滕松,王祥,李浩,耿胜辉(武汉市测绘研究院,湖北武汉 430022)

论仪器一致性检验在管线探测方法选取中的应用

滕松∗,王祥,李浩,耿胜辉
(武汉市测绘研究院,湖北武汉 430022)

摘 要:利用管线探测仪进行管线探测时,常常需要根据管线的地球物理特性选择合适的探测方法。不合适的探测方法,不仅直接影响探测精度,甚至会造成错探、漏探的严重后果。科学评估各类因素对探测精度的影响,并采取最佳探测方法是保障管线成果安全可靠的重要手段。本文首先对管线探测仪进行了一致性检验,在此基础上从仪器频率、激发方式、管线类别三个方面分别对探测精度进行比对分析,总结了在不同环境下选择最佳探测方法的一般规律。最后结合管线探测实际案例检验了该规律的适用性及正确性。

关键词:地下管线;仪器一致性检验;探测方法;地球物理特征

1 引 言

随着城市规模的不断扩大,地下管线敷设日益增多,管线密度逐渐递增。在地下管线“密”、“杂”、“乱”现象日趋严重的局面下[1],管线普查这项基础工作的重要性变得愈加突出。特别是在2014年6月国务院办公厅下发了《关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》后,管线普查的浪潮席卷全国,多数中等及小型城市也纷纷开始管线普查的前期走访、调研,积极投入到这项工作当中。随着管线普查工作在全国大规模的开展,每个城市都投入了大量的金属管道探测仪。众所周知,管线探测仪若不经过仪器一致性检验,将无法准确获知仪器与测区地球物理要素之间的耦合程度,探测得到的管线平面位置和埋设深度会与实际位置存在偏差,直接影响管线普查工程的成果质量。本文阐述了仪器一致性检验方法及评定方式,并利用管线普查仪器一致性检验成果,对数据进行了系统比对和分析,总结了在不同地球物理条件和不同管类下,管线探测的一般规律。

2 仪器一致性检验方法及成果评定

2．1仪器一致性检验方法

2．1．1 校验点的选取

开展仪器一致性检验之前,需要在普查范围内选取一批已知的管线点作为检核的依据,这些点称为校验点。对于一般管线普查工程而言,无论测区范围大小,校验点个数应大于15个,且在测区内呈均匀分布。除此之外,校验点的选取还应符合以下要求:

(1)校验点应选在管线较为单一区域,防止其他管线电磁干扰;

(2)给水、燃气、通信、电力、热力类管线应分别选取不少于3个点进行校验,管径及断面尺寸不宜过小;

(3)校验点应具有准确可靠的平面及深度成果资料,以便与检验数据进行比对;

(4)选取的校验点应相对稳定牢固、不易损毁,以便在普查期间能进行复查。

选好校验点后应在实地做好标记,记录各点的附属信息,包括管线类别、材质、管径、平面坐标、真实埋深等,并绘制点之记。

2．1．2 一致性的测定方法

将拟投入使用的一批管线探测仪在相同激发方式和频率下对校验点进行检验的过程,称为仪器的一致性测定。将探测结果与校验点的实际平面位置及埋深数据进行数学统计,即可求出该批仪器的观测精度[2]。

观测精度又称为仪器一致性检验均方差,包括平面均方差和深度均方差2个指标。它们的计算公式分别为:

式中:M均s——平面均方差;

M均h——深度均方差;

△si——某次检验探测的平面位置值与该点实际位置之差;

△hi——某次检验探测的深度值与该点实际埋深之差;

m——总观测次数,即参加校验的所有点全部观测次数之和;

n——参与校验的点数。

平面均方差和深度均方差分别有其对应的平面限差和深度限差,它们的计算公式分别为:

式中:δts——平面限差;

δth——深度限差;

hi——某次检验探测的深度值;

m——总观测次数。

对于一般普查工程,当均方差小于限差的1/2时,可认为仪器一致性良好[3]。对于探测精度要求较高的工程,均方差应小于限差的1/3。

2．2一致性评定

利用上述计算公式,即可对拟投入使用的探测仪进行一致性评定。若仪器均方差超过规定限差,应剔除定位或定深误差最大的探测仪数据,重新计算均方差,直至仪器一致性满足要求。不满足精度要求的探测仪,严禁投入生产使用。

一是抓牢组建工作，夯实党组织基础。组建党的组织是搞好非公有制经济组织党建工作的基础，发展党员工作又是组建党的组织的关键点和基础。首先，要始终抓住发展党员工作不动摇，把一线生产能手培养成中层骨干，把中层骨干培养成入党积极分子，把入党积极分子培养成合格党员。要健全党员能进能出机制，优化党员队伍结构，重视从青年工人、农民工和知识分子中发展党员。要创新党组织设置模式，全面推进非公经济组织党组织建设的“全覆盖”。积极落实十八大报告精神，以服务群众、做群众工作为主要任务，加强基层服务型党组织建设，以党的基层组织建设带动其他各类基层组织建设。

本文根据武汉市管线普查与更新工程中,河北九华公司4台金属管线探测仪(3台RD8000,1台G2)的仪器一致性检验数据为依据,对整批仪器进行精度评定。本次共选取20个校验点,其中给水点6个、燃气点3个、通信点5个,电力点2个,路灯点2个、热力点2个。激发方式涵盖感应法、直连法、夹钳法3种。RD8000工作频率包括33 KHz和65 KHz两种,G2仪器的工作频率为38 KHz和80 KHz两种。表1为仪器一致性对比检验记录表(部分)。

管线探测仪一致性对比检验记录表 表1

经计算,4台探测仪的深度均方差为4．32 cm,平面均方差为3．41 cm,深度限差为19．68 cm,平面限差为13．12 cm。均方差均小于仪器对应限差的1/3,表明该批次探测仪一致性良好。

在仪器一致性良好的基础上,还应进一步对单台仪器的一致性试验曲线进行比较,若发现某台仪器的曲线形态与其他仪器不一致,或出现常数差[2],则该台仪器应禁止投入使用。

图1为上述4台探测仪的深度一致性曲线,从图中可以看出仪器A与其他3台仪器相比,在曲线形态、深度变化范围上呈现出较大的波动,说明其一致性较差,在管线普查工程中应禁止使用。

图1　探测仪深度一致性试验曲线

3 仪器一致性数据深度剖析

3．1探测数据扩展

管线普查时,根据管线类别选择合适的激发方式和频率,往往能达到事半功倍的效果。因此,为了寻找不同管线的最佳频率和最佳激发方式,我们对仪器一致性检验数据进行了扩展。具体来讲,即增加了不同频率和不同激发方式下校验点的检测,以达到方法试验的目的。扩展后的仪器一致性检验数据如表2所示。

管线探测仪一致性对比检验记录表 表2

3．2数据分析

考虑到样本数量较少可能会由于粗差对结果产生影响,此次选定了5台探测仪对15个校验点进行了共计300次的检测,即每台仪器对每个校验点均进行了不同频率和不同激发方式下的4次检验。15个校验点中给水点5个、燃气点3个、通信点5个,电力点2个。经过仪器一致性检验,整批仪器一致性满足要求。在此基础上,分别依据工作频率、激发方式对不同管线精度进行了统计,并对管线类别本身对探测精度影响进行了研究,以寻找最合适的探测方法及管线探测的规律。

3．2．1 频率分析

本次试验共选择了27 KHz、33 KHz、65 KHz、 83 KHz四种不同工作频率。经过严格的计算,分别得到了不同管类在这四种不同频率下的平面误差和深度误差。平面和深度精度统计结果如图2和图3所示。

图2　各管类不同频率探测平面误差分布图

图3　各管类不同频率探测深度误差分布图

从图2可以发现这四种频率对于各类管线平面位置影响均处于一个误差较小且变化均衡的范围内,高频(65 KHz、83 KHz)探测精度稍高于低频(27 KHz、 33 KHz)精度。其中,利用高频探测电力管线时,平面探测精度可以达到2．92 cm,高于其他三类管线精度。

从图3可以发现给水、燃气这两类管线利用低频( 27 KHz)探测深度误差较大,采用33 KHz和65 KHz探测效果较好。四类管线里,电力、通讯探测深度受频率影响较小,而给水、燃气探测深度受频率影响较大。3．2．2 激发方式分析

本次试验选用了感应法、直接法和夹钳法三种常用的激发方式。其中给水、燃气类选用的是感应法和直接法,电力和通讯类选用的是感应法和夹钳法。经过计算,分析得到不同管类在不同激发方式下的平面和深度探测精度,结果如图4和图5所示。

从图4可以发现,四类管线无论选用何种激发方式,平面精度变化不大,且均在一个精度较高的误差范围内。根据试验结果,感应法比直接法和夹钳法平面定位精度更高。这与我们管线探测作业中所认为的直接法和夹钳法精度一般高于感应法的认知稍有偏差,出现这种现象的原因可能由于试验点周围无近距离平行管线干扰,探测环境较好所致。

从图5可以发现,四类管线中给水、电力深度精度变化受激发方式影响较为明显。给水、电力类管线分别更适用于直接法和夹钳法进行探测,而燃气、通讯类管线在选用不同激发方式时对深度无太大影响。因此,对于给水、电力类管线在条件允许时应尽量使用直接法和夹钳法进行探测,以保证探测精度符合要求。3．2．3 管类分析

图4　各管类不同激发方式探测平面误差分布图

图5　各管类不同激发方式探测深度误差分布图

根据本次试验数据,对管线本身对探测精度的影响也进行了统计分析,其中给水、燃气、电力、通讯试验点数分别为100个、60个、40个、100个。统计了这四类管线的平面最大值、深度最大值、平面误差和深度误差,分析结果如图6所示。

图6　不同管类探测精度统计图

从图6统计结果可以看出,利用管线探测仪对各种管线进行探测时,平面精度基本上都能够得以保证,然而在深度的保证上,给水、燃气、电信类管线,探测值与真实值还有较大的差值,这与管线材质有一定的关系。因此对于这三类管线,在实际探测前,应根据管线材质做深度检验分析,寻找最为契合的深度改正公式[4]。

3．3规律总结

上述的三种统计试验,分别探究了工作频率、激发方式以及管线本身对平面精度和深度精度的影响。从试验结果中,观察到不同探测方法和不同管类下探测精度存在差异。基于试验结果,总结出如下几条规律:

(1)给水、燃气、电力、通讯四类管线探测时,应尽可能选用33 KHz和65 KHz的工作频率。

(2)给水管类探测时,直接法探测精度高于感应法;电力管类探测时,夹钳法探测精度高于感应法。

(3)电力管线探测精度明显高于给水、燃气、通讯三类管线,后三类管线探测时,要做好深度校验。

4 实际案例检验

良好的探测方法及适用规律,须经过大量工程验证后才能放心使用。下面结合电力竣工工程,探讨夹钳法和感应法下探测电力管线的深度值与真实值之间的差异状况。

工程地点位于武汉市汉阳区滨江大道,电力管线长约1．6 km,其中有5段为顶管施工,顶管长度接近500 m。其中不但要穿过给水、燃气、排水等众多市政管道,而且还要穿越汉阳古城墙,施工难度可谓相当大,管线最深处接近15 m,这给管线探测带来了巨大困难。

本次试验中,选取了其中一段长约63 m的顶管作为研究对象,以顶管施工中记录下的导向仪顶进深度作为原始参考数据,分别利用夹钳法和感应法对该段管线每隔3 m进行高密度定点,得到了两种不同激发模式下的探测深度。通过与原始数据比较,得到了如图7所示的深度剖面图。

图7　电力管线深度剖面图

通过深度剖面图,可以直观的发现夹钳法探测深度与原始数据更为接近,感应法探测深度与原始数据差异较大,这与本文3．3节总结的第二条规律相吻合,证明了规律的正确性。

5 结论与建议

5．1结论

通过对上述的试验结果进行分析,可以得出如下结论:

(1)在管线普查和探测前,探测人员应对探测仪进行充分的一致性校验。在满足精度要求的前提下,根据管线的性质,选取最为合理的探测方式;

(2)管线探测仪的工作频率应选择中等频率,激发方式尽可能以直接法和夹钳法为主;

(3)不同管类被电磁波激发所产生的地球物理特性不同,对深度的影响也不均匀,因此需要进行深度改正。

5．2建议

随着城市的不断发展,近间距平行管线、非金属管线、球墨铸铁管线以及深埋管线已成为当前管线普查中的难点问题[1]。要解决此类问题,除了要有可靠的理论研究和先进的仪器设备作为保障外[1],还应该加强对仪器本身的性能研究,在工程中多分析、多试验,不断思考并总结经验。

总之,管线探测技术的深度研究是非常有必要的。尽管目前还有很多因素影响仪器的探测精度,但只要我们共同努力,定能不断改进探测方法,进而提高探测精度。

参考文献

[1] 王勇．城市地下管线探测技术方法研究与应用[D]．吉林:吉林大学地球探测科学与技术学院,2012．

[2] 杜良法,王少兵．城市地下管线普查中金属管线探测仪一致性校验问题探讨[J]．华北科技学院学报,2008,5 (2):44～47．

[3] 杜良法．地下管线探测中的物探方法试验和探测仪器一致性校验[J]．城市勘测,2012(1):146～148．

[4] 杨志军．地下管线电磁探测方法及误差分析研究[D]．上海:上海交通大学电子信息与电气工程学院,2009．

Discussion on Coherence Checks of Apparatuses in Choosing Underground Pipeline Detecting Methods

Teng Song,Wang Xiang,Li Hao,Geng Shenghui
(Wuhan Geomatic Institute,Wuhan 430022,China)

Abstract:When we use pipeline instruments detecting pipelines,it is often required to choose the appropriate detecting methods according to geophysical characteristics．Inappropriate detecting methods,not only affect the accuracy of detection,even would cause the wrong probe or missing probe．Scientific assessment of the impact of various types of factors on the detection accuracy and take the best detection methods is an important means to ensure pipeline outcomes safe and reliable．Firstly,testing the consistency of pipeline instruments,then analyzing detection accuracy from instrument frequency,excitation mode and pipeline categories．Summarized general rules to select the best detecting methods in different environments．Finally,examining the applicability and correctness of rules by an actual pipeline case．

Key words:underground pipeline;coherence check;detect method;geophysics characteristic

文章编号:1672-8262(2015)06-127-06中图分类号:P631．3+3

文献标识码:B

收稿日期:∗2015—09—01

作者简介:滕松(1988—),男,工程师,主要从事地下工程测量工作。