地下管线三维信息测量技术综述及前景展望

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1、第24卷第2—3期2007年非开挖技术TrenchlessTechnologyV01．24．No．2^oMar．，2007169地下管线三维信息测量技术综述及前景展望王晓航1宋华1李大海2杨智浩2(1．北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京市海淀区学院路37号100083；2．上海非开挖信息工程技术有限公司，上海市大木桥路340弄1号504室201206)摘要：地下管线三维信息测量技术是管线施工和城市地下管网信息普查中必不可少的重要技术。本文对目前该领域的几种常用方法进行了简要介绍，分析了各种方法的适用范围和局限性，并由此对未来的地下管线测量技术的发展趋势作

2、出了分析展望。考虑到惯性技术自主、抗干扰和精度高的独特优势，本文分析了将其应用于地下管线三维信息测量的可行性。关键词：地下管线、测量、三维信息、惯性技术1引言城市地下管线是城市基础设施的重要组成部分，包括给排水、电力、电视、通信、燃气等几大类，承担着信息、生活资源和能量输送的重要职能，是城市各项功能正常运行的基本保障，常被比作城市的”血管”。近年来我国城市基础设施不断完善，并且各种电力、通讯电缆架设由地上转入地下，使得地下管线的规模日益扩大。对已有和即将竣工的地下管线进行精确定位测量，成为业界当前关注和研究的热点。详细准确的地下管线资料是城市建设必备的重要资料。如果

3、缺少这方面的信息，在城建规划、设计、施工及管理工作中会出现诸多不便，甚至发生重大事故和损失。然而，目前我国大部分城市地下管线测量和数据信息管理滞后予城市的发展。由于探测手段限制和管理上存在漏洞，早期建设的地下管线普遍缺少详细技术资料，新铺设的管线也存在精确度不高、信息不全等问题，导致地下管网分布不清，档案资料管理不够规范。上述这些都给市政和工矿企业的建设与改造以及管线的日常使用与维护带来很多的困难，由此造成的施工导致损坏管线甚至引起人员伤亡或者水、电、通信中断等重大事故时有发生，对城市的可持续发展形成制约。所以，对新老地下管线进行精确测量，建立城市地下管网详细的技术

4、资料信息库成为城市发展的当务之急。可喜的是很多城市都已经着手这方面的工作，相继出台一系列的规定，并开始进行地下管网信息普查，取得了丰硕成果。p随着非开挖技术在地下管线铺设、更换施工领域的迅速崛起，地下管线精确测量也成为工程技术上的具体需求，其目的是为了保护已有的地下管线，防止施工时造成对地下管线的破坏。测量的方面主要包括：施工场地有无已铺设的各种地下管线，各地下管线的平面位置、埋深、规格、材质、性质等，绘制详细的地下管线图，以此制定施工的具体方案。在以上列举的各测量方面中，对管道三维信息(平面位置、埋深)的测量成为关键点，也是最难以解决的问题。国外非开挖技术协会的调

5、查表明，管线施工方最关注的问题是对地下已有管线的精确定位。他们大多数人认为，水平定向钻进工程的大部分工作量是在第一根钻杆下入地层之前完成的{1】。大量的现场探察工作必须查明施工场地及附近已有地下管线精确的三维信息，以便合理设计钻进路线。遗憾的是由于探测能力的限制，很多情况下施工方无法得到准确的管线数据，只能尽量加大钻掘深度，从而造成地下空间的浪费。作者简介：王晓航：1983年生，硕士研究生，就读于北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院。宋华：1968年生，副教授，北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院。研究领域包括故障诊断与容错控制、数字图像处理、惯性测量技术等

6、。170非开挖技术TrenchlessTechnology2007年另外，施工方对于新铺设的管线应该向有关部门提交详细的竣工资料，其中管线的三维位置信息是重要方面之一，这也对地下管线测量提出了迫切要求。2常用的地下管线测量方法地下管线按其材质可大致分为两大类：一、铸铁管、钢管等金属管线；二、水泥管、陶瓷管和工程塑料构成的非金属管道。目前常用的地下管线探测方法大都是利用上述管线与周围介质的物理特性(导电性、导磁性、密度、波阻抗和导热性等)差异进行探测，不同的参测方法适用于不同材质的管道和不同的地质条件。较有代表性的方法主要有利用电磁定位仪EML(Electromagn

7、etLocator)的电磁探测法、利用探地雷达GPK(GroundProbing／PenetratingRadar)的方法和磁探测法等。2．1电磁探测法电磁探测法利用探测目标(管线)与周围介质的导电性、导磁性和介电性的差异，根据电磁学的原理，观测和研究人工或天然形成的电磁场的分布规律(频率特性和时间特性)，进而推断地下管线的位置状态[21。应用电磁法探测地下金属管线时，需要假设管线长度远大于管线埋深，可近似认为无限长[31。对于无限长直导线在空间产生磁场可描述为：B=业2"rrr0=KIr0(nT)式中：为介质的磁导率；为电流强度；为空间某点至导线的垂直距离。由