基于三维GIS技术的地下金属管线探测数据参数测试方法

杨建峰，魏春晓，徐 晓

（1.烟台帝峰信息技术有限公司，山东 烟台 264010；2.烟台市地理信息中心，山东 烟台 264010）

目前为减少因施工而导致意外停水停电的情况、降低人员伤亡事故的发生[1]，以此为目的进行地下金属管线探测已经成为施工前必不可少的环节之一，基于三维GIS技术对地下金属管线进行探测，获取数据参数，本文主要对获取的数据参数进行测试。运用三维GIS技术获取金属管线探测数据参数，将数据输入到GPR参数测试模型中，通过模型的测试，对管线定位区域的覆盖面进行扫描处理，得到双曲线图像，根据双曲线图像得出参数测试的结果。本文通过实验论证分析，以传统测试方法进行对比，论证本文设计的方式具有可行性，其测试结果更加准确，耗用时间更短。

1 三维GIS技术概述

三维GIS系统主要应用于探测地理信息，又称为地理信息系统，可以针对地面表层的物质及其分布特征进行分析，收取目标样本进行预存，将所设目标地理区域进行全面系统的分析处理。

三维GIS技术主要需要在计算机的支持下，通过样本采集对其进行分析计算，最终形成一个三维立体的模型，相比于二维GIS技术，三维技术能够更加直观地观察到地表特征与其对应的信息数据，使一个地表的立体三维模型在一个空间中呈现出来，将二维转换成三维，平面转换成立体，可以针对行业外的人员进行更加详细的补充说明，三维GIS技术在提高工作效率的同时，针对计算机等硬件软件的配置的要求也有所提高，需要与CAD制图进行同时连接，形成一个连续性的制图流程，最终在平面上成立一个三维立体图形。三维GIS技术在多种领域中都有相应的实际应用，可以将地理信息由复杂变为简单，由抽象变为写实，将整个模型都以最简约的形态呈现在图层上，其中还包括淹没分析等空间中相对复杂的分析计算，可以包容多种复杂的功能。

因此，在三维GIS技术应用于地下金属管线探测中，可应用其对管线的数据参数进行获取，其获取的数据参数误差值很小。

2 地下管线探测数据参数测试方法设计

2.1 运用三维GIS技术获取数据参数

为获取数据参数，运用三维GIS技术探测地下金属管线的数据参数，在需要进行测量的地域面积范围内进行四周的标记点设置，确定长宽的实际数据以及整体的面积。根据计算出的整体面积，先在计算机上进行预成像设置，创建好形成面板。

形成图像面板后，将三维GIS技术机器置于需要进行探测的地面表层上，保持机器不动，同时将机器与计算机相连，运用CAD制图同步针对所探测到的数据进行绘制图像。在探测过程中，需要探头进入地面表层，根据地下的金属管线的具体分布位置进行探测，从而获得管线的探测数据参数。三维GIS技术可以通过扫描成图，形成三维立体模型，将探测到的数据连同图像一并标注在绘制的图像中，例如管道的直径、厚度以及其组成成分的信息，可以获得管线具体的参数数值，将获取到的参数数值单独形成报表，进行后续的测试工作。

2.2 输入数据至GPR参数测试模型

将通过三维GIS技术获取到的数据参数输入到GPR参数测试模型中，将其进行分析处理，进一步得到相关曲线图[2]。

目前GPR模型主要应用在数据检测、地面雷达探测等领域中，主要以二维为主，其形成的模型可以根据数据的大小进行调整，以地下目标进行二次建模，通过输入的数据进行，反复修改，最终得到通过输入的参数数据而形成的二次建模模型，通过该模型的数据形成双曲线特征图形。根据模型得到的原理公式如下：

其中，σx、σy为模型的电导率，σmx与σmy为容阻率，μ与ε为所测得的参数。当模型中的一侧电导率为0时，公式（1）成立，形成两个比值相等的情况，从而可以根据所测得的参数大小，得到不同的数值，将得到的不同参数反复代入得知多个测试点，根据不同的测试点锁定管线定位区域的覆盖面积，从而利用模型对其整个覆盖面进行扫描，得到双曲线图像，从而对所获取的参数测试得出测试结果。

2.3 利用模型扫描管线定位区域覆盖面

通过上述GPR参数测试模型，确定参数μ与ε的数值，对应其二次建模的模型，利用该模型对管线定位区域的覆盖面进行扫描，形成双曲线图像。

通过模型得出的测试点，将每个测试点以相等距离进行分布，按照顺序进行扫描，将得到管线定位区域内的二维平面剖面图，根据每个测试点的位置不同，将整个定位区域分成面积相等的多个部分，从而形成一个具有整体性的测试网。每个测试网是由多个线路以及测试点所组成，每个测试点之间的距离均相等，可通过测试点分布的密度进行数据测试，工作人员通过每个测试网的面积及数据形成一个以数量为标准的图表，从密度中得出不同测试点的数据，将数据连成两条曲线从而形成双曲线图像。

双曲线图像的形成是根据原有参数数据μ与ε而形成的，可针对其数据参数本身进行测试，从而得出测试结果。

2.4 基于双曲线图像得出测试结果

通过测试网的测试数据，可以对其进行双曲线的绘制，根据参数数值大小的不同与金属管线直径的不同，其双曲线的特征与折点的角度也不同，下图1为本方法设计中的双曲线图像[3]。

图1 双曲线图像

由上图1可以得出，当金属管线数据参数通过GPR测试模型得到两种不同参数的不同曲线，其变化主要与管线的直径与深浅有关。当深浅的参数越大，管线的直径越大，中心点与双曲线之间的距离越远，参数越小，管线的直径越小，中心点与双曲线之间的距离越小。当直径的参数越小，则埋入地下的深度越小，双曲线的尖锐程度越大，夹角越小，反之，当直径的参数越大，埋入地下的深度越大，双曲线的尖锐程度越小，夹角越大。

因此可以得出，通过双曲线的特征，探测出的地下金属线的数据参数测试结果准确。

3 实验论证分析

3.1 实验背景

本文通过对地下金属管线探测数据的参数的测试方法进行了设计，通过GPR模型与双曲线特征对数据进行分析对比，最终对检测出的参数数据得到测试结果，与传统测试方法进行对比论证，探讨本文方法的可行性与准确性，通过对比实验数据进行论证研究。

3.2 实验准备

在实验准备阶段，将本文设计的测试方法设为实验A组，运用传统测试方法的对照组设为实验B组，分成两组，同时进行实验，确保其探测的地下金属管线为同一条线路，地下表层的组成成分均相同，其他外界条件均不变，由此进行实验，实验结果以参数测试的准确率为标准。

3.3 实验结果分析

通过针对参数数据进行测试，运用两种不同测试方法形成实验A组与实验B组，两组测试结果如下表1所示。

表1 实验A、B组参数测试结果对比表

如上表所示，运用不同的参数测试方法，得到的测试结果不同，实验A组参数μ为0.6254、参数ε为1.8956，实验B组参数μ为0.6123，参数ε为1.3658，实验A组两组参数的测试结果准确率分别高达98%与97%，实验B组两组参数的测试结果准确率分别为92%与89%。其中参数μ的测试结果准确率差值为6%，参数ε的测试结果准确率差值为8%。

由此可见，运用本文设计的参数测试方法的测试结果更准确，能够使对应的探测工作效率提高，起到了相辅相成的作用，减少了工作时间，对参数测试的准确率更高。

4 结束语

本文利用三维GIS技术获取地下金属管线探测数据的参数值，对参数结果进行测试，利用测试模型扫描管线定位区域覆盖面，从而得到双曲线图像，利用双曲线图像的原理，计算出测试结果是否有误，在数据参数的测试上起到了有效的作用，本文在测试过程中仍存在不足之处，希望在今后进一步的研究中能够将不足之处完善，为相关领域研究测试方法提供了思路依据。