面向GIS的地下管线探测方法
1 前 言
地理信息系统（GIS）技术已广泛应用于城市领域的各个方面，在城市地下管线信息的管理与应用中，产生了良好的效果，许多城市管线部门已经建立或正在建立自己的综合及专业管线信息系统，而管线信息的获取是系统建设的重要和关键的级成部分。许多城市已经完成了地下管线的普查工作，但是在管线数据的野外控测与信息系统的数据建立工作都是分开进行的，就是说，没有从GIS应用的角度，直接获取满足系统建立要求的管线信息，这样还必须对已经取得的管线资料，按照信息系统的数据格式要求进行处理。
本文结合某城市的“城市综合管网管理信息系统”建立的实践，讨论从野外地下管线数据探测开始，如何提供高质量的、可为信息系统直接使用的地下管线信息获取方法。为便于向全市扩展，首先选取具有典型意义的区域为实验区，通过实验区的工作取得了良好的效果（本文给出了试验区的主要工作内容和要求）。
2 管线探测内容及要求
地下管线探测的目的是为城市综合管理信息系统的建立获取基础数据，完成地下综合管线图的成图工作、管线及附属物的坐标和基本属性表以及建立管线信息数据交换文件。
2．1 工 作内 容
管线探测的具体工作内容包括：通过实地对照巡查、管线调查、管线探测、管线测量、绘图等技术和作业手段，查清或基本查清各类地下管线的：①平面位置、埋深、走向等；②检查井、检修井、表井、消防栓、雨水井、污水井、暗井、入水口（水箅子）、出水口、管沟、人防洞室等；③用途、材料、规格、管径及产权单位、建筑年代等；④测量并计算各类井、点的平面坐标和地面高程；⑤分门别类统计管线长度；⑥绘制管线工作草图；⑦按照规定格式实地标注点号等；⑧综合管线图编制；⑨管线成果表填写；⑩管线成果文件生成等。
完成的主要工作量为：①10个城市四等GPS点，3个城市一级GPS点，3个起算点GPS联测；2个已知点的GPS检效；②条城市I级导线，35个点，全长9727m；③条城市Ⅱ级导线，39个点，全长7335m；④32条一级图根导线；图根点总数超过3000个；⑤城市四等水准测量31.137km2；⑥数字地形图：约5.3km2共112幅图；⑦综合管线图：约5.3km2共100幅图；⑧各类地下管线探测：总长约211.032km共约9840个管线点；⑨管线成果表编写和计算机录入：共约1790条；⑩管线数据交换格式文件（与武汉管网信息系统）：共约1790个。
2．2 技 术要 求
探测工作的技术要求按《城市地下管线探测技术规程》（CJJ61-94）执行。具体规定为：
管线探测的取舍标准为：尽力全部进行探测：
有建构筑物，封闭的地区，以管线进入外墙皮为止，并在外墙皮附近定点：非封闭部分，以进入建筑区连线为界，并在界线附近定点；地下管线探测定位中误差为：平面≤+-10cm；垂直≤+-0.1H(H为管线埋深)，当H<1m时垂直中误差≤10cm；管线漏查率为：有资料的管线漏查率为0；无资料管线漏查率≤+-3%0；管线点属性错误率：明显管线点错误率≤1%0；隐蔽管线点错误率≤3%0；管线点位测量中误差；平面≤+-5cm；高程≤+-2cm（相对邻近控制点）；错误率：资料整理及管线编绘错误率≤3%0；管线图形及属性数据文件错误率≤1%0；管线数据将直接为信息系统使用。
3 作业方法及工作流程
3．1 仪 器设 备
本工程共投入四台探测仪，2台是美国查尔斯公司生产的Subsite75R/T仪器，2台为英国雷迪公司生产的RD400PXL和RD600探测仪。所使用的仪器均为目前国际上较先进的探测设备，具有优异的平面位置和埋深探测功能，其主要的技术指标为：
平面正反向探测位置中误差：<2cm
埋深直接法探测3m以内：0.03H(H为埋深)cm
埋深大于3m时为：（0.05~0.1）Hcm
间接法探测的埋深探测精度优于直接法探测约20%。仪器性能完全可满足方案规定的探测要求。内
使用高档586微机、FOXPRO数据库和MicroStation95软件完成数据资料整理和综合管线图的绘图工作。
作业方法与流程
地下管线探测分为实地探查、管线点测量、内业资料整理、计算机编图、质量检查与审核、成果输出等。
3．2．1野外实地探查
根据已有管线资料，在对测区进行充分了解和踏勘基础上、全面分析现有各种管线资料后进行探测工作。管线探测工作本着从已经到未知、从简单到复杂的原则，因地制宜、灵活运用多种探测手段。
探测工作分为实地调查和仪器探测两部分，两部分可分开进行也可同时进行。管线调查即对所露出的地下管线及其附属设施进行调查、记录和量测，查清每条管线的走向和基本属性；仪器探测是对地下隐蔽管线用探测仪确定管线特征点在地面上的投影和埋设深度，具体方法为：
（1）广播感应法 适用于埋深较浅，且管道不太复杂的区域；
（2）直接连接法 适用于埋深较深，且管道较为复杂的区域；
（3）夹钳感应法 适用于有露头的地下次管线；
（4）综合探测法 适用于管线复杂、相互干扰严重、信号不稳定的区域。
3．2．1．1 埋深、管径和规格的量测
本工程的埋深对于压力管道（给水和煤气）指的是地面管线标志点至地下管线管顶的距离，以米为单位，量测至厘米；对于自流管道（排水）指的是管线地面标志点至管内底的距离，量测方法同上。
直埋电缆指的是地面管线点至管线顶部的距离；管沟管线的埋深指的是地面至管沟内底深，管块管线指的是地面管线点至其管块顶部的距离；明显管线点的埋深直接量取；隐蔽管线点使用探测仪采取三角法探测；圆形断面的管道量取其内径。注记为DMXXXX。以毫米为单位；矩形断面的管道量测其内部宽和高，注记为# # # # （m m） X # # # # ( mm ) ;上水、煤气、电力和通讯管线当特征点间距较远时，中间应加测直线点。
3.2.1.2 下管线点的标定
各类地下管线点均在外业调查表、工作手图及实地进行工作编号。工作点号的编号方法为：分组码+类型码+顺序号。
分组码用于区分不同作业组，采用大写英文字母。类型码采用大写英文字母。S代表上水；X代表排水；M代表煤气；D代表电力；T代表电讯和路灯。顺序号采用阿拉伯数字顺序编号。
管线点均设置地面标志，在水泥或沥青面上用红油漆标定；软土地面以铁钉或木桩等标定；不易寻找地区要在实地进行栓点。对于明显管线点，其点位标定在附属物的几何中心上；隐蔽管线点标定在探测仪探测的位置上，在点位附近写上工作点号，写在电线杆和墙上的点号要字迹工整、清楚，且不影响市容。
3．2．1．3 外业手图的编绘
外业探测的各类管线点要及时标注在手图上，在图上进行外业连线，并注明点号。所有管线用实线连接，不同管线有用不同颜色区分，并在管线上方标明管径和名称，如；上水为SФ200；排水为XФ300。
3．2．2 管线点测量
管线探查工作结束后，使用全丫仪+电子手簿（SHARP PCE500）进行管线探测点的点位测量工作，并记录测量点号和管线点的工作编号，观测值的记录由程序自动完成。外业调查表、工作手图、测点记录必须与实地标注点号一致。
3．2．3敬数据和图形处理
管线野外探测工作完成后，按照不同管线类型进行分类资料整理和综合管线图的编制，具体过程为：
检查外业记录手簿及草图的正确性、完整型和走向的合理性，计算管线点的三维坐标，生成坐标数据文件（TXT格式，包括各管线点的工作编号、X、Y和H）；
将管线点坐标数据通过程序转换为DGN格式的图形，用硫酸纸分类绘制工作编号图，工作编号图上标定管线点的点位和工作编号，用于内业整理工作；
根据野外探测记录、工作手图以及已有的管线资料，在工作编号图上逐条逐段用彩色笔进行连线，并进行永久点号和线号的编号工作，永久点号为6位数字码，其编号方法为：类型码+线号+点号。
类型码用大写英文字母表示，线号用3位数字表示，点号用2位数字表示。管线的分段按管网信息系统的要求进行，同属性的管线分为一段。在工作编号图上将每条管线的永久点号、管径、附属物以及流向标绘在图上。
管线连图整理工作完成后，即可进行计算机管线编图和管线数据表格填写工作。在MicroStation95上通过专门开发的管线编辑模块，按工作编号图进行管线图的编绘，管线图的成图要求按《城市地下管线探测技术规程》（CJJ61-94）执行，管线图编图完成后，与地形图进行套合，数字综合管线图，图形格式为DGN格式。
根据工作编号图、野外探测记录以及掌握的管线资料，按条分类填写《管线数据成果表》，成果表的格式按信息系统的管网数据交换格式制定。在FOXPRO上通过专门开发的软件完成管线表格数据的录入工作，表格中的坐标及高程项，根据工作编号由程序从管线点坐标数据文件中自动填写。
通过HP650CPLUS完成1：500综合管线图的绘图输出，图形文件以DGN格式存储在数据光盘上：管线成果表由激光打印机用A4复印纸打印，表格数据文件以DBF格式存储在光盘上；由程序自动生成TXT格式的管网数据交换文件，管网管理信息系统所使用。
4 质 量 检 查 与 审 核
管线探测的质量检查工作的主要环节为：
野外探测前，检查探测仪器的工作状况是否正常：野外记录检查，保证调查数据的准确性，外业手图绘制清楚，工作点号标定清楚。
管线图内业编绘完成后进行工作，检查连线、走向和编号正确性，错误点进行外业补测。
综合管线图编绘完成后，用绘检查图，交审核人员检查，包括野外巡查和图面检查。
管线成果表填写和计算机录入完后，由专人进行检查并签字。表中坐标数据的检查方法为：将成果中的坐标数据进行图形回放，与管线图进行套合检查，对错点进行修正。
重复设站检查管线点测量精度。
重复探测检查管线点探测误差。
选择具有代表性的隐蔽管线点进行开挖验证，检查管线探测的准确性，此项工作由甲方组织实施。
作业过程中牵涉到大量的数据文件，为保证各种数据（中间数据和成果数据）的有序管理，特制定作业中的《数据管理规定》。
5 结 束 语
地下管线控测是信息系统数据采集的主要方法，本文所讲座的方法为生产实在的总结，力求找到一种面向GIS应用的、实用高效的地下次管线信息采集。
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