CN111123402B - 一种管线探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了主动声源法结合钎探法，对埋地燃气中压和低压管网进行探测验证，借助阀井和钎探的深度数据，调整接收信号的强度，同时借助圆周盲测来获得管道的位置信息数据，并及时生成GIS数据，为燃气企业管网数据管理带来便利，也为城市的数据化、信息化提供有力保障。

Description

一种管线探测方法

技术领域

本发明属于燃气管道的探测领域，其目的是解决燃气管网数据完整性问题。

背景技术

国内城市燃气管网建设最早已有近百年历史，大部分城燃企业始建于上世纪七十年代。受当时建设条件、技术、设备方面的影响，城燃企业都不同程度存在竣工资料缺失问题。如华润燃气集团约有埋地管网十万公里，其中约三分之一数据在空间信息和属性信息方面期待完善。

埋地管网材质主要有铸铁管，钢管、PE管等。经过几十年的营运发展，铸铁管基本已改造，退出应用；针对钢管的探测技术已成熟，在此不讨论。本次主要解决埋地PE管的探测和数据准确性、完整性建设。

PE管因耐腐蚀、易施工等特点，在上世纪末的城市燃气工程中被广泛应用。但因其不导电、不导磁的特性，针对PE管的探测技术一直处于探索和验证阶段，并未形成实际应用。这为燃气管线日常维护管理工作带来不便。在当今数字化、信息化、智慧化快速发展的过程中，燃气企业为防止第三方破坏、提升本质安全水平、提升经济效益和管理效率、在管网日常维护管理中越来越重视管网中PE管准确定位问题。

目前PE管探测方法有：电磁法、地质雷达法、APL声波探测法、电子标签探测法、钎探和直接(微孔)开挖等。

电磁法——对有示踪线且示踪线连续无断点的PE管道，可采用电磁法，即将探测仪的发射机专用电缆线与待探测的目标管道示踪线相连结，保持良好的电性接触和接地条件，使目标管道示踪线带电产生磁场，保持与发射机相同的频率，沿管道前进方向左右搜寻，根据接收机上显示的目标管道产生的磁场信号强度，对目标管道进行定位追踪。实际施工中有示踪线的管道比较少。所以这个方法不能解决实际问题。

地质雷达法——无示踪线的管道，利用地质雷达在现场对拟测目标管道作横断面扫描，通过对电磁波图象的识别和解释来确定拟测目标管道的埋深和位置。该种方法容易受其它管线的干扰，不能准确判别燃气管线的位置，只能接合其它方法使用。

APL声波探测法——无示踪线的管道，利用APL声波管道探测仪在现场对拟测目标管道作横断面扫描，通过对声波图象的识别和解释来确定拟测目标管道的埋深和位置。受波长限制及地下复杂情况影响，该方法对燃气管网无针对性。

电子标签探测法——适用于预埋设电子标签的管线，其工作原理是将电子标志器埋设于管道上方，每个电子标志器内都存有一个唯一的识别代码，如同每个人的身份证号码一样。电子标志器内可以自定义储存管道的重要信息，如相对位置、埋深、管径、管材、防腐方式、管道压力、敷设日期、施工单位、维护记录等。在地面上使用定位设备(探测仪)就能很精确地定位电子标志器的位置，并可方便地读取电子标志器的识别代码和储存信息。这种方法对早年没有埋设电子标签的管道无法测出。

然而早年实际施工的大部分PE管，缺少完整的示踪线及电子标签，电磁法和电子标签探测法仍然无法探测出地下管线。而地质雷达法和APL声波探测法，对于同一部位有多种管线的情况，无法具体鉴定出是哪种管线，燃气PE管探测仍是一个技术难题，这也成为影响数据质量和完整性的主要因素。

发明内容

为解决上述问题，针对燃气管网的特定性质，共同研究利用主动声源法结合钎探法，对无某市和临某市多个区域的埋地燃气中压和低压管网进行探测验证，均能准确找到地下管网，并及时生成GIS数据，为燃气企业对管线的管理带来便利。也为城市的数据化、信息化提供有力保障。

为了实现上述目的，本发明提出用主动声源探测法结合钎探法解决埋地燃气管网探测方法，尤其适用于PE管道。

一种应用于埋地PE管探测的主动声源结合钎探的探测方法，其步骤包括：

步骤一、音频收发器选择200HZ-1000HZ之间的频率，发送音频信号，音频收发器接收信号，搜寻并记录最强信号的位置，并以该位置做抛物线状选取探测点进行探测，当选取的探测点的信号强度连线呈现拟抛物线状时，确定该点为真实的信号最强点位置时，以信号最强位置为圆点，以3-5米为半径，执行圆周探测；

沿圆周线进行探测，将音量最高的点标记为管线第一个位置点，把圆心点与第一个点连接起来；标记为管线的走向；沿管道标记走向探测时，若探测值小于预设最大幅度值，则标记该点为B，这时可在B点与上一个点之间执行检测，找出音量最高的点即为弯头所在位置；

当信号强度符合预设强度时，在与主管线垂直于主管线进行探测，找出信号最强的一个点后，在其延伸方向再找出第二个信号最强点，两点连成一条直线，用交汇法就可以定出三通点的位置。

很显然符合预设强度，可以一个区间范围表征，同时探测可以以等级递进的距离模式进行间隔探测，也可以等距离进行探测，取决于土壤条件和距离阀井的距离。

进一步，所述探测的方法，所述信号强度的大小与土壤和管线填埋深度存在关联关系，可以根据土壤和填埋深度，对预设的信号强度大小进行加权关联设置。

进一步，所述探测的方法，可以依据历史探测数据进行工作频率和收发距离执行校正。

所述方法进一步包括，信号强度的连续范围内，执行钎探，所述方法包括，所述钎探棒顶端具有防高压的涂层，中空，反馈力和反弹力通过钎探中的传感器，通过wifi信号反馈给音频收发器，通过反馈力的变化确定是否与PE管道接触，确定PE管道的深度。将反馈力反馈的深度与音频信号接收强度对应的深度参数执行加权，调整音频的参数。

进一步包括，通过阀门井放散口中设置，音频振动器将探测信号通过阀门井放散口进行传输，音频收发器执行信号的接收。所述接收信号的强度，以阀门井的探测接收距离为基准点和钎探探测的距离，来调整接收相同功率下，调整接收信号强度与管线深度的距离映射关系。

优先为包括，通过阀门井放散口设置音频振动器，将探测信号通过阀门井口进行传输，音频收发器执行信号的接收。所述接收信号的强度，以阀门井的探测接收距离为基准点和钎探探测的距离，来调整接收相同功率下，获得接收信号强度与管线深度的距离。所述音频振动器发送的频率信号与音频收发器发送的信号处于不同的频段。在接收信号微弱情形下，可以有音频收发器主要监测自身发送的信号以执行探测，也可以执行双信号探测，以校正信号最强点方位和深度。该方法优先为在探测前通过已有的管道校准探测的工作频率和收发距离，上述校正工作可以基于阀门井的深度信息。

所述方法还包括，探测前通过已有的管道校准探测的工作频率和收发距离，

所述方法进一步包括，对执行到的探测点执行编号以便录入数据库，所述编号模式为“物探组号+管类码+流水号”，编号数据唯一。管线生产模块依据上述编号生产管理模拟图。将获得的位置点的数据编码输入数据库，获取物探组号，根据物探组号获得任务名称，从而根据任务名称获得相应的电子地图，将管理码+流水号标记的管道位置点与电子地图的路径信息关联，并生产图层覆盖在电子地图层上。

附图说明

图1为直线探测法示意图；

图2为拐点探测示意图；

图3为三通探测示意图；

图4双放散阀门结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

测区开始探查前，对设备预先设置和一致性试验，保证所用仪器设备满足探测精度要求。

现场校验结束后应对校验结果进行评定，在校验结果全部满足以下条件时，探测仪可投入生产应用。

定位误差δts：≤±0.2h；

定深误差δth：≤±0.25

注：①h为地下管线的中心埋深，以厘米计；

②h＜100cm时，以h＝100cm代入计算。(仪器校验精度及自检精度要求必须高于验收开挖要求)

第二部分、地下管线探查

地下管线的探查，按其工作方式可分为实地调查和仪器探查。实地调查和仪器探测相结合，先从明显点着手，采用实地调查的方法测定明显点位置和深度，再采用仪器探测的方法确定隐蔽点定位定深。

1、探查编号和记录

管线点外业编号采用“物探组号+管类码+流水号”(0001至9999)组成，如：1TR001、2TR001等……，管线点外业编号要保证在一个测区内的唯一性，物探组号用阿拉伯数字，系统入库时，再进行统一替换。确保整个测区内物探点号的唯一性。

探查数据和管线的连接关系应在现场记录在探查工作草图上并及时录入到地下管线探查记录表数据库中。各数据项和记事项都应根据现场探查的实际结果和实际情况记录清楚，填写齐全，不得伪造数据。对隐蔽管线的规格、材质不能确认时，将其设置为预设属性，根据探测数据信号强弱执行系统匹配，选择最接近的信号材质属性，也可根据权属单位的调绘资料填写，但应在“地下管线探查记录表”的“备注栏”中注明数据来源。

生成管线探查草图

(1)探查草图应根据现场探查的结果按照道路、及管线绘制。

(2)地下管线草图生成内容应包括：管线连接关系、管线点编号、必要的管线注记及必要的放大示意图等。

(3)探查草图的管线点图式按《技术规程》中图式规定的要求进行表示，获取管线位置周边的物质，确定管线点与周围地物、管线点的相对位置信息。

(4)探查草图上的文字和数字注记应整齐、完整、图例、文字和数字注记内容应与探查记录一致。管线点编号尽量字头朝北，方便测绘和检查。

(5)探查组内、组间和各测区间绘制的探查草图应进行接边，其内容包括管线空间位置和管线属性。其中须探查到测区外10米。

(6)草图上现场记录燃气管道附属设施情况，管线及附属物本身的缺陷、地面环境及标识、对管线造成危险的安全隐患均应该记录并详细说明位置，如果遇到泄漏、燃气管道上方的第三方开挖等紧急危害，应及时联系燃气公司进行处理。

3、明显点实地调查

(1)对明显管线点(包括阀门井、调压箱、凝水缸、立管、架空出土点等附属设施)各种数据进行开井量测，并且用经检验的钢尺进行量测，读数至厘米，不能用钢尺直接量测时，应采用L尺在地面进行量测，L尺的长轴方向应保持与地面线垂直，读数时应在地面拉水平线，水平线与L尺长轴方向的交点即为读数起始位置，并填入相应的明显管线点调查表中。

表一双放散阀门对应的深度表

在PE管线探测过程中，阀井内部深度应该量取至管道中心与阀井口平面距离，阀井内部管道深度是重要参数，因此每个阀井均必须打开测量该管道深度。

⑵、在实地调查中应邀请管线权属单位的管线管理人员、巡线人员和当地的居民等熟悉管线情况的人员协助。

⑶、调查完毕后，确定用仪器探查的管线段，然后进入下一道管线探测工序。

执行PE管线探测

依据获得探测数据预先设置PE管线定位仪器，所述管线定位仪器可以是音频信号收发器，通过发送信号并予以接收获得信号来判别管线的位置。

根据不同管线探测的具体方法如下：

由于燃气PE管线定位仪在探测时需要与阀井的放散阀、入户登高管等管道外露处连接，在探测管线直线位置点时，首先根据管线外露部分判断管线走向，沿着管线走向以3米为一段间距，沿管线剖面找出高音量区作为管线位置点，然后依次找出下一个位置点，并依次做出标记。在无法确定管线的大致走向时，我们应该以接入点为圆心，以3-5米为半径，沿着圆周线盲找，找出音量最高的点标记为管线第一个位置点，把接入点与第一个点连接起来，就可以判断出管线大致走向如图1所示；在沿着管线探测时，如果走向出现轻微弯曲，在弯曲线附近应当减小探测间距，一般情况下由于声波在管道弯曲部位，震动气体与管壁摩擦加大，因此声音会异常响亮。

由于不同的土壤环境及管线填埋深度，信号强度会有所不同，在确定管线走向的情况下，选择信号强度相对较大的点作为管线位置点。为了确保管线点的准确性，通常会选取3个点，第三个点作为验证来确保管线在一条直线方向上如图1所示。信号的强度很显然可以以音量来表征。

在探测过程中，如果沿管道走向探测时，音量突然减弱，这时可在此点与上一个点之间详细监听，找出音量最高的点即为弯头所在位置。或者回到上一个点以此点为圆心，以3米为半径沿圆周线盲找，在找出音量最高点后，再以此点为圆心沿圆周，找出另一个音量最高的位置点，将这两点连成一条直线。在确定两条管线走向后，将这两条管线延伸交汇于一点，该点即可判定为管线的拐点。此外如果在沿圆周盲探时，没有遇到信号强点，可扩大探测半径寻找信号，如果确定无法找到信号源，可判定此处为管道终点，此时可以在上个点沿走向进行探测，找出信号最大点即为管道终点。

在燃气PE管道的敷设中，常有支线分出，在进行管道探测时，就需要确定出PE管道支线与主线连接的位置，即三通点的位置。声波信号在传输过程中，信号会逐渐衰减，遇到管道分支，信号强度会有所分散；但是当在三通位置点，由于空气震动体量增加，传播到路面的声音较周围也最为强烈。

探测三通点时，也可采用间接的几何交汇法；当我们发现疑似三通位置时(通常在遇到三通时，三通位置信号会异常强烈)，在与主管线垂直平行于主管线进行探测，找出信号最强的一个点后，在其延伸方向再找出第二个信号最强点，两点连成一条直线，用交汇法就可以定出三通点的位置。

通常在探测现场，大致确定管道走向后，在地上使用“石笔”垂直管道走向按等距标记出若干个探测点，形成一个探测剖面，分别使用接收机获取信号结果，并标记地上信号大小，以便分析结果，最终确定管道位置后，采用红油漆进行标记。

特殊环境情况下，采用主动声源探测法时，应该短距离内多测量几个截面，信号最强点的连线为管道正上方，且在换声源放散口时，两个探测接口位置应该至少重复三个探测点，以了解探测系统误差，并可以通过加权和自适应算法来消除误差。

实施例2

应用于实施例1中的前期获得预先设置数据，实施例2的方法为主动声源探测法结合钎探法解决埋地管探测，尤其适用于PE管道。

步骤一、音频收发器选择200HZ-1000HZ之间的频率，发送音频信号，音频收发器中的接收器接收信号，搜寻并记录最强信号的位置，并以该位置做抛物线状选取探测点进行探测，当选取的探测点的信号强度连线呈现拟抛物线状时，确定该点为真实的信号最强点位置时，以信号最强位置为圆点，以3-5米为半径，执行圆周探测；

具体可为：音频收发器器选择200HZ-1000HZ之间的频率，发送音频信号，音频收发器中的接收器接收信号，搜寻并记录最强信号的位置，当某一探测点A的强度落入预设区间时，以该探测点A为顶点以抛物线状选取探测点进行探测进行复核，当抛物线上选取的探测点的坐标值，距离A点的距离＝x，信号强度＝y，所选取的探测点的坐标值连线呈现拟抛物线状或以A点为拟波峰时，确定该点为真实的信号最强点位置时，以信号最强位置为圆点，以3-5米为半径，执行圆周探测；不局限于抛物线选点，也可以是以A点为顶点，等腰三角形选点。

可选的，在信号强度符合预设值的直线走向管径范围内，执行钎探探测，所述方法包括，所述钎探具有顶端具有防高压的涂层，所述钎探为中空，反馈力和反弹力通过钎探中的传感器，通过wifi信号反馈给音频收发器，通过反馈力的变化确定是否与PE管道接触，确定PE管道的深度。将反馈力反馈的深度与音频预设的深度参数加权，调整和校验音频参数。根据实测加权后的音频参数调整设置的发送频率。

沿圆周线进行探测，将音量最高的点标记为管线第一个位置点，把圆心点与第一个点连接起来；标记为管线的走向；沿管道标记走向探测时，若探测值小于预设最大幅度值，则标记该点为B，这时可在B点与上一个点之间执行检测，找出音量最高的点即为弯头所在位置；

当信号强度符合预设强度时，在与主管线垂直平行于主管线进行探测，找出信号最强的一个点后，在其延伸方向再找出第二个信号最强点，两点连成一条直线，用交汇法就可以定出三通点的位置。很显然符合预设强度，可以一个区间范围表征，同时探测可以以等级递进的距离模式进行间隔探测，也可以等距离进行探测，取决于土壤条件和距离阀井的距离。

所述探测的方法，所述信号强度的大小与依据土壤和管线填埋深度进行加权关联设置。

所述探测的方法，可以依据历史探测数据进行工作频率和收发距离执行校正。

所述方法，进一步包括，通过阀门井放散口设置音频振动器，将探测信号通过阀门井放散口进行传输，音频收发器执行信号的接收。所述接收信号的强度，以阀门井的探测接收距离为基准点和钎探探测的距离，来调整接收相同功率下，获得接收信号强度与管线深度的距离。所述音频振动器发送的频率信号与音频收发器发送的信号处于不同的频段。在接收信号微弱情形下，可以有音频收发器主要监测自身发送的信号以执行探测，也可以执行双信号探测，以校正信号最强点方位和深度。该方法优先为在探测前通过已有的管道校准探测的工作频率和收发距离，上述校正工作可以基于阀门井的深度信息。

所述方法进一步包括，对执行到的探点执行编号以便录入数据库，所述编号模式为“物探组号+管类码+流水号”，编号数据唯一。管线生产模块依据上述编号生产管理模拟图。将获得的位置点的数据编码输入数据库，获取物探组号，根据物探组号获得任务名称，从而根据任务名称获得相应的电子地图，将管理码+流水号标记的管道位置点与电子地图的路径信息关联，并生成的图层覆盖在电子地图层上。

实验的验证结果

本次试验路段位于某市锡祥路(某锡路-某祥路)，道路长度约329米，信号源接入点位于某锡路与某祥路路口控制阀井，井深1.52米，该路段燃气管道大概建于2000年，缺少竣工图纸及详细资料，未录入GIS系统。

本次试验首先使用主动声源探测和钎针法确定燃气PE管线的水平位置，通过现场多次测量，确保燃气PE管道的水平位置精度误差在30cm之内，在土质介质中，直接使用钎探法触碰管道上表面，获得管道准确的深度。

现场技术员使用主动声源探测法盲探，于当天上午全部完成两个阀井之间管线探测，完成探测长度约329米，并找出进入某有限公司支线管道的三通位置及进入院墙内的支线管。

现场使用现场开挖进行验证，技术人员根据现场信号值探测管道深度为0.9m，实际深度为1.00m，触碰管道的位置与探测点水平误差5cm，探测深度和水平位置误差均小于10cm，符合探测精度要求。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

应当理解的是，本申请的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本申请的原理，而不构成对本申请的限制。因此，在不偏离本申请的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。此外，本申请所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (6)

1.一种管线的探测方法，其特征在于：

步骤一、音频收发器选择200HZ-1000HZ之间的频率，发送音频信号，音频收发器中的接收器接收信号并寻找最强信号的初始位置点，当某一探测点A的强度落入预设强度区间时，以该探测点A为顶点以抛物线状选取探测点进行探测进行复核，抛物线上选取的探测点的坐标值为：距离A点的距离＝x，信号强度＝y；当所选取的探测点的坐标值连线呈现拟抛物线状或以A为拟波峰时，确定该A点为真实的信号最强初始位置点，并以该信号最强位置为圆心点，以3-5米为半径，执行圆周探测，否则继续探测寻找最强信号的初始位置点；

步骤二、沿圆周线进行探测，将信号强度处于预设强度区间的点标记为管线第一个位置点，把圆心点与第一个位置点连接起来；标记为管线的走向；沿管线标记走向，以间隔距离继续探测，并标记落在区间内的点时，若探测的信号强度小于预设最小预设值，则标记该点为B，这时可在B点与上一个落在预设区内的点之间执行检测，找出信号强度最高的点即为弯头所在位置；当信号强度处于预设强度区间时，在与主管线垂直平行于主管线进行探测，找出信号最强的一个点后，在其延伸方向再找出第二个信号最强点，两点连成一条直线，用交汇法定出三通点的位置；

其中，在沿管线的走向探测时，在信号强度符合预设值的直线走向管径范围内，则执行钎探探测，所述钎探的顶端具有防高压的涂层，所述钎探为中空，反馈力和反弹力通过钎探中的传感器，通过wifi信号反馈给音频收发器，通过反馈力的变化确定是否与管线接触，并确定管线的深度；将反馈力反馈的深度与音频信号探测的深度进行加权，并调整信号强度与深度的映射关系；

在阀门井放散口中设置音频振动器，将探测信号通过阀门井放散口进行传输，音频收发器执行信号的接收；所述接收信号的预设强度区间，依据阀门井的探测深度为基准点结合钎探探测的距离进行设置；音频收发器在相同发送功率下，获得接收信号强度与管线深度的距离；所述音频振动器发送的频率信号与音频收发器发送的信号处于不同的频段；音频收发器监测自身发送的信号的同时也接收音频振动器发送的信号，以执行双信号探测；

所述探测信号获得管线的位置点，执行编码，采用“物探组号+管类码+流水号”，所述位置点的编号数据唯一；

将获得的位置点的数据编码输入数据库，获取物探组号，根据物探组号获得任务名称，从而根据任务名称获得相应的电子地图，将管理码+流水号标记的管线位置点与电子地图的路径信息关联，并生成的图层，将生成的图层覆盖在电子地图层上。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号强度的预设强度区间与土壤和管线填埋深度相关。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，信号发送频率、信号强度和收发距离，依据历史探测数据执行校正。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在音频振动器信号接收微弱时，音频收发器中止音频振动器信号的接收，增大音频收发器自身的信号强度，仅执行自身发送信号的接收。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述信号强度的监测由处理器来执行完成。

6.如权利要求1-5中任一权利要求的方法，其特征在于，所述管线是PE管线。

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