1、<p><b>　　龍巖學院</b></p><p><b>　　畢業(yè)論文（設計）</b></p><p>　　題 目：淺談城市地下管線勘測方法</p><p>　　二0一六年四月十五日</p><p>　　淺談城市地下管線勘測方法</p><p>　　【摘要】

2、隨著我國城市化的迅速發(fā)展，城市的地下管線建設成為不可缺少的一環(huán)，并且管線勘測技術的要求也變得嚴格。根據周圍不同的環(huán)境、不同的地形狀況以及不同的設計要求，該如何選用不同的勘測方法來迅速、便捷地取得城市地下管線位置分布的測繪成果是非常有意義的。本文結合工程實例，介紹了幾種地下管線的勘測方法，全站儀、GPS-RTK對地下管線的縱、橫斷面測量與常規(guī)測量方法進行對比，得到可以適合大部分城市環(huán)境及設計要求的勘測方法。 </p><

3、;p>　　【關鍵詞】城市管線勘測方法；全站儀；GPS-RTK</p><p><b>　　1　引言3</b></p><p><b>　　1.1研究背景3</b></p><p>　　1.2 研究的意義4</p><p><b>　　1.3研究內容4</b><

4、;/p><p>　　2　地下管線勘測技術要及儀器介紹4</p><p>　　2.1 地下管線探查的一般規(guī)定4</p><p>　　2.2全站儀工作原理4</p><p>　　2.3 GPS-RTK 定位技術簡介5</p><p>　　2.4 管線探測儀5</p><p>　　3　城市地下管

5、線探測方法5</p><p>　　3.1管線探測儀的探測方法5</p><p>　　3.2 地下管線的平面定位方法 8</p><p>　　3.3 地下管線的深度測量方法8</p><p>　　3.4 探測的質量驗證手段與實施9</p><p>　　4　地下管線中線放樣及其縱、橫斷面測量9</p>

6、;<p>　　4.1中線放樣定義9</p><p>　　4.2縱、橫斷面定義9</p><p>　　4.3縱、橫斷面圖的作用10</p><p>　　4.4管線縱斷面測量10</p><p>　　4.5管線橫斷面測量的方法10</p><p><b>　　5　工程實例10</b

7、></p><p>　　5.1工程概況11</p><p>　　5.2作業(yè)依據11</p><p>　　5.3工程實施11</p><p><b>　　6　總結15</b></p><p><b>　　參考文獻15</b></p><p&g

8、t;<b>　　1　引言</b></p><p><b>　　1.1研究背景</b></p><p>　　地下管線是城市基礎設施的重要組成之一，它是信息和能源傳輸的通道，是城市正常運行的血管，為城市的健康發(fā)展和進步提供養(yǎng)分。隨著城市化進程的加快，市政建設各部門不斷的建設新的電力管道、煤氣管道、水利管道等，各種各樣的管線交叉平行，這不僅對城市管線建

9、設、維護、管理帶來了困難，也給我們管線的探測工作提出了挑戰(zhàn)[1]。</p><p><b>　　1.2 研究的意義</b></p><p>　　長久以來，由于城市化進程的加快，市政管理的不全面，地下管線的老、亂、密的情況日益嚴重起來。一段新的管線建設過程中，對所經過路段的管線勘測不清楚，會對以后建設施工造成不可挽回的后果。因此，一個好的、精確可靠的勘測方法是至關重要的

10、，好的勘測方法是對測量的成果的保證[2]。</p><p><b>　　1.3研究內容</b></p><p>　　本文介紹了一些常見的地下管線探測的技術及其測量方法，對常規(guī)管線勘測方法進行比較，是為了找到一個較為方便快捷、能夠適應城市大部分地下管線勘測的方法。</p><p>　　2　地下管線勘測技術要及儀器介紹</p><

11、;p>　　2.1 地下管線探查的一般規(guī)定</p><p>　?。?） 地下管線探查應在現場查明各種地下管線的鋪設狀況，即管線在地面上的投影位置和埋深，同時應查明管線類別、材質、規(guī)格、載體特征、電纜根數、孔數及附屬設施等，并在地面上設置管線點標志[3]。</p><p>　?。?）明顯地下管線點要進行實地勘察和測量，對于隱蔽地下管線點應采用管線探測儀器探測隱蔽地下管線的埋深和其在地面表

12、層的投影位置[3]。 </p><p>　?。?）埋設在同一管道(溝)中的不同種類、不同性質的管線要分別調查[3]。 </p><p>　　（4）為保證管線的連續(xù)性，因跨越障礙而架空或出露的管線按同種性質管線探查[3]。 </p><p>　　（5）如果地下管線為彎曲管線，應該在管線圓弧起點和中點上設置管線點，當圓弧弧度較大或是變現為不規(guī)則的彎曲時，適當增添管線點，

13、以確保其彎曲特征能夠在圖紙上表達[3]。 </p><p>　　2.2全站儀工作原理</p><p>　　全站儀（Total Station），主要是以測量水平角、垂直角、距離和高差的方式來獲取工作所需成果的最新測量儀器。</p><p>　　水平角測量、距離測量以及坐標測量是全站儀測量的主要工作。當作業(yè)場地為水平面時（這里指的是理想狀態(tài)下），若欲測定測站與指定點的

14、水平距離D（即A、B兩點間的水平距離），需將全站儀設在A點上，對中、整平、量儀器高后在目標點B安置棱鏡。</p><p>　　全站儀由A點發(fā)射光束至B點，隨后又由棱鏡反射后回到儀器，則所求的水平距離D可由公式：</p><p>　　D=1/2*CT（ C-光速 T-時間) （2-1）</p><p>　　求出

15、，式中C=C/n，C為真空中的光速值（固定值），而n為大氣折射率，它的值由全站儀所用光源的波長、測量時的氣壓、氣溫以及濕度等因素決定[4]。</p><p>　　然而當測量人員實地作業(yè)時遇到情況的多為如圖2-1所示的作業(yè)地形，在這種情況下，用全站儀進行測量的本質即三角高程測量。假設A點的各項觀測參數已知，若需求出已知點A與目標點B之間的高差HE及水平距離D，則需先測得測站點到目標的距離直線距離，即斜距L ，之后，

16、全站儀會根據自動測得的豎直角α給出觀測者所需的水平距離D和高差HE，其計算公式如下：</p><p>　　D=L*cosα （2-2）</p><p>　　HE=L*sinα+HA-HB （2-3）</p><p>　　圖2-2 全站儀測量工

17、作原理</p><p>　　2.3 GPS-RTK 定位技術簡介 </p><p>　　RTK 是現在在測量中使用頻繁且精度較高的測繪儀器。其測量系統(tǒng)由GPS 接收設備、數據傳輸設備、軟件系統(tǒng)組成。同時充當流動站時，一般需與無線電臺同時接受衛(wèi)星使用。通過操作其測量方式效率高，精度遠滿足當代測量技術要求。只要滿足 RTK的基本工作條件, 在一定的作業(yè)半徑范圍內(一般為 5 km) , 同時通

18、過最后所得的結果進行精度分析，得到各精度都滿足設計要求且沒有積累誤差[5]。RTK技術并不受到什么限制，所以與傳統(tǒng)測量方法比較,RTK技術可以一整天的進行工作。RTK技術幾乎可以擔任野外各種測量工作。同時配有的手簿如同計算機一樣，可以隨時解算和解決測量當中的各種問題并不積累誤差。</p><p><b>　　2.4 管線探測儀</b></p><p>　　管線儀是一種

19、在地面上對地下金屬管道、電線、電纜進行位置及深度測量的儀器，簡稱管線儀。都是由一個發(fā)射機加一個接收機組成。管線探測儀是通過發(fā)射機對被探測物施加一次交變電磁信號，激發(fā)其產生電流，使管線周圍產生二次磁場，在通過接收機在檢測二次磁場分布空間和特性，以此判定線路位置、深度[6]。發(fā)射機一般是多頻率的，通常有50Hz、512Hz、640Hz、8K、33K、65K、83K、131K、200K等。</p><p>　　3　城市

20、地下管線探測方法</p><p>　　3.1管線探測儀的探測方法</p><p><b>　　3.1.1直接法</b></p><p>　　直接法也叫充電法，是將發(fā)射信號的輸出端直接連接在被測管線上，通過改變接地或充電方向盡量讓電流沿目標管線流動，利用接收機接收產生的交變電磁場[7]。根據連接的方式可以分為單端充電法和雙端充電法[8]。<

21、/p><p><b>　　(1)單端充電法</b></p><p>　　正如圖 3-1 所示，在實地勘測過程中，我們會在合適的地點放置一個接地電極，如果被探測的管線目標有一個露出點時，我們會把管線儀的一端接到露出的管線上，用導線把管線儀的另一端連接到接地電極。當單端充電時，管線儀發(fā)出的電流，再分別導向被勘管線兩個不同的方向，在此過程中因為目標管線與大地之間的分布參數，電流

22、會隨著遠離露出點而逐漸減少，分散到大地里面去，而分散到大地的電流又將全部流到接地電極，經過導線到達管線儀的另一端。這種勘測方法因為要安放接地電極，在城市地下管線勘測是會受到環(huán)境的影響。</p><p>　　圖3-1 單端充電法</p><p><b>　　(b) 雙端充電法</b></p><p>　　如圖3-2所示，在實地勘測被探測的目標管線

23、，如果該管線有兩個露出點，應用導線將管線儀的兩個輸出端直接連接到管線裸露的地方。在雙端充電過程中，目標管線自己與導線形成閉合回路，管線中傳導的諧變電流，產生感應電磁場，最后由管線儀的接收機接受信號。雙端充電法的使工作范圍較大，能夠進行長距離大范圍的管線勘測。城市地下管線一般都會設有連接井，更是適用于雙端充電法，因此該方法是實地探測管線中是一種常用的方法，能夠大大提高勘測效率。但是實地勘測時需要注意的問題是：如果目標管線的裸露點之間的電阻

24、值較大時，其相鄰管線的阻抗又較小，那么旁邊的非目標管線上的電流很可能超過需要探測目標管線上的電流，容易產生非人為因素的誤差。 </p><p>　　圖 3-2 雙端充電法</p><p><b>　　3.1.2夾鉗法</b></p><p>　　如圖 3-3所示，當被探測管線有一個露出點時，將與發(fā)射機相連的環(huán)形夾鉗夾在目標管線上，通過發(fā)射機發(fā)

25、出電流，通過夾鉗產生會產生諧變磁場，將其磁場直接耦合到目標管線上，產生感生電流，用接收機接收被測管線的信號[7]。日?？睖y過程當中，夾鉗法是比較常用的勘測方法，相對來說精度較為可靠。但其缺點也很明顯，環(huán)形夾鉗套并不能應用于管徑較大的地下管線。</p><p>　　圖3-3 夾鉗法示意圖</p><p><b>　　3.1.3 感應法</b></p>&l

26、t;p>　　感應法是通過發(fā)射機發(fā)射線圈產生一次場，被測管線受一次電磁場感應產生二次電磁場，利用接收機接收被測管線產生的二次場信號來進行管線探查[9]（如圖 3-4 所示）。</p><p>　　圖3-4 感應法示意圖</p><p>　　3.2 地下管線的平面定位方法 </p><p><b>　　a)極大值法 </b></p&g

27、t;<p>　　極大值法是利用管線儀的垂直線圈測量目標管線正上方形成磁碭的二次場水平分量之差。如圖3-6所示，因此又稱為峰值法。此方法在峰值附近信燥較大，受到的影響小，能夠更準確的探測出地下管線在地面的投影位置[9]。</p><p><b>　　b)極小值法 </b></p><p>　　如圖3-7所示，極小值法是利用管線儀水平線圈測量目標管線上的垂直

28、分量。當探測儀器位于目標管線正上方時出現極小值或零值，因此又叫做零值法。但是此種方法在地下管線密集處容易受到附近的管線干擾影響探測精度，所以在實地探測過程中應該配合其他定位方法使用。 </p><p>　　圖3-6 極大值定位示意圖 圖3-7 極小值定位示意圖</p><p>　　3.3 地下管線的深度測量方法 </p><p>　

29、　3.3.1直讀法（梯度測量） </p><p>　　利用接收機中上、下兩個垂直線圈（線圈面垂直）分別接收管線正上方產生磁場水平分量值，根據深度計祘公式經儀器計算電路，求得管線埋深,由顯示器直接顯示深度值。直讀法簡單快捷，在無干擾的情況下有很高的測量精度[10]。 </p><p>　　3.3.2特征點法 </p><p>　　特征點法基于探測設備的不同而不同，較

30、常見的有80%法、70％、50%、25%等。70%法是一種經驗求深法（如圖3-9），即峰值點兩側70%極大值處兩點之間的距離，即為管線的埋深[11]。在日常探測過程中，70％法擁有探測精度高、抗干擾能力強等特點，廣泛應用于地下管線探測。</p><p>　　圖3-9 70%法示意圖</p><p>　　3.4 探測的質量驗證手段與實施</p><p>　　為了滿足設

31、計的探測質量要求，完成探測時必須進行有效的驗證手段。一般情況下，在城市管線普查中主要采取的手段有：釬探、開挖、儀器重復探測、地質雷達監(jiān)測等方法。其中釬探是施工中常用方法之一，這種方法不但可以節(jié)省成本，還可以減少對城市路面的損壞，并且有較高的探測質量。</p><p>　　4　地下管線中線放樣及其縱、橫斷面測量</p><p><b>　　4.1中線放樣定義</b>&l

32、t;/p><p>　　中線放樣是指按照設計路線進行測設直線和圓曲線，將地下管線中心線在實地投影到地面的具體位置上去。</p><p>　　4.2縱、橫斷面定義</p><p>　　管線縱斷面測量就是在管線的中線方向按一定的間隔用管線儀結合RTK（或者全站儀）測出其坐標和埋深，同時在管線發(fā)生起伏變化時，一定需要在變化的地方添加測深點。地下管線橫斷面測量是以地下管線的中線為

33、軸，對其周邊地下管線位置的測量。其實質管線平面圖。</p><p>　　4.3縱、橫斷面圖的作用</p><p>　　縱斷面測量體現了管線順著中線的起伏情況，將所測的中樁、埋深繪制在圖紙上，作為新管線設計的根據。橫斷面測量是測量垂直于管線中線周圍的舊管線的情況表示。 按一定比例畫成橫斷面圖。根據不同工程的性質和要求，所測橫斷面圖也有不同的用途。</p><p>　　

34、4.4管線縱斷面測量</p><p>　　首先利用GPS-RTK放樣和全站儀放樣功能進行管線中線測量，之后根據管線中線測量標記出管線中樁點位置，利用管線儀和GPS-RTK結合的方法進行縱斷面數據的獲取，測得各個中樁點的高程。</p><p>　　傳統(tǒng)常規(guī)測量為資料收集——重點部分開挖——開挖處測量的模式，是以間隔開挖的形式測量，其地下管線片段精度相對較高，但是需要大量的時間和人力?，F在在設

35、計要求允許的情況下，全站儀（RTK）結合管線儀的方法能夠基本滿足管線測量的要求，而且管線儀的測深數據可以儀器保存，更加減少了外業(yè)勘測時出現的人為誤差。</p><p>　　所以在設計條件允許的情況下，盡量選取管線儀和GPS-RTK結合的方法進行快速、高效、優(yōu)質的管線勘測。</p><p>　　4.5管線橫斷面測量的方法</p><p>　　4.5.1水準儀視距法&l

36、t;/p><p>　　水準儀的視距法在管線兩邊地形平坦中，所得的結果精度較高。多適用于城市建筑區(qū)和郊區(qū)。在橫斷面上安置水準儀，讀取視距和視線高。進而測出橫斷面上點的距離和高程 。 但是城市管線較密集區(qū)域時作業(yè)效率慢，需要作業(yè)人員較多（3-4個），受天氣因素影響較大。</p><p>　　4.5.2全站儀坐標法</p><p>　　首先沿管線中線在施工范圍以外埋測平面控制

37、點和高程控制點。 然后在已知控制點上安置全站儀。 安放完成后整平對中，建立文件并將控制點坐標信息輸入其中。然后帶棱鏡放在所需測兩的橫斷面上。測量橫斷面點的平面坐標和高程，存儲在儀器的文件當中。另外在草圖上將每個中心樁點號和斷面的點號都要記錄下來。這種方法通常需要2-3位外業(yè)人員，由于測量數據全部是儀器存儲避免了人為的記錄誤差，同時受天氣因素影響也比較大。</p><p>　　4.5.3 GPS-RTK坐標法<

38、;/p><p>　　在垂直于管線中線并經過管線中樁的方向上，利用GPS-RTK技術準確測出該橫斷面上的起伏變化，測量的范圍是在管線中線的左右各多少米（按設計要求），測出橫斷面點的平面坐標和高程。GPS-RTK坐標法需要的外業(yè)相對于上面幾種方法來說較少（1人），如果條件允許增加人員儀器可以提高作業(yè)效率，測量數據全部是儀器存儲，避免了人為記錄誤差，受天氣因素影響較小，如果有需要可以雨中和夜間作業(yè)。</p>

39、<p><b>　　5　工程實例</b></p><p><b>　　5.1工程概況</b></p><p>　　西郊-黎明、西郊-商務110kv線路勘測任務。測區(qū)屬于福州市中心，北起西洪路，南至上浦路，大概位于東經119°16′58″，北緯16°05′00″處 。工程主要任務是勘測設計地下管線路徑周圍的地

40、下管線分布情況，并繪制管線圖，另外由于收集到測區(qū)的地形圖資料與現場差別較大，還需要進行地形圖測繪，并繪制地形圖。</p><p><b>　　5.2作業(yè)依據</b></p><p>　?。?）國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局與國家標準化委員會于2009年02月聯合發(fā)布的《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》（GB/T 18314-2009）</p><p>

41、;　?。?）住房和城鄉(xiāng)建設部自2012年6月1日起實施的《城市測量規(guī)范》（CJJ/T 8-2011）。</p><p>　?。?）中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會2006年05月發(fā)布的《電力工程勘測安全技術規(guī)程》DL5334-2006；</p><p>　?。?）國家測繪局2008年2月發(fā)布《測繪作業(yè)人員安全規(guī)范》CH 1016-2008；</p><p>　?。?/p>

42、5）福建省電力勘測設計院發(fā)布的質量\環(huán)境\職業(yè)健康安全三標管理體系文件，特別是《勘測過程控制程序》。</p><p>　?。?）平面坐標采用福州坐標系，高程采用1985國家高程基準。</p><p><b>　　5.3工程實施</b></p><p>　　首先，進行控制點測量，控制點的選擇埋設這里就不一一贅述了。該工程因為是管線勘測為主，地形圖

43、測量為輔，管線位置定位運用的是全站儀坐標法和GPS-RTK坐標法；管深探測為開蓋測量和管線儀探測結合，以福州市勘測院所提供的舊的管線資料為輔。由于坐標系為福州坐標系，控制點坐標需要保密不便贅述。</p><p>　　然后，根據這條道路的外界環(huán)境情況，可以采用RTK進行中線放樣，放樣部分成果展示如下表</p><p>　　表5-1 中線放樣成果表</p><p>　　

44、圖5-2 地下電纜中線示意圖 </p><p>　　縱橫斷的外業(yè)測量是發(fā)現管線儀質量高、精度準的關鍵工作。該工程平行于交叉管線深勘測運用的是夾鉗法和感應法，其平面位置定位運用的是極大值法，深度探測運用的是直讀法和3特征法中的70%法。</p><p>　　圖5-3 感應法現場圖 </p><p>　　圖5-4 夾鉗法現場圖 </p><p>

45、　　縱橫斷面圖是依據測量人員的外業(yè)測量資料繪制而成的，能夠把地面的起伏狀況非常直觀地體現出來，是很重要的工程設計和施工的資料。斷面圖是采用直角坐標繪制而成的，水平距離用橫坐標表示，高程用縱坐標表示[12]。經過內業(yè)處理得到縱橫斷面圖，下面是部分成果圖。</p><p>　　圖5-5 縱段面成果圖 </p><p>　　圖5-5 測量成果圖</p><p><b

46、>　　6　總結</b></p><p>　　一個城市的規(guī)劃關系著城市化進程的速度，然而對地下管線的規(guī)劃是支撐城市規(guī)劃的基石。本文討論了管線勘察測量的一些方式方法。一方面通過原理方法分析，能夠在管線勘測是給出比較合適的建議，給城市管線勘察提供便捷，另一方面能夠在實地勘察過程中可以采用多種方法進行驗證，保證管線勘測的精度。</p><p>　　隨著城市的發(fā)展，其實在實際勘測過

47、程中，將會遇到的不僅僅是管線位置埋深的問題，也會遇到同一位置不同管線在大地中交叉跨越，這種情況的探測將會越來越難。</p><p>　　總而言之，探究城市管線勘測的技術是必需要不斷進行的。在今后的城市發(fā)展中，會對勘測的精度要求“更上一層樓”，到時候一個新的管線勘測方法會越來越受到重視。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p&g

48、t;　　[1] 王合軍. 城市地下管線探測的理論和實踐[J]. 城市建設理論研究,2015,8:5617-5617.</p><p>　　[2] 付強, 王統(tǒng)洲. 探析地下管線測量對策[J]. 地球,2015,4:176-176.</p><p>　　[3] 李杰. 城市地下管線探測技術及質量控制研究[D]. 中國地質大學，2013：9-10.</p><p>　　

49、[4] 馬迪,秦志偉. 淺談全站儀使用和操作[J]. 城市建設理論研究,2012,6.</p><p>　　[5] 李美龍. GPS-PTK在道路測量中的應用分析[J]. 城市建設理論研究,2012,15.</p><p>　　[6] 曹潔文,鄭福美. 某型管線探測儀的原理及應用[J]. 科技致富向導,2014,24:35-35.</p><p>　　[7] 吳獻文

50、，劉國安. 地下管線探測方法的探討[A]. 經天緯地—全國測繪科技信息網中南分網第十九次學術交流會優(yōu)秀論文選集[C], 2005:564-566.</p><p>　　[8] 鄒延延. 地下管線探測技術綜述[J]. 勘探地球物理進展，2006,29(1):14-20. </p><p>　　[9] 陳穗生. 管線探測四大難題的探測要點[J]. 工程勘察,2007(7):62-67. <

51、;/p><p>　　[10] 王勇. 城市地下管線探測技術方法研究與應用[D]. 吉林大學，2012.</p><p>　　[11] 朱馳峰. 城市燃氣地下管線探測方案研究[J]. 上海煤氣,2004(1):4-8. </p><p>　　[12] 李振. 淺談渠道測量工作的內容和方法[J]. 黑龍江科技信息,2009,19.</p><p>　

52、　Discussion on urban underground pipeline surveying method</p><p>　　Abstract: with the rapid development of urbanization in China, the construction of underground pipelines becomes an indispensable part of t

53、he city, and the requirements of pipeline survey technology have become strict. According to different surrounding environment, the different topography and different design requirements, the how to choose different surv

54、ey methods to quickly and easily obtain the distribution of urban underground pipeline location of Surveying and mapping results is very mean</p><p>　　Keywords: urban pipeline survey method; total station in

55、strument; GPS-RTK</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　時光荏苒，青春不再，轉眼間即將走完了大學四年的時光。</p><p>　　這次畢業(yè)設計（論文）從選題到定題目花費了很久的時間，由于對管線勘測的的方式方法比較單一，不夠完善，所以在前期資料閱讀和收集方面花了很長的一段時間，最終找到了論文的思路完成了論

56、文的寫作。</p><p>　　在此我非常感謝論文指導老師賈秀麗老師，也非常榮幸能夠接受賈老師的教誨。平日里賈老師工作繁忙，但是對我論文的選題、思路以及寫作過程進行指導，并多次召集我詢問論文情況及其遇到的問題，細心的幫助我們分析問題，提供合理的建議。賈老師嚴謹的治學作風、對學術孜孜以求的精神和誠摯待人的態(tài)度使我受益終身。在此，我要對付老師表示深切的感激。另外，感謝和我一起度過四年大學時光的老師和同學們，感謝期間老