地下管线探测技术的发展趋势.PDFVIP

地下管线探测技术的发展趋势 宋华1，2 王晓航 李大海 （1. 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院 北京市海淀区学院路37 号100191； 2. 北京零偏科技有限责任公司 北京市海淀区上地信息路26 号创业大厦409 室） 摘要：地下管线探测技术是管线施工和管网普查中必不可少的重要技术。本文对该领域的几 种常用方法进行了简要介绍，分析了各种方法的适用范围和局限性，并由此对未来地下管线 测量技术的发展趋势作出了分析展望。 关键词：地下管线、测量、三维信息、惯性技术、陀螺仪 1. 常用的地下管线测量方法 地下管线按其材质可大致分为两大类：一、铸铁管、钢管等金属管线；二、 水泥管、陶瓷管和工程塑料构成的非金属管道。目前常用的地下管线探测方法大 都是利用上述管线与周围介质的物理特性（导电性、导磁性、密度、波阻抗和导 热性等）差异进行探测，不同的参测方法适用于不同材质的管道和不同的地质条 件。较有代表性的方法主要有利用电磁定位仪EML(Electromagnet Locator) 的电磁 探测法、利用探地雷达GPR(Ground Probing/Penetrating Radar) 的方法和磁探测法 等。 1.1 电磁探测法 电磁探测法利用探测目标(管线)与周围介质的导电性、导磁性和介电性的差 异，根据电磁学的原理，观测和研究人工或天然形成的电磁场的分布规律(频率 [2] 特性和时间特性) ，进而推断地下管线的位置状态 。 应用电磁法探测地下金属管线时，需要假设管线长度远大于管线埋深，可近 [3] 似认为无限长。 对于无限长直导线在空间产生磁场可描述为： ? I I B 0 k (nT ) (1) 2?r r 0 0 ? r 式中： 为介质的磁导率； 为电流强度； 为空间某点至导线的垂直距离。由 I 0 0 上式可看出，无限长直导线中电流在自由空间产生的磁场力线 图在垂直于导线 的横截面上是一组以导线为圆心的同心圆，如图1 所示。 图1 直导线产生的磁场 在各种不同的电磁探测方法中，可根据电磁场产生方式的不同分为直接充电 法和感应法。直接充电法（夹钳法）是将人工电流通过出露点接在管线上，用接 收机直接接收电流产生的磁场信号，来达到探测地下管线的目的。该方法简便可 靠，能够产生较强电磁场，故可在工程中优先选用。当受到条件限制无法应用直 接法时，可采用感应法进行测量。 感应法前提假设是地下管线与周围介质之间有明显的电性差异。当地面发射 机发出的电磁信号（一次场）遇到地下金属管线及其周围介质后，管线本身及导 电介质均会产生感应电流。但由于金属管线的导电性远大于周围介质的导电性， 所以管线内的电流强度大于介质的电流强度，因此可认为管线相当于通电金属导 线。此时地下管线中的二次谐变电流将产生二次磁场，可在地面上通过接收线圈 可观测到。这样就可以根据如前所述的二次磁场的分布规律，通过解释分析，得 出地下管线的位置和埋深。电磁感应探测法具有探测精度高、适用范围宽、工作 方式灵活、成本低、效率高等优点，得到较广泛的应用。 电磁定位法主要适用于金属管道或预埋金属标记线的非金属管道，而探测非 金属管道需采用示踪电磁法。该方法是指在管道内塞入电磁示踪器，或者通入带 电导线，然后用地面探测仪器追踪电磁信号，达到探测地下管线的目的。用这种 方法探测非金属管道精度较高，简单易行，因此获得了广泛应用。 1.2 探地雷达 探地雷达是利用高频电磁波以宽频带短脉冲形式由地面通过发射天线(T)送 入地下，由于周围介质与管线的电