全评估具体步骤如下：首先将综合测量的环境因素、经济因素执行为一级指标。然后管线测量可以进行初步的安全评估。无论是天然气管道还是工业管道。里面的有害气体都是在管线铺设时最需要注意的危险源头[2]，除了二氧化碳和甲醛这些常见的有害气体，还有可燃气体一旦遇到高温就会引起爆炸。人工测量会有吸入有毒气体的危险，供暖管道和发电输电的电缆会造成高温烫伤和触电风险。模糊综合评估法兼顾管线本身和周遭环境的状况，对有害气体进行探测，对当下测量环境进行监测。如果发现危险就可以采取稀释有害气体、准备呼吸面罩等有效措施进行防范。管线测量的快速安全评估可参照模糊综合评价法。

第二步通过层次分析依据地体部分设定好的指标量化，小范围进行选定部分地下金属管线，从测量工人、周遭环境、有害气体、电缆电线四方面入手进行针对性评价[3]。测量工人首先要具备一定的使用测量设备的能力，错误操作是危险源之一，周遭环境的变化对地下金属管线的测量有物理方面的影响，高大的建筑物会阻碍信号的收发，导致测量结果有不准确。层次分析法可以准确的对风险源进行计算，安全评估公式如下：

其中A是安全评估中的等级数，V是测量评估中的安全因素，R是测量评估中的风险因素。而公式中V和R都是百分数形式体现，V是由于RTK定位测量法的安全得分与正常安全系数的比。风险则是RTK定位测量法的危险源评估得分与正常风险系数的比值。通过公式计算，经与地下金属管道安全等级表数值比较，得出了较高的安全等级结论。

2 测量误差测试

提出对比实验，对比直接感应法和信号夹钳法两种传统测量方案与本文提出的RTK定位测量法测量同一段地下金属管线，对所得出的平面最大误差、管线深度误差、实际深度误差的数值，选出最优方案。

2.1 测试流程

地下金属管道测量一般采用直接感应法，使用测量设备直接测量，测量原理是利用电磁场感应经发射信号定位到管线的金属层，利用金属对电磁的反应进项信号接收。测量后需要立即断开电磁磁铁两级，完成测量。但是目前可利用的地下空间有限，很多管线交叉重叠，直接感应测量方法对于交叉的部分会有遗漏。

另一种常用的测量方法叫信号夹钳法，直接将电磁铁套在金属管线上，观察电流信号的强弱，以此来测量地下金属管线。因为信号夹钳法直接接触管线，探测精准度很高，所以也是使用频率较高的方法。但是由于现在很多地下金属管线工程结束后进行二次测量不能挖开测量所以使用场合受限。

以上两种传统方法都是最常用的测量地下金属管线的方式。先选取一段经过开挖验证已有精确数据的地下管线。将三种方式测试结果进行对比，按照地下管线测量精度标准为：管线实际平面误差不超过0.5+0.05厘米，管线深度误差不能查过5+0.5厘米，实际深度误差不能超过5+0.5厘米。管线测试结果绘制成图纸之后，图上误差不能大于0.05毫米。直接感应法只利用电磁磁场对电流的感应进行测量，信号夹钳法只利用直接套在管线上进行测量，一旦电磁信号遭到干扰或者无法直接接触到管线，最终的测量结果都会产生较大误差。

2.2 实验结果

现在我们以某地下金属管线使用三种方法进行测量，对于测量数据与实际数据的误差值，数据如下表：

表2 误差值对比

将测量结果进行验证，运用以上三种测量方式的测量误差均在标准误差范围内，直接感应法和信号夹钳法是传统测量方法中误差值比较小的两种方法。信号夹钳法和RTK定位测量法误差值接近，在不直接接触管线的情况下也能保证较低的误差值。弥补了传统方法的缺陷和问题，在地下金属管线测量的技术上又向前迈出了一步。

3 结语

本文提出RTK定位测量法这一地下金属管线测量方法和模糊综合评估法对RTK定位测量法进行安全评估，与传统的直接感应法和信号夹钳法相比，RTK定位测量法的测量误差数值更小。但此方案存在一定的不足之处，操作繁琐、使用测量仪器较多。在日后的管线测量中希望可以研究出更简便的测量方法。