城市地下管线测量技术方案.docx

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城市地下管线测量技术方案

城市地下管线测量技术方案

一、城市地下管线测量概述

1、城市地下管线的分类

城市地下管线是指在城市规划区范围内，埋设在城市规划道路下的给水、排水、燃气、热力、工业等各种管道、电力、电信电缆以及地下管线综合管沟（廊）等。

从管线传输或排放物质的性质来分，城市地下管线可分为给水、排水、燃气、热力、电信、电力、工业和综合管沟（廊）八大类管线，每一大类管线还可根据传输或排放物质的差异或其功能的差异分为不同的小类，如给水管线可分为生活水、循环水、消防水、绿化水和中水等；燃气管线可分为煤气、天然气、液化气和煤层气等；排水管线可分为雨水、污水和合流等；热力管线可分为热水、蒸汽和温泉等；电力管线可分为供电、照明、电车、信号、广告和直流专用线路等；电信管线可分为市话、长途、广播、有线电视、宽带、监控和专用等；工业管线可分为氢气、氧气、乙炔、石油、航油、排渣和垃圾等；综合管沟（廊）管线可分为综合管廊和综合管沟等。

2、地下管线测量内容

地下管线测量工作分为地下管线的探查和地下管线的测量两部分。

地下管线的探查

地下管线的探查主要针对明显的线点（主要有接线箱、变压器、消防栓、入孔井、窨井等附属设施）进行。

作业时将所有窨井逐一打开，一一测量管径、走向、管道位置、深度等直接数据，并对走向判断不清的管线进行查证。

地下管线的测绘

地下管线的测量可依据第一步地下管线的探查所绘制的草图进行。

内容主要包括以下几方面：

（1）建立地下管线测量控制网，为管线点联测和管线图测绘提供基础。

（2）进行管线点联测，确定管线点的坐标与高程。

（3）内业进行管线图的绘制。

2.1、地下管线测量平面和高程控制网的建立

对于已有大比例尺地形图的地区，应充分利用原有控制点进行施测各管线特征点如果没有控制点或密度不够时，则应建立精度适宜，密度合理，点位不易被施工破坏的平面和高程控制网可采用全站仪布设光电测距导线或全球定位系统（GPS）以及水准测量的方式，按城市测量规范城市地下管线探测技术规程的要求，布设平面和高程控制点。

2.2、地下管线测量的分类特点及施测方法

地下管线测量分为两大类：

已竣工的地下管线测量和未还土的地下管线测量，未还土的地下管线测量，主要是通过直接测定管线的特征点来完成管线的测量工作。

已竣工地下管线测量是指所有管线竣工后并已还土的地下管线测量这类地下管线测量主要是通过物探的方式将管线特征点反映到地面上，然后施测各种管线特征点，再把各特征点展绘在地形图上进行编辑。

2.2.1、未还土地下管线测量的特点及施测方法

未还土地下管线测量的特点：

⑴边施工边测量，东一处西一处，没有规律，没有预见性；

⑵施工完马上就要埋上，这就要求施测准确，最好现场进行复检一次，确保数据的正确；

⑶由于是施工现场，控制点不容易保存；

⑷施工周期长，控制点必须便于保存，能反复多次使用施测前应作好收集资料的准备工作，主要是收集各种管线的设计图，合理有效地利用好设计图，有利于提高地下管线测量质量，提高作业效率。

施测方法：

⑴一般采用全站仪直接施测管道各种特征点处的外顶或内底高及平面位置

⑵在空旷地区，建筑物不太稠密的住宅区和大马路上，可采用GPSRTK测量各管道每个特征点的3维坐标。

2.2.2已竣工的地下管线测量的特点及施测方法

已竣工的地下管线测量的作业程序是：

先用物探方法在实地探查出各管线的类别管径或断面管（沟）内底高管外顶高等项目，并且把各特征点在实地标出，然后用全站仪或RTK测定各特征点的三维坐标，再用成图软件把采集的数据展绘在地形图上进行编辑。

⑴已竣工的地下管线测量的特点：

①管线的特征点全部埋在地下，需要用物探的方法将特征点的数据反映到地面上来，同时查明地下管线的平面位置走向埋深及其他各项属性然后对各管线的特征点进行施测和制作专业管线图或综合管线图。

②管线特征点的密度大数量多，并且多种管线平行交叉给探测增加很大的难度，而且在施测过程中由于距离太近造成点号混乱等。

③工作周期长工作量大，给多组作业的衔接带来难度，已竣工的地下管线测量的外业工作主要包括管线探查和管线特征点的测量这两道工序而管线特征点的测量必须在探查工作完成后才能进行，这样一来，对整个工程的进度将会有一定的影响。

④由于管线是埋在地下，所以在物探时容易探漏。

⑤管线点的探测精度要求较高按照城市地下管线探测技术规程对管线特征点测量精度的要求，管线点的解析坐标中误差（指测点相对邻近解析控制点）不大于5cm，高程中误差（指测点相对于邻近高程控制点）不大于2cm地下管线图上测量点位中误差不得大于图上0.5mm。

⑵金属地下管线的确定

金属地下管线的确定，常用的方法是用金属探测仪进行探测探测时，仪器由发射机和接收机两部分组成，发射机是一个震荡器，经由发射线圈向空间发射高频率信号，经过接收机的检波放大，可以转换成音响和仪表指示等形式表示出来当接收机线圈偏离中心线时，声音变小，由此可确定地下金属管线的走向和填埋深度

⑶影响地下管线探查质量的因素：

影响地下管线探查质量的因素一般包括人员机具方法和环境等四个方面：

①人的因素人是地下管线探查工作的主体，探查质量的形成受到所有参加工程项目施工的探查台组的共同作用，他们是形成工程质量的主要因素，只有从事地下管线探查的人具备其工作岗位所需要的能力，其工作成果才可能满足工程质量要求。

②机具因素投入工程使用的探查设备应该根据现场地下管线的材质敷设方式和埋设深度进行选择，其精度指标应满足工程探测精度的要求。

③方法因素探查过程中的方法包含所采取的技术方案工艺流程组织措施探查手段施工组织设计等技术方案正确与否，直接影响工程质量控制能引顺利实现，往往由于施工方案考虑不周而拖延进度，影响质量，增加投资。

④环境因素影响探查工程质量的环境因素一般包括地电条件地面金属护拦地面交通其它电磁干扰地面平整性以及地下管线附属物保存状况的好坏等。

⑷提高探测精度的主要措施

措施有以下几个方面：

①由于探测仪器本身存在的某种不足，物探前需要进行探测仪一致性对比试验，以确定该仪器的改正系数。

②由于直埋管线的土质情况不同，对管线的探测精度有一定的影响，需要进行一定数量的开挖验证，或在能准确定深的位置进行探测验证，以确定是否需加埋深和平面位置的改正系数根据同行多年的经验，细密的潮湿土质探测效果较好，干燥的砂质土层探测效果较差，积水区和含铁量较高的土层探测效果最差。

③由于探测仪器探测效果受管道埋深的影响较大，尤其是应用感应法探测时，深埋管线能接收到的信号很弱，探测效果一般不太理想此时需要不断改变探测方式，如改变发射机的摆放姿势。

④由于管线的材质和导电性能不同，对管线的探测效果有直接影响比如金属管道和电缆可用一般的管线探测仪即可以探测，但不适用于非金属管道非金属管线一般可用地质雷达进行探测，但目前价格较为昂贵⑤地下管线中经常遇到并行管线的情况并行管线的探测方法：

由于地下管线具有排列相对密集，种类各异的特点，所以探测这类管线的主要干扰是相邻管线的影响，在探测中有时只能判断出大致有几条管线，但无法准确和有效地确定其位置和埋深，此时用根据情况，采用不同的方法来确定平行管线的平面和埋深。

⑥地下管线中还会遇到管线上下重叠的情况对于金属管道的重叠，当用电磁法探测时，由于重叠管线间的相互干扰，观测异常为上下管道的异常叠加，用电磁法可对其进行精确定位，而在定深上误差较大但是重叠管线不可能总是重叠，一般可在分叉处分别定深，推算出重叠处的管道的深度。

⑦地下管线探测的测深精度受以下因素的影响：

管线埋深与管径的比值；接受机是否偏离管线上方；探测点距离管线交叉点的距离等外界条件的影响，因而在跟踪定位探测过程中随时注意测深，并剔出异常深度值，取其中数作为某一段的深度值，特别注意不在管线交叉点附近测深所以，在地下管线探测过程中，探测效果受诸多因素的影响，在管线探测前，首先要考虑准确性避免出现粗差，然后再考虑选用合适的物探方法，才能取得较好的探测效果。

二、GNSS设备在管线测量中的应用

1、GNSS概述

GNSS的全称是全球导航卫星系统（GlobalNavigationSatelliteSystem），它是泛指所有的卫星导航系统，包括全球的、区域的和增强的，如美国的GPS、俄罗斯的Glonass、欧洲的Galileo、中国的北斗卫星导航系统，以及相关的增强系统，如美国的WAAS（广域增强系统）、欧洲的EGNOS（欧洲静地导航重叠系统）和日本的MSAS（多功能运输卫星增强系统）等，还涵盖在建和以后要建设的其他卫星导航系统。

1.1、四大全球导航卫星系统介绍

1、美国GPS卫星导航系统

GPS是由美国国防部研制建立的一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统，能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息，是卫星通信技术在导航领域的应用典范。

GPS的空间部分是由24颗卫星组成（21颗工作卫星；3颗备用卫星），它位于距地表20200km的上空，运行周期为12h。

卫星均匀分布在6个轨道面上（每个轨道面4颗），轨道倾角为55°。

卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星。

如图1所示：

图1

2、俄罗斯GLONASS卫星导航系统

格洛纳斯（GLONASS）是由俄罗斯研发的卫星导航系统，由俄罗斯政府运作。

GLONASS系统由卫星、地面测控站和用户设备三部分组成。

该系统最早开发于苏联时期，后由俄罗斯继续该计划。

俄罗斯1993年开始独自建立国家的全球卫星导航系统。

该系统于2007年开始运营，当时只开放俄罗斯境内卫星定位及导航服务。

到2009年，其服务范围已经拓展到全球。

该系统主要服务内容包括确定陆地、海上及空中目标的坐标及运动速度信息等。

GLONASS星座由27颗工作星和3颗备份星组成，所以GLONASS星座共由30颗卫星组成。

27颗星均匀地分布在3个近圆形的轨道平面上，这三个轨道平面两两相隔120度，每个轨道面有8颗卫星，同平面内的卫星之间相隔45度，轨道高度2.36万公里，运行周期11小时15分，轨道倾角64.8度。

如图2所示：

图2

3、中国北斗卫星导航系统

北斗卫星导航系统（BeiDouNavigationSatelliteSystem-"BDS"）是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统，是继美国全球卫星定位系统和俄罗斯全球卫星导航系统之后第三个成熟的卫星导航系统。

系统由空间端、地面端和用户端组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度优于20m，授时精度优于100ns。

2012年12月27日，北斗系统空间信号接口控制文件正式版1.0正式公布，北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。

北斗卫星导航系统由空间段计划由35颗卫星组成，包括5颗静止轨道卫星、27颗中地球轨道卫星、3颗倾斜同步轨道卫星。

5颗静止轨道卫星定点位置为东经58.75°、80°、110.5°、140°、160°，中地球轨道卫星运行在3个轨道面上，轨道面之间为相隔120°均匀分布。

如图3所示：

图3

4、欧盟伽利略卫星导航系统

伽利略卫星导航系统（Galileosatellitenavigationsystem），是由欧盟研制和建立的全球卫星导航定位系统，该计划于1999年2月由欧洲委员会公布，欧洲委员会和欧空局共同负责。

系统由轨道高度为23616km的30颗卫星组成，其中27颗工作星，3颗备份星。

卫星轨道高度约2．4万公里，位于3个倾角为56度的轨道平面内。

2012年10月，伽利略全球卫星导航系统第二批两颗卫星成功发射升空，太空中已有的4颗正式的伽利略系统卫星，可以组成网络，初步发挥地面精确定位的功能。

由于欧盟多个国家参与伽利略卫星导航系统的研发，在关键性问题上有分歧，进展并不是很顺利。

1.2、GNSS在测量中应用的优势

GNSS系统发展至今，给测量行业带来了革命性的变化，传统的测量仪器受制于天气、环境等太多的因素影响，相比传统的测量仪器，GNSS测量设备有以下优势：

1、精度高。

通过RTK实时差分技术，GNSS测量设备的精度可以直接提高到厘米级，能满足各种测量行业的需求。

2、效率高。

GNSS设备可以全天候、全天时作业，无论白天、黑夜或者恶劣天气下都能进行高效率的作业。

3、范围广。

传统的测绘仪器必须要求要求测站之间通视，作业范围一般都在1公里范围之内，而GNSS设备的作业范围少则10公里，多则百公里以上，尤其是网络CORS诞生之后，作业范围得到了更进一步的提高。

4、便携性。

传统的测量仪器不但笨重，而且在恶劣的外界条件下还容易损坏，GNSS设备体积小、重量轻，便于携带，大大减轻了测绘工作者的体力劳动。

5、成本低。

相比过去的测量仪器，GNSS设备的投入成本相对较低，随着电子技术的飞速发展，GNSS设备的成本也在不断降低，给测绘企业减少了开支。

2、GNSS设备介绍

目前市场上的GNSS设备种类齐全，涵盖面广，按照不同的分类方式，有以下几类：

1、按精度可分为厘米级、分米级、米级。

2、按使用方式可分为常规型和手持型。

3、按用途可分为连续运行参考站（CORS）、基站、移动站

4、按接收卫星的种类可分为单星、双星、三星、多星等。

2.1、CORS系统

当前，利用多基站网络RTK技术建立的连续运行卫星定位服务综合系统（ContinuouslyOperatingReferenceStations，缩写为CORS）已成为城市GPS应用的发展热点之一。

CORS系统是卫星定位技术、计算机网络技术、数字通讯技术等高新科技多方位、深度结晶的产物。

CORS的建立可以大大提高测绘的速度与效率,降低测绘劳动强度和成本,省去测量标志保护与修复的费用,节省各项测绘工程实施过程中约30%的控制测量费用。

由于城市建设速度加快，对GPS-C、D、E级控制点破坏较大，一般在5-8年需重新布设，至于在路面的图根控制更不用说，一二年就基本没有了，各测绘单位不是花大量的人力重新布设，就是仍以支站方式，这不但保证不了精度，还造成了人力物力财力的大量浪费。

随着CORS基站的建设和连续运行，就形成了一个以永久基站为控制点的网络。

CORS系统彻底改变了传统RTK测量作业方式，其主要优势体现在：

1）改进了初始化时间、扩大了有效工作的范围；

2）采用连续基站，用户随时可以观测，使用方便，提高了工作效率；

3）拥有完善的数据监控系统，可以有效地消除系统误差和周跳，增强差分作业的可靠性；

4）用户不需架设参考站，真正实现单机作业，减少了费用；

5）使用固定可靠的数据链通讯方式，减少了噪声干扰；

6）提供远程INTERNET服务，实现了数据的共享；

7）扩大了GPS在动态领域的应用范围；

8）为建设数字化城市提供了新的契机。

CORS工作原理图

基站部分实景图

服务器部分实景图

2.2、RTK

RTK（Real-timekinematic）实时动态差分法,这是一种新的常用的GPS测量方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。

2.3、高精度手持GIS数据采集器

高精度手持GIS数据采集器是近几年发展起来的新型测量设备，它具有手持GPS的便携性，也能达到常规RTK的厘米级测量精度，配合功能强大的操作系统和软件支撑，在管线、国土、水利、电力等各个行业广泛应用。

用户在作业过程中，在精度满足的情况下，可以直接徒手操作，如下图：

徒手操作

在距离CORS较远的作业区域或者精度要求较高的情况下，可以配和对中杆更进一步地提高精度。

如下图：

对中杆强制对中

高精度手持GIS数据采集器有行业定制的《GIS数据采集（增强版）》软件，系统自带WIFI、照相机、气压计、温度计、电子罗盘、重力感应、传感器等特定功能。

软件支持DXF、SHP文件的导入，配合影像图，外业测量一目了然，管线巡检过程中能快速地到达现场。

放大后的管线图

2.4、高精度工业PAD

随着移动互联网技术的发展，PAD已经被越来越多的人应用，南方测绘通过对PAD开发加工，开创了移动GIS测量新时代。

支持在线地图浏览，在线地图可以辅助测量

所测管线图可以实时显示在地图上面，一目了然

工业级PAD也支持各种矢量、栅格数据的导入，屏幕更大，浏览视觉更直观

对于作业现场可以进行拍照，照片上可以自动标注地理位置信息、拍摄时间等信息

软件自带行业定制的数据字典

支持各种专业属性现场录入

软件自动记录作业人员的移动轨迹，方便管理者对作业人员的监督、管理

2.5、全站仪

全站仪，即全站型电子测距仪（ElectronicTotalStation），是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离（斜距、平距）、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。

与光学经纬仪比较电子经纬仪将光学度盘换为光电扫描度盘，将人工光学测微读数代之以自动记录和显示读数，使测角操作简单化，且可避免读数误差的产生。

因其一次安置仪器就可完成该测站上全部测量工作，所以称之为全站仪。

广泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程测量或变形监测领域以及RTK盲区测量。

由于“城市钢铁森林”的遮挡，RTK不是在每一个地方都能保证精度，所以在遮挡非常严重的地方，就需要全站仪的配合。

三、管线探测仪设备介绍

管线探测仪能在不破坏地面覆土的情况下，快速准确地探测出地下自来水管道、金属管道、电缆等的位置、走向、深度及钢质管道防腐层破损点的位置和大小。

是自来水公司、煤气公司、铁道通信、市政建设、工矿、基建单位改造、维修、普查地下管线的必备仪器之一。

根据探测原理分两类

1.一类是利用电磁感应原理探测金属管线、电/光缆，以及一些带有金属标志线的非金属管线，这类简称管线探测仪。

优点：

探测速度快、简单直观、操作方便、精确度高。

缺点：

探测非金属管线时，必须借助非金属探头，这种方法使用起来比较费力，需要侵入管线内部。

2.另一类是利用电磁波探测所有材质的地下管线，也可用于地下掩埋物体的查找，俗称雷达，也被称为管线雷达。

优点：

能探测所有材质的管线

缺点：

对环境要求较高，测深能力较差（难查埋深较深的管线），对操作者素质和经验要求高。

地下管线探测雷达MZT200M操作简单、使用方便，能很好的满足市政管线探测的需要。

开拓者地下管线探测雷达MZT200M能快捷地查找和定位地下金属和非金属管线、电力沟等掩埋体。

随着市政工程的发展，传统的管线探测仪已经无法满足日益增多的非金属管线探测工作，基于宽频带窄脉冲电磁波技术的探测雷达MZT200M可以很好的解决这一难题，探测雷达不依赖由管线感应并辐射的电磁场（很多时候这种电磁场并不存在或者无法探测到），因此它不仅能探测到金属管线，而且能探测到非金属管线或不导电的管如P V C管、  P E管、水泥管、陶瓷管、电缆、光缆等。

产品特点：

地质雷达MZT-200M设计坚固、界面友好、操作简单、图像清晰、因此得到很好的应用。

另外它还具有以下特点：

参数设置简单，容易操作

世界上唯一无线探地雷达系统

推车可以拆卸，运输携带方便

多通道数据采集

可使用任何带有无线网卡的计算机现场进行图像采集参数自动增益设置，无需专家操作

雷达性能指标：

1OOMHz天线：

可对地下0-15m内各种管线进行探测

200MHz天线：

可对地下0-8m内各种管线进行探测

400MHz天线：

可对地下0-5m内各种管线进行探测

600MHz天线：

可对地下0-2.5m内各种管线进行探测

1000MHz天线：

可对地下0-0.8m内各种管线进行探测

可根据管线深度和管径大小的不同选择合适的天线

技术参数：

主机天线一体化设计

天线：

200MHz（屏蔽式天线设计）

采集速度：

250000/s

时窗：

106ns（可自行设定）

动态范围：

≥160dB

软件：

全中文操作界面

运行时间：

＞8小时

重量：

＜12kg

脉冲重复频率：

400KHz

采样点数：

512、1024、2048……8192

分辨率：

＜5ps

信噪比：

≥160dB

可选深度窗口：

0.8m~17m

A/D数据转换：

1GBit

数据输出：

可转换成JPG、BMP、PCX、GIF、JPEG等图片格式，GPRDATA、GSSI、PE兼容格式

产品用途：

地质雷达MZT-200M是一种新型的地质工程质量检测与勘察设备，主要用于浅层目标的检测．成象分析，其应用领域非常广泛，包括路面路基质量检验，路基破损调查，建筑物基础检测，管道深度定位，埋设缆线定位、隧道超前预测．隧道空洞调查，露天矿表面深度定位，桥梁质检、考古及其它埋没物的探测。

燃气PE管探测

下水道污水管探测

自来水管探测

掩埋的并盖、电缆、光缆探测

输暖管道探测

各种工业管道探测

空洞探测

地下掩埋体探测

四、内业软件介绍

1、管线CASS软件介绍

管线CASS（CASSPIPE）是全新的以图形为基础的管线测绘成图系统。

CASSPIPE在CASS近十年的开发技术和经验的基础上，充分结合管线测量的专业特点，构建成一个强大的地下管线信息录入、编辑、成图、分析和输出的平台。

借助AutoCAD为图形平台，应用先进的ObjectARX开发技术，实现了图库互动的作业模式，可视化操作使成图过程流畅快捷，规范直观！

其广泛的应用于城市规划、管线权属单位（如电力、电信、自来水厂等）、道路建设、厂矿企业的地下管线探测工程并提交给地下管线资料使用单位进行查询、统计与分析。

CASSPIPE系统特色:

　　1.优越的可扩展性能：

其中包括开放的参数设置以及完善的符号定制体系，可充分满足客户的各类作业需求。

　　2.信息丰富的管线成果表：

完全按照最新的规程（2003.10.1起实施）制定的成果表格式，能够满足工程需要。

同时，用户还可以根据自己的需要添加和修改表格的内容或者格式。

　　3.图库联动：

可以直接在管线图或者属性框中进行直观的增加、删除、修改等操作，系统同时对管线图和数据库进行相应的操作，从而减少了客户的工作量，实现真正的图库联动。

　　4.管线三维显示、断面图自动绘制：

充分利用AutoCAD的三维渲染功能生成管线立体效果图，直观显示管线分布情况、实际地下尺寸。

还自动生成管线的任意横断面及纵断面图，帮助用户分析统计图面资料。

CASSPIPE的主要功能技术特色：

1、开放的参数设置：

由于在各城市、道路、单位进行地下管线探测的要求不一致，甚至管种、特征点名称、代码也不一致，所以CASSPIPE的参数设置是完全开放的，用户可根据自己的需要添加、修改、删除包括管线类型、管点符号、用户属性、属性内容、图框参数设置在内的各类参数设置。

这使软件的应用方位大大的提高了。

2、多元化形式的探测数据录入：

用户可以直接读取管线精灵（PDA）的数据（南方公司的管线前端采集软件），包括管线点坐标数据，管线属性调查数据并立即生成管线图。

除了采用直接读取管线精灵的数据以外，还可以在属性框中手工输入管线空间和属性信息。

其中，可以在管线属性框中直观的对一批管线的某一项记录（如压力、管线材料等）统一赋值，从而减少重复的工作量，方便修改！

3、图库互动显示：

数据窗口、图形窗口双界面