CN105353414A

CN105353414A - 一种管道探测方法及系统

Info

Publication number: CN105353414A
Application number: CN201510689916.7A
Authority: CN
Inventors: 陈欢欢; 杨继伟; 周熙人; 胡云斌
Original assignee: University of Science and Technology of China USTC
Current assignee: University of Science and Technology of China USTC
Priority date: 2015-10-22
Filing date: 2015-10-22
Publication date: 2016-02-24
Anticipated expiration: 2035-10-22
Also published as: CN105353414B

Abstract

本发明公开了一种管道探测方法及系统，包括将包括一组信号发射装置和至少一组信号接收装置的信号收发装置在预设待测区域内进行移动，信号发射装置在移动过程中发射低频交流信号，信号接收装置在移动过程中实时接收低频感应信号并发送至与其对应的信号处理单元；一组信号发射装置包括两个信号发射端子，分别与低频交流信号源的两极相连；每组信号接收装置包括两个信号接收端子，并对称放置于两个信号发射端子之间以及两个信号发射端子的垂直平分线的两侧；信号处理单元依据低频感应信号得到低频处理信号并发送至中央数据处理单元；中央数据处理单元依据低频处理信号的信号强度得到管道的方向和深度。本发明对管道进行探测时无损且准确性高。

Description

一种管道探测方法及系统

技术领域

本发明涉及地下管道探测技术领域，特别是涉及一种管道探测方法。本发明还涉及一种管道探测系统。

背景技术

随着城市化进程的加快，城市建设需要对很多地方进行改造，其中就包括对地下工程的改造工作，在这些工程中通常需要挖开地面进行操作。由于城市地下有着复杂的管网系统，如果在施工过程中损坏管道设施，就会影响相关工作的顺利进行，甚至可能会造成无法估量的经济损失。因此，在对地下工程进行改造之前，需要首先对地下管道的位置进行探测。

目前，常见的管道探测方式有地面穿透雷达(GPR)、声波探测、主动电磁场等。

其中，地面穿透雷达探测是用高频无线电波来确定介质内部物质分布规律的一种探测方法，它在探测中根据电磁脉冲在介质中的传播规律来判断介质中的物质成分。地面穿透雷达采用电磁波进行探测，而电磁波在地下介质中的传播，受介电常数、电导率和磁导率的综合影响，其中介电常数的作用相对比较大。由于地表的气候条件变化较快，而地面的干湿情况对介电常数影响较大，所以地面的干湿将严重影响探测结果，准确性差。同时地面穿透雷达还有成本高昂、探测结果分析很难满足实时性要求、后期处理数据费用较高、操作不方便等缺点。

声波探测是一种通过在管道上加载声波信号，然后使用接收器在地面接收相关信号，再根据接收到的信号来判断管道位置的方法。

主动电磁场方式跟声波探测方式类似，不过主动电磁场方式还可以采用感应式方式发送信号，但是主动电磁场方式只能用来探测金属管道。且声波探测方式和主动电磁场方式都需要在探测前找到一节裸露的管道，即这两种方式全为接触式探测方式，因此可能会对管道造成一定的损伤。

因此，如何提供一种无损且准确性高的管道探测方法及系统是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种无损且准确性高的管道探测方法；本发明的另一目的是提供一种管道探测系统。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种管道探测方法，用于地下管道探测，包括：

将包括位于同一平面内的一组信号发射装置和至少一组信号接收装置的信号收发装置在预设待测区域内与所述预设待测区域保持相同的相对距离进行移动，同时，所述信号发射装置在移动过程中发射低频交流信号，所述信号接收装置在移动过程中实时接收低频感应信号，并将所述低频感应信号发送至与其对应的信号处理单元；

其中，一组所述信号发射装置中包括两个所述信号发射端子，且分别与低频交流信号源的两极相连；每组所述信号接收装置中包括两个所述信号接收端子，并对称放置于两个所述信号发射端子之间以及两个所述信号发射端子的垂直平分线的两侧；

所述信号处理单元对所述低频感应信号进行处理，得到低频处理信号并发送至中央数据处理单元；

所述中央数据处理单元对所述低频处理信号进行处理，得到信号强度；

所述中央数据处理单元依据所述信号强度得到所述管道的方向和深度。

优选地，所述中央数据处理单元依据所述信号强度得到所述管道的方向的过程具体为：

依据所述信号强度得到信号强度图，当所述信号强度图中出现两个波峰中间夹一个波谷的情况时，依据两个所述波峰和所述波谷确定所述管道的方向。

优选地，所述中央数据处理单元依据所述信号强度得到所述管道的深度的过程具体为：

所述中央数据处理单元依据所述信号强度的最大值与最小值的比值得到所述管道的深度。

优选地，

所述信号处理单元对所述低频感应信号进行处理包括：

所述信号处理单元对所述低频感应信号进行差分放大处理和滤波处理。

优选地，所述信号收发装置在所述预设待测区域内按照预设探测轨迹进行移动。

优选地，所述预设探测轨迹为S形。

为解决上述问题，本发明还提供了一种管道探测系统，用于地下管道探测，包括：

信号收发装置，所述信号收发装置包括位于同一平面内的一组信号发射装置和至少一组信号接收装置，用于在预设待测区域内与所述预设待测区域保持相同的相对距离进行移动，同时，所述信号发射装置用于在移动过程中发射低频交流信号，所述信号接收装置用于在移动过程中实时接收低频感应信号，并将所述低频感应信号发送至与其对应的信号处理单元；

所述信号处理单元，用于对所述低频感应信号进行处理，得到低频处理信号并发送至中央数据处理单元；

所述中央数据处理单元，用于对所述低频处理信号进行处理，得到信号强度；还用于依据所述信号强度得到所述管道的方向和深度。

优选地，所述信号处理单元包括：

差分放大电路，用于对所述低频感应信号进行放大处理，得到低频放大信号并发送至滤波器；

所述滤波器，用于对所述低频放大信号进行滤波处理，得到所述低频处理信号并发送至所述中央数据处理单元。

优选地，所述管道为塑料管或陶瓷管或金属管。

优选地，所述信号发射端子和/或信号接收端子为金属板。

本发明提供了一种管道探测方法及系统，用于地下管道探测，尤其适用于对浅层地下管道的探测，该方法采用低频交流信号进行探测，并不与管道进行接触，因此不会对探测区域造成损伤。

另外，该方法充分利用土壤和管道的不同的电气特性，受土壤环境的影响较小，且至少一组的信号接收装置在移动过程中实时接收低频感应信号，并将低频感应信号通过信号处理单元发送至中央数据处理单元后，中央数据处理单元根据接收到的低频处理信号即可得到管道的方向和深度，准确性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种管道探测方法的过程的流程图；

图2为本发明提供的一种管道探测方法的地下剖面示意图；

图3为本发明提供的一种管道探测方法的等效电路图；

图4为本发明提供的一种管道探测方法中信号接收装置在移动过程中中央数据处理单元得到的信号强度的示意图；

图5为本发明提供的一种管道探测系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种无损且准确性高的管道探测方法；本发明的另一核心是提供一种管道探测系统。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种管道探测方法，用于地下管道探测，参见图1所示，图1为本发明提供的一种管道探测方法的过程的流程图；该方法包括：

步骤s101：将包括位于同一平面内的一组信号发射装置和至少一组信号接收装置的信号收发装置在预设待测区域内与预设待测区域保持相同的相对距离进行移动，同时，信号发射装置在移动过程中发射低频交流信号，信号接收装置在移动过程中实时接收低频感应信号，并将低频感应信号发送至与其对应的信号处理单元；

作为优选地，这里的低频交流信号的频率的范围为1kHz～500kHz。当然，此范围仅为优选方案，本发明对低频交流信号的频率是否位于此范围内并不做特别限定。

其中，为了保证信号发射装置和信号接收装置位于同一平面，可以将信号发射装置和信号接收装置设置在同一块大小合适的绝缘板上。

其中，一组信号发射装置中包括两个信号发射端子，且分别与低频交流信号源的两极相连；每组信号接收装置中包括两个信号接收端子，并对称放置于两个信号发射端子之间以及两个信号发射端子的垂直平分线的两侧；

另外，这里的信号发射端子和/或信号接收端子均可以为金属板。由于信号发射端子和信号接收端子结构简单，因此成本低，操作简便，当然，本发明对信号发射端子和/或信号接收端子的具体形状和构造并不限定。

可以理解的是，由于地下可能会存在石块等物质，影响信号的传输，产生与管道类似的效果，造成误差，因此，这里设置多组信号接收装置的话，就可以减小低频感应信号中的随机噪声带来的影响，从而减小误差。

作为优选地，这里的信号收发装置在预设待测区域内按照预设探测轨迹进行移动，这里的预设探测轨迹可以为S形。

可以理解的是，设置预设探测轨迹的目的是为了使信号收发装置的探测点能够覆盖整个预设待测区域，同时避免重复探测造成的时间和精力的浪费。当然，这里的预设探测轨迹也可为其他形状，本发明对此不作限定，只要设置的预设探测轨迹合理并能够覆盖整个预设待测区域即可。

当然，本发明对是否设置预设探测轨迹也不做特别限定。

步骤s102：信号处理单元对低频感应信号进行处理，得到低频处理信号并发送至中央数据处理单元；

其中，这里的处理包括差分放大处理和滤波处理。

可以理解的是，由于信号接收装置为非接触式接收，信号接收装置与管道之间的距离以及信号接收装置与管道之间的介质均会减弱接收到的低频感应信号，因此，需要放大低频感应信号，同时，还需要滤除杂波和没有作用的影响信号，使得到的管道的位置更为准确。

并且，由于每组信号接收装置包括两个信号接收端子，且每组信号接收端子与一个信号处理单元相连，因此需要采用差分放大处理，且此时的差分放大电路应为双输入单输出的类型。

步骤s103：中央数据处理单元对低频处理信号进行处理，得到信号强度；

其中，这里的中央数据处理单元依据相关算法对低频处理信号进行处理，本发明对采用的算法类型不做限定，工作人员可根据实际情况自行决定。

步骤s104：中央数据处理单元依据信号强度得到管道的方向和深度。

可以理解的是，信号发射装置发射低频交流信号后，两个信号发射端子和大地相连形成一个回路，由于土壤和管道具有不同的电气特性，因此土壤中的管道会改变该处土壤的导电特性。

参见图2和图3所示，图2为本发明提供的一种管道探测方法的地下剖面示意图，该示意图为非金属管道的示意图，当管道为金属管道时，对电场的影响情况与图2中所示不同，但仍可采用该方法来进行探测；

图3为本发明提供的一种管道探测方法的等效电路图，其中C1、C2、C3、C4为接触电容，Z1、Z2、Z3、Z4、Z5为等效阻抗，其中C1和Z1为一组、C4和Z4为一组分别表示一组信号发射装置中的两个信号发射端子与地面的接触电容和该处土壤的等效阻抗，C2和Z2为一组，C3和Z3为一组分别表示一组信号接收装置中的两个信号接收端子与地面的接触电容和该处土壤的等效阻抗，即图3为仅有一组信号接收装置时的等效电路图；当有管道位于信号接收装置下方时，会改变所在区域的电场，从而改变此处的等效阻抗，进而改变信号接收装置接收到的信号强度。

另外，通过信号强度的变化情况，即可推断出管道的方向。参见图4所示，图4为本发明提供的一种管道探测方法中信号接收装置在移动过程中中央数据处理单元得到的信号强度的示意图，其中x轴表示探测位置，y轴表示信号强度。信号收发装置移动过程中，当每组信号接收装置中的第一个信号接收端子逐渐接近管道上方时，接收到的信号强度会逐渐增强，当第一个信号接收端子到达管道正上方时，信号强度出现最大值；当继续移动使管道位于每组信号接收装置中的两个信号接收端子之间时，信号强度出现最小值；当继续移动使每组信号接收装置中的第二个信号接收端子逐渐接近管道上方时，接收到的信号强度又逐渐增强，当第二个信号接收端子到达管道正上方时，信号强度又出现最大值；当第二个信号接收端子逐渐远离管道上方时，信号强度则又逐渐降低。因此，通过判断信号强度出现最大值的位置，即可得到管道的方向。

因此，中央数据处理单元依据信号强度得到管道的方向的具体过程为：

依据信号强度得到信号强度图，当信号强度图中出现两个波峰中间夹一个波谷的情况时，依据两个波峰和波谷确定管道的方向。

进一步可知，这里的中央数据处理单元依据信号强度得到管道的深度的过程具体为：

中央数据处理单元依据信号强度的最大值和最小值的比值得到管道的深度。其中，当比值较大时，表明管道的深度较浅；当比值较小时，表明管道的深度较深。

可以理解的是，由于该方法利用的是土壤和管道的电气特性的不同，受土壤环境的影响较小，因此，在浅层地表和土壤湿度较大的环境能够很好地进行探测。

本发明提供了一种管道探测方法，用于地下管道探测，该方法采用低频交流信号进行探测，并不与管道进行接触，因此不会对探测区域造成损伤。

另外，该方法充分利用土壤和管道的不同的电气特性，受土壤环境的影响较小；且至少一组的信号接收装置在移动过程中实时接收低频感应信号，并将低频感应信号通过信号处理单元发送至中央数据处理单元后，中央数据处理单元根据接收到的低频处理信号即可得到管道的方向和深度，准确性高，且对探测结果的分析具有实时性；同时，由于信号发射端子和信号接收端子结构简单，因此成本低，操作简便。

本发明还提供了一种管道探测系统，用于地下管道探测，参见图5所示，图5为本发明提供的一种管道探测系统的结构示意图；该系统包括：

信号收发装置201，信号收发装置201包括位于同一平面内的一组信号发射装置和至少一组信号接收装置，用于在预设待测区域内与预设待测区域保持相同的相对距离进行移动，同时，信号发射装置用于在移动过程中发射低频交流信号，信号接收装置用于在移动过程中实时接收低频感应信号，并将低频感应信号发送至与其对应的信号处理单元202；

作为优选地，这里的管道可以为塑料管或者陶瓷管或金属管。当然，本发明对管道的材质并不做特别限定。

另外，这里的信号发射端子和/或信号接收端子均可以为金属板。由于信号发射端子和信号接收端子结构简单，因此成本低，操作简便，当然，本发明对此并不限定。

信号处理单元202，用于对低频感应信号进行处理，得到低频处理信号并发送至中央数据处理单元203；

其中，这里的信号处理单元202包括：

差分放大电路，用于对低频感应信号进行放大处理，得到低频放大信号并发送至滤波器；

可以理解的是，由于每组信号接收装置中包括两个信号接收端子，因此这里的差分放大电路应采用双输入单输出的类型。

滤波器，用于对低频放大信号进行滤波处理，得到低频处理信号并发送至中央数据处理单元203。

另外，该系统还包括：

多路信号采集器204，用于接收滤波器生成的低频处理信号，并发送至中央数据处理单元203。

中央数据处理单元203，用于对低频处理信号进行处理，得到信号强度；还用于依据信号强度得到管道的方向和深度。

本发明提供了一种管道探测系统，用于地下管道探测，该系统采用低频交流信号进行探测，并不与管道进行接触，因此不会对探测区域造成损伤。

另外，该系统充分利用土壤和管道的不同的电气特性，受土壤环境的影响较小，且至少一组的信号接收装置在移动过程中实时接收低频感应信号，并将低频感应信号通过信号处理单元发送至中央数据处理单元后，中央数据处理单元根据接收到的低频处理信号即可得到管道的方向和深度，准确性高。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种管道探测方法，用于地下管道探测，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中央数据处理单元依据所述信号强度得到所述管道的方向的过程具体为：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中央数据处理单元依据所述信号强度得到所述管道的深度的过程具体为：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号处理单元对所述低频感应信号进行处理包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号收发装置在所述预设待测区域内按照预设探测轨迹进行移动。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述预设探测轨迹为S形。

7.一种管道探测系统，用于地下管道探测，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述信号处理单元包括：

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述管道为塑料管或陶瓷管或金属管。

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述信号发射端子和/或信号接收端子为金属板。