城市地下管线探测的理论和实践万芳

城市地下管线探测的理论和实践

1 前言 自1861年在上海埋下第一条煤气管道，首开我国的城市地下管线记载后，发展至今，尤其是改革开放以来地下管线种类越来越多，埋于地下的各种管线密如蛛网。由于种种原因，许多城市管线资料不全、不准，许多工程项目在施工过程中损坏地下管线的事故时有发生，造成重大的经济损失和不良的政治影响。因此，开展城市地下管线普查、建档与动态管理具有现实意义和历史意义。我国地下管线探测技术，在20世纪80年代后有了很大发展，先后引进了英国RADIO DETECTION公司的RD-400系列，美国METROTECH公司的810/850地下管线探测仪，美国CHARLES MACHINE公司的Subsite 70/65系列等。与此同时，一些大专院校和科研单位也先后成功地研制了各种类型的管线仪。这些专用仪器的开发研制大大推动了我国地下管线探测技术的发展。1995年，国家建设部正式颁布了《城市地下管线探测技术规范》，作为行业标准，用于指导和规范地下管线探测工作。 地下管线的探测理论问题不算复杂，物理模型主要有两个：偶极子和线电流磁场。更多的是实践方面的问题。城市地下管线的探测"入门容易，深入较难"。需要从事该项工作的人能灵活运用多种专业的综合知识和丰富的实践经验，才能解决地下管线探测的核心问题：定位和定深。2 管线探测工序流程

图1 管线探测工序流程3 电磁法探测地下金属管线的基本原理 电磁法探测地下金属管线，通常使导电性良好的地下管线先带上某种频率的交变电流，然后在地面上用仪器接收观测由该法所产生的交变磁场分布特征，来达到探测地下管线的目的。必须满足： 1、地下管线与周围介质有明显电性差异 2、管线长度远大于管线埋深 现以无限长水平直导线电流磁场为例，来说明该法基本原理。一个电流元空间任意点P产生的磁感应强度为 式中k为比例常数，（ SI制中等于μ/4π）, μ 为介质磁导率，I为电流元的电流强度，dl为电流元长度，θ为电流元方向与自电流元至P点的矢径间的夹角，r为电流元至P点的距离。 对于非磁性介质，μ近似于真空中的μ0， 所以非磁性介质中， 有限长直线电流产生磁场为 ●图形处理：各种比例尺地形图、公开版地图、专题地图的数字化 ●图象处理：各种地图印前的制版、航天航空遥感数据处理、数字影像制作 ●基础地理信息数据库应用：大型地理数据库建库、应用、更新和维护 ●测绘办公自动化：地图图档管理和机关办公自动化 网络系统的建立为数字地形图的调用、归档奠定了软硬件的基础，其基本运作方式简述如图1： 当A1→ - ∞，A2 → + ∞；θ1 → 0，θ2 → π时，无限长直线电流在任意点P产生磁感应强度为 电流在自由空间产生的磁力线，在垂直于导线走向的断面上是一组以导线为圆心的同心圆。此时，在使地下管线带电的情况下，便可根据直线电流磁场空间分布规律，确定地下管线的平面位置及埋深。4 建立电磁场方法 在地下管线探测中，如仅把交变磁场信号正确有效地加到所要探测的管线上去，是很关键的一步，目前常用的有如下方法：1、直接充电法（亦称直接法） 在有管线出露点的情况下，（如消防栓头、检修井、水龙头等），将发射机的一个输出端接在露点上，另一端接在离管线较远的地面上或者管线的另一个出露点上。这样，在被测的管线周围产生交变电磁场，此法就称为直接充电法。 直接充电法能有效克服两条平行管线的相互干扰，对于管线的追踪、定位、定深是一种较好的方法。2、电磁感应法 用磁偶极源在地面上建立一个交变电磁场，地下金属管线在一次磁场的作用下，便会产生感应电流在管线中流动，产生二次磁场，在地面上探测二次电磁异常，便可确定地下管线的空间分布。 在发射线圈产生的交变磁场激发下，管线中产生的感应电流为： 其中C为常数，它与发射线圈本身参数（如大小、形状、线圈匝数、材料等）有关；α为线圈面法线方向和二次场B（p）之间的夹角。 在实际工作中，最常用的方法有两种。 ① 水平发射线圈（垂直磁偶极子）系统； 线圈面平放在地面上，则管线中感应产生的电流I2 。 ② 垂直发射线圈（水平磁偶极子）3 基础地理信息的输出及其产品 多少年来，我院的产品形式以模拟为主，数字化工作开始以来，也为各专业GIS提供了大量的数字化产品（其中包括上海城市建设信息系统的小型、中型试验，市政府综合地理信息系统9202、市公安局110报警系统、市规划管理系统以及电力、邮电、自来水等专业管理系统）。为地理信息产业在上海的起步和发展发挥了重要的作用。 是总体说来，我们的产品形式还比较单一，内容和格式也不能很好满足各方要求，特别是因为我们自身的生产、管理方式还没有进入以数字化为主导的循环状态，无法真正形成基础地理信息的有效发放体系。 实现生产方式从模拟向数字化的转换，建立基础地理数据库，其产品形式就不再单单是它的模拟输出，它优于模拟产品的最大优点就在于这些数字化信息可以再加工，我们可充分利用数据的分层、编码、无缝隙存贮以及地理关系，按用户要求进行提取组合，生成多种多样的数字化产品，使我们的产品形式丰富多彩，满足各行各业的需要。 公开版地图是我院面向社会公众的拳头产品，为了改变多年来以手工作业为主的落后的地图编图手段，二年以前，我们研制了计算机辅助地图编制的制版系统，并首先在新一轮的上海市总体规划的编制出版中发挥作用，取得了良好的经济效益和社会效益，之后，又广泛地应用于各种公开版交通图以及上海市地图集的编制出版上。 在改变传统的地图编绘手段的同时，还应该改变其产品的形式。近一、二年，市场上涌现了大量的以光盘为存贮介质的专题信息，《上海企事业单位大全》、《上海大典》、《上海黄页》等，其中的基础地理信息都是我院提供的，我们要充分利用已经数字化的公开版地理底图和其他基础地理信息，瞄准市场需要，作好基础地理信息的应用开发，在为社会服务的公开版地图上开发出更多的新产品。 信息高速公路的建设为地理信息科学和地理信息产业的发展铺设了一条金光大道，由于地理信息和大量的空间数据都是以文字、数字、图形的影像方式表示的，将它们数字化送入计算机网络，便可方便、快速和及时地将地理信息传送到需要的地方去，以发挥地理信息在国民经济建设、城市发展等各行各业中的应用价值。 鉴于它的基础性和重要性，我们将通过Internet国际互联网向全市、全国甚至全世界提供我们的基础地理信息，我们要尽快建立基础地理信息的发放系统，包括服务方式、网络运行，收费管理、更新手段、运行机制、数据保密与安全、信息发布等等。建立有偿提供基础地理信息服务和数据保密运行与监督机制，以全新的面貌和手段向各行各业提供丰富多彩的基础地理信息。 实现生产体系从模拟向数字化的转换，是一项十分艰巨的系统工程，这里，除了必须要解决的技术难点外，还存在着思想观念、管理体制、工艺流程、人员素质、设备投入等多方面的问题，在市场经济大力发展的今天，还要正确对待科研与生产、短期效益与长远利益的关系，各级领导必须本着可持续发展的眼光，有组织、有步骤落实好转换过程中的各个步骤和环节，唯有这样，我们才能真正担负起地理信息产业的支柱的重任，无愧于信息时代赋予我们的使命。发表于《测绘通报》98年第5期 查阅：已获批28个城市的轨道交通线路规划详解图（更新中）查阅：2012年全国各省市城市轨道交通项目概览（更新中）查阅：城市轨道交通中标企业

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