1、地下管線探測中的物探方法試驗和探測儀器一致性校驗2012年2月第1期城市勘測UrbanGeotechnicalInvestigation&SurveyingFeb.2012No.1文章編號:16728262(2012)0114603中圖分類號:TU990.3,P631文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B地下管線探測中的物探方法試驗和探測儀器一致性校驗杜良法(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球探測與信息技術(shù)學(xué)院,北京100083;2.中國冶金地質(zhì)總局山東局山東正元地理信息工程有限責(zé)任公司山東濟(jì)南251010)摘要:地下管線探測技術(shù)具有多解性和局限性的特點(diǎn),是產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的主要原因,物探方法試驗與探測儀器的一

2、致性校驗是消除系統(tǒng)誤差的主要方法.地下管線探測前,不但要對常用的電磁法技術(shù)進(jìn)行方法試驗,還要進(jìn)行綜合物探方法試驗.對于儀器一致性校驗,提倡采用總校點(diǎn)和分校點(diǎn)的工作模式.關(guān)鍵詞:地下管線探測;系統(tǒng)誤差;方法試驗;一致性校驗1前言地下管線是城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施,為了獲取準(zhǔn)確可靠的地下管線空間信息和屬性信息,多種物探方法和物探技術(shù)被應(yīng)用于地下管線探測中.解決淺地表的地質(zhì)問題,物探方法具有無損,準(zhǔn)確,高效和便捷的優(yōu)勢,但也存在多解性和局限性的特點(diǎn),這些特點(diǎn)是產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的主要原因,而方法試驗和一致性校驗是消除系統(tǒng)誤差的主要手段.通過物探方法試驗和探測儀器的一致性校驗,針對不同的地球物理條件,合理選擇有效

3、的物探方法和儀器設(shè)備,是準(zhǔn)確獲取地下管線信息數(shù)據(jù)的有效途徑.2方法試驗與儀器一致性校驗的理論基礎(chǔ)2.1地下管線探測技術(shù)特點(diǎn)城市地下管線具有隱蔽性和復(fù)雜性,利用物探技術(shù)進(jìn)行地下管線探測,具有無損,準(zhǔn)確,高效和便捷的優(yōu)勢,但物探技術(shù)也存在多解性和局限性的特點(diǎn)J.物探技術(shù)的多解性主要表現(xiàn)在兩個方面:一是不同地質(zhì)體(目標(biāo)管線)在條件適宜時,可產(chǎn)生相同的物探異常特征(正演多解性);二是多種物探異常特征反映的是同一地質(zhì)體(反演多解性).這主要是由于地球物理場固有的等效性,觀測數(shù)據(jù)的離散性和有限性以及觀測場包含的誤差和其他場源的影響,導(dǎo)致了地球物理探測結(jié)果的不唯一_2.能夠被用于地下管線探測的物探方法和物探

4、技術(shù)很多,每一種物探方法和物探技術(shù)都有其應(yīng)用條件,而地下管線的隱蔽性和地球物理條件的復(fù)雜性(近間距平行管線,特深管線,非金屬管線,大口徑管線,地面建(構(gòu))筑物鋼筋網(wǎng),導(dǎo)電覆蓋層與導(dǎo)電圍巖,金屬護(hù)欄,空中電纜線,復(fù)雜地形地貌等),使復(fù)雜的地球物理條件變成物探技術(shù)使用的限制因素,這就是物探技術(shù)的局限性.在城市地下管線探測中,金屬管線探測儀由于探測結(jié)果準(zhǔn)確,效率高和成本低,而被大量的投入使用,成為獲取城市地下管線探測成果數(shù)據(jù)的主要工具.多家單位(業(yè)主,監(jiān)理,各施工單位等)所投入的管線探測儀,廠家不同,型號各異,由于儀器探測原理的特殊性,目前還沒有專業(yè)的權(quán)威機(jī)構(gòu)對其精度狀況進(jìn)行鑒定,必須靠現(xiàn)場儀器的一

5、致性校驗來標(biāo)定精度狀況,使所投入的管線探測儀處于同等精度的工作狀態(tài),禁止探測精度較差的管線儀投入使用.2.2誤差分析理論地下管線探測所產(chǎn)生大量的探測數(shù)據(jù),由于各種因素的影響,必然存在觀測誤差,觀測誤差分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差.管線探測的系統(tǒng)誤差可分為:方法誤差,干擾誤差,儀器誤差,操作誤差.方法誤差是由于所使用的探測方法或技術(shù)不合理而引起的誤差,物探技術(shù)的特點(diǎn)表明,使用條件不當(dāng)時,可產(chǎn)生較大的方法誤差;干擾誤差是指在復(fù)雜條件下各種常見的干擾因素所引起的探測誤差,城市地下管線探測中,干擾因素普遍存在;儀器誤差是由于探測儀器本身的缺陷而引起的誤差;操作誤差是因為作業(yè)人員的操作不規(guī)范造成的誤差.偶然誤

6、差是在相同觀測條件下,由于各種偶然因素,使對同一物理量進(jìn)行多次觀測的結(jié)果產(chǎn)生時大時小的誤差.偶然因素的影響一般是微小的,而且難以確定是哪個因素產(chǎn)生以及具體影響的大小,因此偶然誤差難以找出原因而予以排除,只能通過增加平行觀測的次數(shù),使觀測結(jié)果的算術(shù)平均值盡量接近收稿日期:20110823作者簡介:杜良法(1965一),男,在讀博士生,高級工程師,主要從事工程物探專業(yè)的工作和研究.第1期杜良法.地下管線探測中的物探方法試驗和探測儀器一致性校驗147真值.中誤差作為衡量觀測精度的一種數(shù)字標(biāo)準(zhǔn),主要反映的是偶然誤差.系統(tǒng)誤差影響觀測精度,系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因,可以通過一定的方法找出,并采取適當(dāng)?shù)拇胧┫?/p>

7、或降低其對中誤差(觀測精度)的影響.2.3消除系統(tǒng)誤差的方法在地下管線探測中,由于物探技術(shù)的特點(diǎn),觀測誤差是客觀存在的,但觀測誤差中的系統(tǒng)誤差應(yīng)該通過一些措施,找出原因并予以消除,使中誤差的計算僅包含偶然誤差,真實,客觀地反映探測成果的精度.系統(tǒng)誤差的消除,可通過物探方法試驗和儀器的一致性校驗來實現(xiàn),系統(tǒng)誤差消除方法,如表1所示.系統(tǒng)誤差消除方法一覽表表1系統(tǒng)誤差引起因素消除方法方法誤差物探方法方法試驗干擾誤差干擾因素方法試驗儀器誤差儀器缺陷一致性校驗操作習(xí)慣操作不規(guī)范通過試驗規(guī)范儀器操作3方法試驗與一致性校驗3.1物探方法試驗城市地下管線具有隱蔽性,且種類繁多,其材質(zhì),埋設(shè)方式以及所處的地電

8、環(huán)境各不相同,復(fù)雜的干擾因素隨處可見.通過物探方法試驗,了解地下管線和環(huán)境的地球物理特征,掌握復(fù)雜條件和各種干擾因素,確定所選擇物探方法和儀器的有效性和相關(guān)參數(shù),使探測成果滿足精度要求.物探方法試驗應(yīng)該從兩個方面來考慮.(1)綜合物探方法試驗可用于地下管線探測的物探方法很多,主要有電磁法,電法,磁法,地震法等.由于物探方法的多解性和局限性,每一種物探方法都有其適用條件,它們所利用的地球物理條件和物性參數(shù)也各不相同.一般情況下,電磁法技術(shù)探測金屬管線,效果明顯.在復(fù)雜情況下,有時電磁法技術(shù)探測效果不理想,可利用地下管線與周圍介質(zhì)的介電性,磁性,彈性和溫度差別,采用電磁波法,磁法,地震法和紅外輻射

9、法等方法,通過各種方法的試驗工作,選擇有效的物探方法投入使用.綜合物探方法在解決復(fù)雜條件下的疑難問題時,具有一定的效果,在城市地下管線普查中也取得了不少成果的案例.例如,岳亞東利用地震波法中的COD法(單道共偏移法)探測非金屬排水管道_4j,王水強(qiáng)等人利用磁梯度法探測深度(10.5m)較大的非開挖金屬輸油管道J,均取得了理想的探測效果.(2)電磁法技術(shù)方法試驗電磁法技術(shù)較為成熟,因其準(zhǔn)確,快速和便捷,在城市地下管線探測中被廣泛使用,目前各施工單位所進(jìn)行的方法試驗主要是針對電磁法技術(shù).電磁法技術(shù)有許多的工作方式,按激發(fā)方式可分為:直接法,感應(yīng)法,夾鉗法,工頻法,甚低頻法等;按場源分類可分為:主動

10、源和被動源;按目的不同(解決復(fù)雜問題時使用的方法)可分為:示蹤線法,選擇激發(fā)法,動源感應(yīng)法,旁側(cè)感應(yīng)法,壓線感應(yīng)法(水平,垂直,傾斜)和電流識別法等.通過方法試驗,一方面根據(jù)不同的地球物理條件,選擇電磁法技術(shù)最有效的工作方式,取得最佳的探測效果;另一方面要確定電磁法技術(shù)相應(yīng)的工作參數(shù),如:最小收發(fā)距,最佳收發(fā)距,最佳發(fā)射頻率,合適的發(fā)射功率和合理的修正系數(shù),保證探測精度j.下圖為山東正元公司在某城市地下管線探測前進(jìn)行的最佳收發(fā)距試驗曲線,試驗儀器為RD4000.從圖中可以看出,當(dāng)發(fā)射功率50%,增益4O時,儀器的最佳收發(fā)距為20in.讀數(shù)發(fā)射功率75%增益4O100一lOm80一15m60德r

11、20m40*25m20.艨穗蠢Ol23456789lOlll213l4l5l617.-lOm7.9211,515.120.439.157.77g名37277.657.137.82414.60.99844-15m5.77.39.2l晚515.627-643661.S7l6o.941724l2IO.297.16.220m3l394.9659-417.32B84449_442.328l6.79上614.7牝3.5撕一25m2.63.235.28l仉5l5.82328.123.6l509.86.55.53.22.91.8圖1最佳收發(fā)距試驗曲線3.2儀器一致性校驗工程項目施工前,對于長期擱置后投入生產(chǎn)的

12、,經(jīng)過長途搬運(yùn)后用于生產(chǎn)的以及經(jīng)過檢修或調(diào)節(jié)后又用于生產(chǎn)的金屬管線探測儀均應(yīng)進(jìn)行一致性校驗.管線探測儀器的一致性校驗是為了消除由于儀器缺陷而造成的系統(tǒng)誤差,使投入使用的管線探測儀處于同等精度的工作狀態(tài),選擇有效的儀器投入生產(chǎn).儀器的一致性校驗應(yīng)該設(shè)立總校點(diǎn)和分校點(diǎn).總校點(diǎn)是所有探測單位進(jìn)行儀器一致性校驗的地點(diǎn),分校點(diǎn)是管線探測單位在自己測區(qū)內(nèi)對本單位投入使用管線探測儀進(jìn)行致性校驗所選取的校驗點(diǎn).各探測l48城市勘測2012年2月單位應(yīng)在各自測區(qū)分校點(diǎn)進(jìn)行一致性校驗的基礎(chǔ)上,選擇一致性較好的儀器在總校點(diǎn)上進(jìn)行校驗.分校點(diǎn)有兩個重要作用,一是定期校驗儀器;二是對于后期投入的儀器,在分校點(diǎn)上進(jìn)行一致

13、性校驗,合格后投入使用.多臺儀器的總觀測精度的計算公式為:式中:某次觀測值(包括參與計算平均值的所有數(shù)據(jù))與該點(diǎn)各次觀測平均值之差;m總觀測次數(shù),即參加校驗的所有點(diǎn)上全部觀測次數(shù)之和;n參與校驗的點(diǎn)數(shù).當(dāng)總觀測精度在數(shù)值上不超過工作精度的1/2時,可以認(rèn)為儀器一致性良好.當(dāng)總觀測精度超過工作精度的1/2時,要及時查明存在缺陷的儀器,并禁止投人使用.這里的工作精度指的是地下管線探測技術(shù)規(guī)程中規(guī)定的管線點(diǎn)探測限差要求,即:平面位置限差6=0.1Oh;埋深限差6=0.15h(h為目標(biāo)管線的中心埋深).4結(jié)論與建議從地下管線探測技術(shù)特點(diǎn)和誤差分析理論可以得出,在開展地下管線探測工作前,對物探方法和物探

14、技術(shù)要進(jìn)行方法試驗,對投入的管線探測儀要進(jìn)行一致性校驗,消除系統(tǒng)誤差的產(chǎn)生,采用最有效的物探方法和技術(shù),在合理的物性參數(shù)基礎(chǔ)上,取得理想的探測效果.在進(jìn)行物探方法試驗和儀器一致性校驗時,還要注意以下幾點(diǎn):(1)不但要對常用的電磁法技術(shù)進(jìn)行方法試驗,還要對測區(qū)內(nèi)的疑難問題進(jìn)行綜合物探方法試驗.(2)儀器一致性校驗應(yīng)該提倡采用總校點(diǎn)和分校點(diǎn)的工作模式,分校點(diǎn)的設(shè)立,對儀器進(jìn)行全面,及時的校驗,具有重要作用.參考文獻(xiàn)1李學(xué)軍,杜良法.物探在保障城市地下管線安全中應(yīng)用問題的思考J.城市勘測,2010(增刊2):44472劉士毅,田黔寧,趙金水等.解決物探異常解釋多解性的一次嘗試J.物探與化探,2010

15、,34(6):6916963吳石林,張圮.誤差分析與數(shù)據(jù)處理M.北京,清華大學(xué)出版社,2010.72844岳亞東.COD法在非金屬管線探測中的應(yīng)用J.煤炭技術(shù),2003,22(7):1101155王水強(qiáng),黃永進(jìn),李風(fēng)生等.磁梯度法探測非開挖金屬管線的研究J.工程地球物理,2005,2(5):3533576李鳳之.淺談地下管線探測方法試驗J.城市勘測,2009(增刊):1521547杜良法,王少兵.城市地下管線普查中金屬管線探測儀一致性校驗問題探討J.華北科技學(xué)院報,2008,5(2):4047TheMethodTestsofGeophysicalExplorationandCoherenceC

16、hecksofDetectingApparatusesinUndergroundPipelineDetectingDuLiangfa?(1.SchoolofGeophysicsandInformationTechnology,ChinaUniversityofGeoseiences,Beijing100083,China;2.ShandongZhengyuanGeographicalInformationEngineeringCo.,Ltd.Jinan251010,China)Abstract:Undergroundpipelinedetectingtechnologieshavethecharacteristicsofmulti-solutionsandlimitation.11hecharacteristicsaretheprimaryfactorswhichcausesystematicerrors.Themajormethodstoeliminatesystematicer-rotsaremethodtestsofgeophysicalexplorationandcoherencechecksofdetectingapparatuses.Beforeundergroundpipelinedetecting,themethodtestsar