城市燃气管网探测及动态信息管理系统

    前 言

    地下管网象一根根神经脉络贯穿整个城市，与城市经济和人民生活息息相关。因此，其管理倍受各级政府部门重视。然而，由于管网具有纵横交错；结构复杂；埋于地下具有不透明性；信息量及查询量大；保存期长；要求不间断地运行使用等特点，故仅靠图纸、图表等形式记录保存管网资料，并在此基础上进行的人工管理，已经不能适应规模日益扩大、经济社会活动日益加快的现代化城市发展的要求。用新的技术和方法管理地下管网信息代替落后的人工管理方式，已成为十分迫切的任务。（参考《www.jianzhu518.com》）

    为查清已埋没的燃气管网，建立《城市燃气动态管理信息系统》，以便于今后调度、维护、施工、抢险等工作的顺利进行，需解决以下问题：

    1.查清所有燃气节点坐标、埋深、管顶高程、材质、管径、壁厚、防腐形式、燃气节点于路中心水平距离、竣工日期、施工单位等信息。（注：节点指燃气管道上起点出口点、止点、水平与垂直夹角小于160度的转弯点、阀门、凝液缸、三通、四通、主支管连接点、与其它专业管线的交又点、法兰盲板、两种材质的交接点等。）

    2.利用最新探测成果，结合竣工图纸资料，按照用户要求的格式，录入各种资料，建立燃气管网现状的数据库。

    3.在现有数据库基础上，针对用户实际需要建立燃气管网动态信息管理系统。

    一、燃气管网的基本特征

    燃气管网的基本特征是：小区中央气站供应管道液化气，敷设中压市政干管，通过庭院管与用户连接。燃气管网一般都埋于地下1.5米以内，个别地区埋没较深。地下地质情况大都是表层人工填土，主要由沥青路面、水泥路面、碎石路基、黄褐色枯土组成。

    埋于地下的市政管线，其类型可分为三种：

    1.线性体：主要是电力电缆、通讯电线等；

    2.金属管材：主要是洪水管、钢质燃气管等；

    3.非金属管材：主要是污水管、雨水管、PVC燃气管等。

    前二种其电性特征表现为良导圆柱体，它于周围覆盖层存在明显的电性差异，且表现为二维线性特征，常规的探测方法能较好的识别。而后一种类型外壳表现出高阻性质，探测这类高阻管，常规的方法难以识别。另外一些干扰源对管线的探测精度也有很大影响，这些干扰主要来自：水泥路面的钢筋网、路中及路边的铁栅栏、铁质的广告牌、人行道旁的架空电力线、管线间的相互干扰、正在施工的电器、地表人工填土中的铁质杂物及来往穿梭的汽车等。由此可见，在这样的复杂环境下进行管线探测，不但需要高性能的探测仪器，更需要有多种地球物理探测方法的相互结合。

    二、使用的仪器设备及性能

    1.探地雷达

    探地雷达是一种非破坏性的反射波地面探测系统。波源为高频电磁脉冲，对地表和地下无破坏作用。可以在城市内各种噪声环境下工作，环境干扰较小，具有较满意的探测深度及精度。对金属及非金属管线都能得到很好的探测结果。

    2.地下管线探测仪地下管线探测仪是一种非破坏电磁波探测系统，有较好的抗干扰能力和一定的探测深度。现场可实时长距离追踪、定位，直观显示、轻便、灵活，效率较高。是野外施工最常用的仪器。针对野外管线的埋设情况，且两类探测方法：感应法、充电法。

    3.智能型全站仪

    智能型全站仪可以完成各种高精度测量作业、具有新型存储卡、倾斜角补偿功能、标准计算程序、电子数据传输等功能。

    三、野外工作方法及原理

    针对管线周围的地球物理特征，并综合考虑工作环境，应采取多种综合的地球物理探测方法。并须选择使用最佳信号源，以减少目标以外的干扰，提高精度。以下是方法与技术的具体应用。

    1.金属管线的探测

    对燃气市政管网和部分庭院管网，由于是钢质，导电性好，便于管线仪探测。在此类型管线探测中，用感应法或充电法。

    （1）并排管线的区分

    在实际探测工作中，经常能发现燃气管与其他市政管并排埋设，有的相距很近。现场无直接接触点时，采用感应扫描的方法，首先大致确定被测管的位置，然后再用感应零点法精确定位。野外实际探测方法是：将发射机放在目标管上，离开发射机10米处，沿与管线垂直的方向进行探测，接收机用零值档进行检测信号，此时目标管上的响应值最小趋于零，而邻近的非目标管上的响应值为最大。

    （2）管道与电缆的区分

    用主动源（电力或通讯电缆辐射的电磁波）和被动源（仪器发出的一定值的电碰波）区分管道和电缆。接收机上有P、R二档，P档检测电力电缆，R档检测通讯电缆，若有P或K的特征值响应说明有电力或通讯电缆存在。

    （3）拐点

    用接收机沿管线走向连续追踪探测时，在拐点处，信号响应会急剧减弱，此时记下信号下降的位置，将接收机灵敏度调高，以该点为圆心，2步为半径做圆状搜索，直到发现新的信号响应，来确定管线新的走向。

    （4）变坡点

    蹿线变坡点处，管线的深度值变化较大，接收机信号强弱变化也较大，此时，需加密观测点，增加或降低灵敏度，逐个测出埋深，确定管线的变坡点位置。

    （5）交叉管线

    用感应法或充电法。将发射机放置在一管的上方或将信号直接送入管线的露头上，相距一定的距离进行探测，同样的方法进行另一条管线的探测，确定其交叉点的位置和埋深。

    （6）三通和四通

    用感应法或充电法。沿管线走向垂直探测，当发现探测前方左侧或右侧有信号且影响直线探测时，记下干扰点的位置，作圆状搜索，直到发现另一峰值点，若和直线上的信号强弱一样，说明二管相通，此时，可判定该点就是三通或四通的接头处。由于两管间的相互干扰，其埋深的测定应离开三通或四通点1米处进行测定。

    2.非金属管线的探测

    对非金属燃气管的探测，我们利用探地雷达采用剖面方式进行工作。根据地下燃气管的大致走向布置测线，使测线方向近可能与所要探测的管线走向垂直。在探测过程中，为了减少侧边地表金属物的干扰，必须使天线板与地面保持良好的接触，以便天线与地下介质良好的耦合。当探地雷达发现管道时，接收其回波，将图象在屏幕上显示出来，通过判读确定地下燃气管道的位置及深度。

    3.野外点位的测量

    为了全面表达地下燃气管道的探测结果和方便微机成图，使用全站仪对管线节点、交叉点及相关要素进行解析法作业测量，并利用该仪器的优势，直接得到各有效点的坐标和高程。

    四、燃气管网的数据库的建立

    我们采用的是中国地质大学与我公司联合编写的MAPGIS软件，该软件是我国第一个具有独立的版权GIS系统，1997年获国家科委GIS中心软件测评第一名，并且是国家科委GIS中心向全国用户推荐的唯一产品。

    利用该软件可以在野外工作结束后，即刻转入室内数据处理。一般由专人负责，将所探测和测量数据输入计算机，经系统复核无误后，可进行燃气的空间检索与数据分析，并打印出成果报告。

    以下是该软件的流程：

    1.燃气管网信息输入、储存与处理

    （1）数据输入：在系统中有批量输入与逐点输入两种方式以适应不同的数据录入环境。用键盘输入地下燃气管网的探测和测量等属性数据。

    （2）将数据上到电子底图进行处理，并有人工智能化的全自动和人机交互二种失量化方式，形成点、线元数据，便于查找和修正错误。

    （3）对输入节点坐标数据进行平差处理，校正由于人工输入数据造成的误差。

    2.燃气管网数据库结构

    数据的分类编码严格遵循现有国家标准和行业标准，并根据用户的特色，特定适当的特殊标准。建立起燃气管节点数据 库、燃气管道与其它相关联的专业管道数据库。

    3.燃气管网的数据编辑

    系统对燃气管网的各种属性及其属性结构进行查询、修改、删除、插入等管理与维护工作，实现燃气管网全部数据的电脑化。

    4.燃气管网的数据输出

    根据用户的不同需求，可以将编辑好的数据或者图纸从指定设备输出。

    5.燃气管网信息查询与统计

    该软件具有对管网数据和属性与统计数据进行多种形式的查询及统计的功能。即对管网数据和属性数据具有双向查询和修改的功能。

    6.燃气管网信息分析

    （1）管网控制测量数据处理功能。可对管线及其他城市测量有关的各种测量控制网（导线网、三角网、混合网）进行平差计算和对控制测量观测及其成果数据进行数据库管理；