CN112596100B - 一种基于声波探测的管道位置检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于声波探测的管道位置检测方法，通过在第一阀门井内设置声波发射装置，声波发射装置发射声波并通过管道传播，接收机在待施工位置的地面上沿水平面任意一条直线等间距采集声波传播时间，确定待施工位置的燃气管道的水平坐标点，并通过声波传播最少时间及声波传播最多时间进一步计算出燃气管道埋设深度，进而确定待施工位置的燃气管道的三维位置。检测过程简单，且检测精度高。

Description

一种基于声波探测的管道位置检测方法

技术领域

本发明涉及管道位置的检测方法，尤其涉及一种基于声波探测的管道位置检测方法。

背景技术

PE燃气管由于其低廉的造价、良好的抗腐蚀、抗衰老等性能，在燃气管网建设中被普遍使用。由于城市中越来越多的PE燃气管道采用非开挖顶管技术进行铺设，或因城市建设在原来直埋的燃气管道上加厚了覆土层，使得管道埋深超过了3米以上，同时早期采用非开挖定向钻铺设的管道，由于历史原因图纸资料不齐全不准确，当新建管道进行施工作业时，给现有燃气管道安全运营管理带来巨大挑战。因此需要对待施工位置的现有PE燃气管进行定位，现有的定位方法为采用常规重磁电震等物理方法来进行定位，但该方法定位精度不高，误差较大。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种基于声波探测的管道位置检测方法，可精确计算出待施工位置的埋地燃气管道的三维位置。

本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提供了一种基于声波探测的管道位置检测方法，包括以下步骤：

S1、声波发射装置在第一阀门井内，声波发射装置发射声波并通过管道传播，接收机在待施工位置的地面上沿水平面任意一条直线等间距采集声波传播时间，声波传播时间为声波从声波发射装置到接收机第一次接收到的时间，将采集的多个声波传播时间分别设为Ti(i＝1,2,3……)，i为沿水平方向按顺序设置的接收机采集点的标号，待施工位置的燃气管道的水平坐标点A即为声波传播时间最少的采集点，将所述声波传播最少时间设为Tm，将所述采集点中声波传播用时最多的采集点所用时间设为Tn；

S2、将接收机放置在第二阀门井内燃气管道上，测量出第一阀门井与第二阀门井之间的距离X，同时测量出声波从第一阀门井内发射到第二阀门井内接收在管道中传播所用时间T0，计算出声波信号在管道内传播速度V，V＝X÷T0；

S3、测量出燃气管道的水平坐标点A与第一阀门井中声波发射装置在水平方向上的距离L，L即为燃气管道的水平坐标点A与声波发射装置之间的管道长度，同时测量出声波传播用时最多的采集点与燃气管道的水平坐标点A之间的距离D，计算出管道埋设深度H：

S4、通过管道埋设深度H及燃气管道的水平坐标点A即可确认待施工位置的埋地燃气管道的三维位置。

在以上技术方案的基础上，优选的，S1中两相邻采集点之间的距离小于或等于管道直径。

更进一步优选的，S1中两相邻采集点之间的距离为管道半径。

在以上技术方案的基础上，优选的，S1中对采集的声波传播时间Ti按照时间长短进行排序，且对相邻的声波传播时间Ti求差值，差值最小的两个声波传播时间所对应的两个采集点的中间点设置为A1，声波传播时间最少的采集点设置为B1，待施工位置的燃气管道的水平坐标点A即为A1及B1的中间点，接收机在A1及B1的中间点进行声波传播时间的采集，采集到的时间设为新的Tm。

另一方面，本发明还提供了一种基于声波振动的管道位置检测系统，包括声波发射模块及声波接收模块，所述声波发射模块设置在第一阀门井中的管道端口处，用于产生声波并且在管道内传播，所述声波接收模块用于接收声波并计时。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述声波发射模块包括声波发射器及信号发射器，声波发射器与信号发射器电连接，声波发射器与管道端口连接用于传播产生的脉冲声波，信号发射器用于在声波发射器启动时发射射频信号。

更进一步优选的，所述声波接收模块包括声波放大器、拾音器、计时器及显示器，所述声波放大器依次连接置拾音器、计时器及显示器，声波放大器用于对声波进行放大，拾音器用于对放大后的声波进行接收，计时器用于接收声波发射模块发出的射频信号并开始计时，计时器在拾音器收到声波信号则停止计时。

本发明的一种基于声波探测的管道位置检测方法相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)本发明的一种基于声波探测的管道位置检测方法，检测过程简单，且检测精度高；

(2)本发明的一种基于声波探测的管道位置检测方法，通过将两相邻检测点之间的距离设置为小于或等于管道直径，由于待施工位置的燃气管道正上方的声波传播时间最少，如此可以使声波传播时间最少的采集点更靠近待施工位置的燃气管道正上方，检测更准确，误差不会大于管道直径。

(3)本发明的一种基于声波探测的管道位置检测方法，通过将采集的声波传播时间Ti按照时间长短进行排序，且对相邻的声波传播时间Ti求差值，差值最小的两个声波传播时间所对应的两个采集点的中间点设置为A1，声波传播时间最少的采集点设置为B1，待施工位置的燃气管道的水平坐标点A即为A1及B1的中间点，接收机在A1及B1的中间点进行声波传播时间的采集，采集到的时间设为新的Tm，由于待施工位置的燃气管道两侧等距离的位置声波传播时间一致，因此如果存在差值为零的两个声波传播时间，则其所对应的两个采集点的中间点为待施工位置的燃气管道的水平坐标点，差值最小的两个声波传播时间所对应的两个采集点的中间点A1可对声波传播时间最少的采集点B1进行修正，使B1根接近待施工位置的燃气管道的水平坐标点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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为本发明的一种基于声波探测的管道位置检测方法的方法流程图；

图2为本发明的一种基于声波探测的管道位置检测方法的声波发射装置及接收机的示意图；

图3为本发明的一种基于声波探测的管道位置检测方法的多个采集点所对应的多个声波传播时间；

图4为本发明的一种基于声波振动的管道位置检测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，本发明的一种基于声波探测的管道位置检测方法，包括以下步骤：

S1、声波发射装置10在第一阀门井内，声波发射装置10发射声波并通过管道传播，接收机20在待施工位置的地面上沿水平面任意一条直线等间距采集声波传播时间，声波传播时间为声波从声波发射装置10到接收机20第一次接收到的时间，将采集的多个声波传播时间分别设为Ti(i＝1,2,3……)，i为沿水平方向按顺序设置的接收机20采集点的标号，待施工位置的燃气管道3的水平坐标点A即为声波传播时间最少的采集点，将所述声波传播最少时间设为Tm，将所述采集点中声波传播用时最多的采集点所用时间设为Tn；

S2、将接收机20放置在第二阀门井内燃气管道3上，测量出第一阀门井与第二阀门井之间的距离X，同时测量出声波从第一阀门井内发射到第二阀门井内接收在管道中传播所用时间T0，计算出声波信号在管道内传播速度V，V＝X÷T0；

S3、测量出燃气管道3的水平坐标点A与第一阀门井中声波发射装置10在水平方向上的距离L，L即为燃气管道3的水平坐标点A与声波发射装置10之间的管道长度，同时测量出声波传播用时最多的采集点与燃气管道3的水平坐标点A之间的距离D，计算出管道埋设深度H：

S4、通过管道埋设深度H及燃气管道3的水平坐标点A即可确认待施工位置的埋地燃气管道3的三维位置。

该方法通过在第一阀门井内设置声波发射装置10，声波发射装置10发射声波并通过管道传播，接收机20在待施工位置的地面上沿水平面任意一条直线等间距采集声波传播时间，确定待施工位置的燃气管道3的水平坐标点，并通过声波传播最少时间及声波传播最多时间进一步计算出燃气管道3埋设深度，进而确定待施工位置的燃气管道3的三维位置。检测过程简单，且检测精度高。

由于待施工位置的燃气管道3两侧的声波传播时间大于待施工位置的燃气管道3正上方，因此声波传播时间最少的采集点最为接近待施工位置的燃气管道3的水平坐标点A。

由于声波在管道表面的传播速度远大于在土壤中的传播速度，因此声波传播传播路径为先在管道上传播至待施工位置正下方的燃气管道3上，然后再从燃气管道3表面通过土壤传播至上方接收机20。

由于管道可能并非一条直线，第一阀门井与第二阀门井之间的距离X会小于第一阀门井内到第二阀门井的管道的长度，因此声波信号在管道内传播速度V测量值有一定误差，同时由于管道位置不确定，因此燃气管道3的水平坐标点A与第一阀门井中声波发射装置10在水平方向上的距离与燃气管道3的水平坐标点A与声波发射装置10之间的管道长度之间存在误差，但由于管道表面的声波传播速度极快，因此存在的误差对管道埋设深度H的影响不大，L除以V的数值主要为对Tm及Tn进行修正。

为使检测更准确，更具体的，S1中两相邻采集点之间的距离小于或等于管道直径。通过将两相邻检测点之间的距离设置为小于或等于管道直径，由于待施工位置的燃气管道3正上方的声波传播时间最少，两侧用时越来越多，如此可以使声波传播时间最少的采集点更靠近待施工位置的燃气管道3正上方，检测更准确，误差不会大于管道直径。

为使检测更准确，更具体的，S1中两相邻采集点之间的距离为管道半径。如此可以使声波传播时间最少的采集点更靠近待施工位置的燃气管道3正上方，检测更准确，同时检测过程不会太麻烦。

为使检测更准确，更具体的，采集的声波传播时间Ti按照时间长短进行排序，且对相邻的声波传播时间Ti求差值，差值最小的两个声波传播时间所对应的两个采集点的中间点设置为A1，声波传播时间最少的采集点设置为B1，待施工位置的燃气管道3的水平坐标点A即为A1及B1的中间点，接收机20在A1及B1的中间点进行声波传播时间的采集，采集到的时间设为新的Tm。由于待施工位置的燃气管道3两侧等距离的位置声波传播时间一致，因此如果存在差值为零的两个声波传播时间，则其所对应的两个采集点的中间点为待施工位置的燃气管道3的水平坐标点，差值最小的两个声波传播时间所对应的两个采集点的中间点A1可对声波传播时间最少的采集点B1进行修正，使B1根接近待施工位置的燃气管道3的水平坐标点。

本发明S1还存在一种测量方法，S1、声波发射装置10在第一阀门井内，声波发射装置10发射声波并通过管道传播，接收机20在待施工位置的地面上沿水平面任意一条直线等间距采集声波传播时间，将采集的多个声波传播时间分别设为Ti(i＝1,2,3……)，i为沿水平方向按顺序设置的接收机20采集点的标号，对采集的声波传播时间Ti按照时间长短进行排序，且对相邻的声波传播时间Ti求差值，如存在差值为0，差值为0的两个声波传播时间所对应的两个采集点的中间点设置为A1，如不存在差值为0，差值最小的两个声波传播时间所对应的两个采集点的中间点设置为A1，待施工位置的燃气管道3的水平坐标点A即为A1，接收机20在A1进行声波传播时间的采集，采集到的时间设为新的Tm，将所述采集点中声波传播用时最多的采集点所用时间设为Tn；

如图4所示，本发明还提供了一种基于声波探测的管道位置检测系统，包括声波发射模块及声波接收模块，所述声波发射模块设置在第一阀门井中的管道端口处，用于产生声波并且在管道内传播，所述声波接收模块用于接收声波并计时。

所述声波发射模块包括声波发射器及信号发射器，声波发射器与信号发射器电连接，声波发射器与管道端口连接用于传播产生的脉冲声波，信号发射器用于在声波发射器启动时发射射频信号。

所述声波接收模块包括声波放大器、拾音器、计时器及显示器，所述声波放大器依次连接置拾音器、计时器及显示器，声波放大器用于对声波进行放大，拾音器用于对放大后的声波进行接收，计时器用于接收声波发射模块发出的射频信号并开始计时，计时器在拾音器收到声波信号则停止计时。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于声波探测的管道位置检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、声波发射装置在第一阀门井内，声波发射装置发射声波并通过管道传播，接收机在待施工位置的地面上沿水平面任意一条直线等间距采集声波传播时间，声波传播时间为声波从声波发射装置到接收机第一次接收到的时间，将采集的多个声波传播时间分别设为Ti(i＝1,2,3……)，i为沿水平方向按顺序设置的接收机采集点的标号，待施工位置的燃气管道的水平坐标点A即为声波传播时间最少的采集点，将所述声波传播最少时间设为Tm，将所述采集点中声波传播用时最多的采集点所用时间设为Tn；

S2、将接收机放置在第二阀门井内燃气管道上，测量出第一阀门井与第二阀门井之间的距离X，同时测量出声波从第一阀门井内发射到第二阀门井内接收在管道中传播所用时间T0，计算出声波信号在管道内传播速度V，V＝X÷T0；

S3、测量出燃气管道的水平坐标点A与第一阀门井中声波发射装置在水平方向上的距离L，L即为燃气管道的水平坐标点A与声波发射装置之间的管道长度，同时测量出声波传播用时最多的采集点与燃气管道的水平坐标点A之间的距离D，计算出管道埋设深度H：

S4、通过管道埋设深度H及燃气管道的水平坐标点A即可确认待施工位置的埋地燃气管道的三维位置。

2.如权利要求1所述的一种基于声波探测的管道位置检测方法，其特征在于：S1中两相邻采集点之间的距离小于或等于管道直径。

3.如权利要求2所述的一种基于声波探测的管道位置检测方法，其特征在于：S1中两相邻采集点之间的距离为管道半径。

4.如权利要求1所述的一种基于声波探测的管道位置检测方法，其特征在于：S1中对采集的声波传播时间Ti按照时间长短进行排序，且对相邻的声波传播时间Ti求差值，差值最小的两个声波传播时间所对应的两个采集点的中间点设置为A1，声波传播时间最少的采集点设置为B1，待施工位置的燃气管道的水平坐标点A即为A1及B1的中间点，接收机在A1及B1的中间点进行声波传播时间的采集，采集到的时间设为新的Tm。

5.一种基于声波探测的管道位置检测系统，其特征在于：采用权利要求1～4任一项所述的基于声波探测的管道位置检测方法，包括声波发射模块及声波接收模块，所述声波发射模块设置在第一阀门井中的管道端口处，用于产生声波并且在管道内传播，所述声波接收模块用于接收声波并计时。

6.如权利要求5所述的一种基于声波探测的管道位置检测系统，其特征在于：所述声波发射模块包括声波发射器及信号发射器，声波发射器与信号发射器电连接，声波发射器与管道端口连接用于传播产生的脉冲声波，信号发射器用于在声波发射器启动时发射射频信号。

7.如权利要求6所述的一种基于声波探测的管道位置检测系统，其特征在于：所述声波接收模块包括声波放大器、拾音器、计时器及显示器，所述声波放大器依次连接置拾音器、计时器及显示器，声波放大器用于对声波进行放大，拾音器用于对放大后的声波进行接收，计时器用于接收声波发射模块发出的射频信号并开始计时，计时器在拾音器收到声波信号则停止计时。