陳安偉

摘要：地下管線測繪在難度上明顯超過地上的測繪測量，且在精度上也面臨著較高要求，需要測繪人員擁有良好的判斷能力及豐富的工作經(jīng)驗。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在得到廣泛應(yīng)用之后，其高精度定位及數(shù)據(jù)實時傳輸功能則能為地下管線測繪提供技術(shù)支持。此次研究通過解析兩種基礎(chǔ)概念，辨析北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在地下管線測繪中的應(yīng)用價值，通過分析當(dāng)前地下管線測繪面臨的問題，給出該系統(tǒng)在地下管線測繪工作中的實施途徑，以期能為相關(guān)工作提供理論上的支持與參考。

關(guān)鍵詞：地下管線；測繪工作；北斗導(dǎo)航系統(tǒng)

一、前言

城市地下管線復(fù)雜程度極高，構(gòu)成的地下管網(wǎng)在規(guī)模上也異常龐大，其測繪工作面臨著非常高的難度及可操作性。城市建設(shè)發(fā)展必然涉及地下管線的測繪，因此，如何提升其測繪工作的效率，成為城市發(fā)展建設(shè)規(guī)劃的熱門研究課題。隨著近年來智能化設(shè)備、前沿數(shù)字信息技術(shù)在各個行業(yè)及領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)也開始被應(yīng)用到各個領(lǐng)域，并發(fā)揮出獨特的應(yīng)用價值。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的強(qiáng)大功能使得該系統(tǒng)表現(xiàn)出在地下管線測繪中的應(yīng)用潛力。因此，通過在地下管線測繪中實施北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，成為推進(jìn)智慧城市發(fā)展建設(shè)的關(guān)鍵之一。

二、基礎(chǔ)概念解析

（一）地下管線測繪

地下管線測繪工作包括圍繞地下管線開展的一系列測繪工作及其他補(bǔ)充工作內(nèi)容，其目的是準(zhǔn)確獲取地下管線位置、深度、類型等信息，進(jìn)而為地下工程、建筑施工等工程提供數(shù)據(jù)支持，避免這類工程的建設(shè)過程損壞地下管線。這項工作通常由專業(yè)的地理信息系統(tǒng)（GIS）團(tuán)隊或測量師完成，由于具有較高的復(fù)雜度，因此，需要經(jīng)過詳細(xì)的規(guī)劃和實施過程。通常在進(jìn)行地下管線測繪前，需要由作業(yè)團(tuán)隊收集有關(guān)地下管線的信息，包括管線類型、材料、直徑、年限、維護(hù)記錄等，以及周圍環(huán)境的地形、土質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造等情況[1]。之后由測繪團(tuán)隊根據(jù)前期獲得的信息，合理選擇合適的測繪技術(shù)和設(shè)備。在確定具體測繪技術(shù)及設(shè)備之后，團(tuán)隊會前往現(xiàn)場進(jìn)行測量，根據(jù)前期收集的信息和選擇的技術(shù)，合理選擇測量方式方法的應(yīng)用環(huán)境，一般可以分為地面測量與地下測量兩種。測量作業(yè)執(zhí)行過程中需要注意安全，避免對周圍環(huán)境、管線以及人員造成損害。完成測量作業(yè)后，團(tuán)隊會將測量數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)中進(jìn)行處理和分析，并結(jié)合處理分析結(jié)果應(yīng)用軟件生成地下管線的三維模型。三維模型中通常會標(biāo)注管線的位置、深度、長度等信息，對于地下工程設(shè)計、施工等環(huán)節(jié)具有非常重要的參考意義，也是地下管線測繪工作最主要的成果[2]。最后，測繪團(tuán)隊會根據(jù)測繪結(jié)果生成詳細(xì)的報告，包括測量數(shù)據(jù)、分析結(jié)果、管線圖紙等，為后續(xù)工程提供參考。同時，團(tuán)隊還需要與相關(guān)部門和業(yè)主進(jìn)行溝通，共同制定管線保護(hù)措施，確保管線的安全運行。

（二）北斗導(dǎo)航系統(tǒng)

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的簡稱，該系統(tǒng)是中國自主研發(fā)建設(shè)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠為全球用戶提供高精度、高可靠性的定位、導(dǎo)航、授時服務(wù)。整個北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在硬件層面囊括了一系列衛(wèi)星、地面控制和用戶設(shè)備。衛(wèi)星是指一組在不同軌道上的衛(wèi)星，這些衛(wèi)星向地面發(fā)射位置信號，發(fā)射的位置信號會被用戶設(shè)備接收并加以計算，從而明確設(shè)備所處位置。地面控制部分包括一系列地面站和控制中心，被用于監(jiān)控、管理衛(wèi)星運行，并向衛(wèi)星提供部分功能支持。用戶設(shè)備是指各種終端，囊括民用與軍用領(lǐng)域，包括手機(jī)、車載導(dǎo)航儀等，用于接收和處理導(dǎo)航信號。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)以高精度、全天候、全球覆蓋和服務(wù)質(zhì)量可控的特點著稱，其精度能夠滿足不同領(lǐng)域的需求，如交通運輸、災(zāi)害預(yù)警、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等。全天候意味著該系統(tǒng)即使在惡劣天氣和復(fù)雜地形下，仍能提供可靠的定位服務(wù)。全球覆蓋則意味著用戶無論身處何地都能接收到信號。服務(wù)質(zhì)量可控表示系統(tǒng)可以根據(jù)需求提供不同精度的定位服務(wù)[3]。強(qiáng)大的系統(tǒng)功能使得北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在多個領(lǐng)域中均有不同程度的應(yīng)用，并為整個社會提供了十足可靠的導(dǎo)航定位功能支持。

三、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在地下管線測繪工作中的應(yīng)用價值

（一）提供精確定位服務(wù)

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)提供的高精度定位服務(wù)是該系統(tǒng)在地下管線測繪中最為顯著的應(yīng)用價值之一。地下管線的布置、維護(hù)和修復(fù)都需要以明確具體位置信息為前提。依托北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的高精度定位能力，測繪人員能夠準(zhǔn)確獲取地下管線的位置信息，從而提高測繪的準(zhǔn)確性和效率。這種性能來源于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的功能設(shè)計，整個系統(tǒng)采用了多星定位、差分定位等技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)厘米級甚至毫米級的定位精度，全面滿足測繪的需求（見圖1）。因此，在地下管線測繪中應(yīng)用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，測繪人員能夠準(zhǔn)確地確定管線的走向、深度等關(guān)鍵信息，避免測繪出現(xiàn)差錯，也就能夠有效防范與測繪相關(guān)的種種風(fēng)險[4]。此外，地下管線測繪通常需要在不同的天氣和環(huán)境條件下進(jìn)行，而北斗系統(tǒng)支持全天候定位，即使是在惡劣天氣和復(fù)雜地形下，仍能提供可靠的定位服務(wù)，進(jìn)而保障測繪工作不受天氣等因素的影響。

（二）實時監(jiān)測和控制

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在地下管線測繪中的應(yīng)用價值還體現(xiàn)在對測繪過程的實時監(jiān)測和控制上。該應(yīng)用價值使得測繪人員能夠及時發(fā)現(xiàn)和處理測繪中的問題，確保測繪工作的順利進(jìn)行。作為一款先進(jìn)的導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在實時性上達(dá)到了國際頂尖水平，意味著測繪人員可以通過北斗導(dǎo)航系統(tǒng)實時獲取自身位置、移動軌跡等信息，有助于測繪人員隨時了解測繪進(jìn)展情況[5]。在地下管線測繪工作中，實時監(jiān)測意味著測繪人員能夠及時發(fā)現(xiàn)管線位置的偏差，并定位設(shè)備故障的發(fā)生位置，從而采取相應(yīng)的解決措施。

在此基礎(chǔ)上，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實時傳輸功能為測繪人員提供了將獲取的地下管線數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)胶笈_管理系統(tǒng)的途徑。因此相關(guān)部門和業(yè)主可以隨時查看已上傳的數(shù)據(jù)，進(jìn)而及時掌握管線的位置、深度等信息，對提高測繪數(shù)據(jù)的利用效率有很大幫助，也能夠促進(jìn)地下管線的安全運行和有效管理。

（三）數(shù)據(jù)共享和管理

除以上兩項內(nèi)容之外，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在地下管線測繪中的應(yīng)用價值還體現(xiàn)在測繪數(shù)據(jù)的共享和管理上。由于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在設(shè)計開發(fā)時高度重視開放性與可拓展性，因此，投入應(yīng)用后的系統(tǒng)支持多種數(shù)據(jù)格式和接口，測繪人員獲取的地下管線數(shù)據(jù)能夠以多種格式得到存儲及傳輸，數(shù)據(jù)格式包括但不限于文本、圖像、視頻等，能夠?qū)崿F(xiàn)不同部門和系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收和處理[6]。此外，北斗系統(tǒng)還支持多種數(shù)據(jù)接口，這些數(shù)據(jù)接口支持與其他系統(tǒng)進(jìn)行交換和共享，進(jìn)而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互通互聯(lián)。

為了進(jìn)一步方便數(shù)據(jù)的共享和管理，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)還配備了較強(qiáng)的數(shù)據(jù)管理功能，便于測繪人員對獲取的地下管線數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，按需求加以分類、整理和存儲，并建立完善的數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)管理體系。相關(guān)部門和業(yè)主也可以通過接入系統(tǒng)，根據(jù)自身需要隨時查閱、獲取對應(yīng)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步開發(fā)地下管線數(shù)據(jù)的利用價值。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)還支持?jǐn)?shù)據(jù)的在線共享和實時更新，意味著測繪人員在測繪過程中獲得的地下管線數(shù)據(jù)能夠被實時上傳到云端服務(wù)器，以便相關(guān)部門和業(yè)主隨時通過網(wǎng)絡(luò)獲取最新的數(shù)據(jù)及測繪結(jié)果，對促進(jìn)地下管線資源的保護(hù)和利用具有非常深刻的現(xiàn)實意義[7]。

四、當(dāng)前地下管線測繪工作面臨的問題

（一）精度問題

就當(dāng)前地下管線測繪工作的執(zhí)行現(xiàn)狀來看，精度問題是地下管線測繪面臨的主要問題之一。精度不佳會影響管線的設(shè)計、施工和維護(hù)。在應(yīng)用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)之前，傳統(tǒng)的測繪方法將地面標(biāo)志物、地圖作為重要參照，實際測繪過程很容易受到地形、地質(zhì)等因素的制約，最終影響測繪精度。由此獲得的測繪結(jié)果會誤導(dǎo)工作人員對管線實際位置、深度等重要信息的獲取，導(dǎo)致施工時的位置偏差、管線覆蓋不足或過度等一系列問題，增加了管線運行的風(fēng)險，更有甚者可能引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。

除此之外，精度不足的問題同樣會對管線的維護(hù)和修復(fù)工作產(chǎn)生影響。一旦出現(xiàn)管線實際位置與測繪結(jié)果存在偏差的情況，管線維護(hù)人員將無法準(zhǔn)確定位故障管線的具體位置，也就延誤了維護(hù)和修復(fù)的時機(jī)，導(dǎo)致維護(hù)成本和風(fēng)險上升。另外，精度不高還會影響管線數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，地下管線管理的相關(guān)工作也會因此受到誤導(dǎo)及其他負(fù)面影響。

（二）安全問題

安全無小事，安全問題是當(dāng)前地下管線測繪面臨的最為嚴(yán)重的問題。實際上，地下管線測繪過程中始終存在一定的安全隱患，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是由于地下管線位置不明確，測繪人員需要進(jìn)行地下鉆孔、挖掘等操作，這些操作無一例外均具有一定的破壞性，可能導(dǎo)致道路、管道等地面設(shè)施受損，并造成交通中斷，還可能釀成潛在的安全隱患。二是地下管線管網(wǎng)內(nèi)容物并不相同，如燃?xì)?、電網(wǎng)可能面臨泄漏、爆炸等安全隱患，一旦在測繪過程中不慎觸碰、損傷到這些管線的外保護(hù)層，可能會由此引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。

（三）效率問題

效率問題是困擾地下管線測繪的另一個問題，主要來源于傳統(tǒng)測繪方法執(zhí)行周期長、工作量大、耗時耗力不足等，這是由于地下管線數(shù)量龐大、布局復(fù)雜，致使傳統(tǒng)的測繪方法不得不投入大量的人力物力進(jìn)行現(xiàn)場測量，因而耗時較長且效率低下。由于地下管線本身具有一定的復(fù)雜性和隱蔽性，傳統(tǒng)方法往往需要多次測量才能獲取完整的管線信息，在這種情況下，測繪周期長就成為這項工作的特性，而漫長的測繪周期通常難以滿足相關(guān)工程在進(jìn)度上的需求。效率問題嚴(yán)重影響了地下管線測繪工作的效率和質(zhì)量，不僅因為測繪周期長、工作量大導(dǎo)致測繪工作無法及時完成，延誤工程進(jìn)度，效率低下還會影響測繪結(jié)果的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致測繪結(jié)果無法滿足工程設(shè)計和施工的需求，增加了工程風(fēng)險和成本。因為測繪工作需要大量人力物力，效率不足也會導(dǎo)致測繪成本上升，使得測繪工作能夠創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益顯著下降。

五、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在地下管線測繪工作中的實施途徑

（一）定位管線走向

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在地下管線測繪工作中的實施需要落實在管線走向的定位上，與北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的功能密切相關(guān)。通過衛(wèi)星信號提供全球定位服務(wù)，地下測繪工作能夠精準(zhǔn)確定地面位置，測繪人員可因此對照地下管線施工管網(wǎng)工圖，準(zhǔn)確對標(biāo)地下管線的位置和走向信息。在具體的實施方式上，一般是通過如下流程實現(xiàn)的。首先，測繪人員借助北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星信號進(jìn)行定位，并從定位結(jié)果中獲取高精度的位置信息，通過在地面上使用接收設(shè)備，測繪人員以接收衛(wèi)星信號的方式來確定自己的位置，從而結(jié)合專業(yè)知識推斷出地下管線的走向。其次，確定具體定位之后，測繪人員會在地面上設(shè)置北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的參考點或標(biāo)記點，這一標(biāo)記點通常被作為測繪的起點或基準(zhǔn)點，在后續(xù)的實際測量過程中，測繪人員可以參照這些標(biāo)記點，反復(fù)確定管線的走向，以保證測繪的有效性，再通過應(yīng)用地面探測設(shè)備（如地質(zhì)雷達(dá)、地磁儀等），結(jié)合北斗導(dǎo)航系統(tǒng)提供的定位信息，以更直接的方式檢測、對照管線的走向和位置，提升測繪的準(zhǔn)確性。最后，測繪人員通過從北斗導(dǎo)航系統(tǒng)獲取實時定位數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)與地下管線的設(shè)計圖紙進(jìn)行對比和處理，進(jìn)一步確認(rèn)管線的位置和走向，最終完成整個管線走向的定位工作。

（二）監(jiān)測管線相對位置

某些情況下，地下管線會受到內(nèi)外動能的影響，例如，給排水管線會產(chǎn)生內(nèi)部動能，而地震、工程等則會從外部產(chǎn)生動能，導(dǎo)致管線的相對位置出現(xiàn)變化。如果相對位置變化的情況發(fā)生在管線關(guān)鍵位置，那么造成的后續(xù)影響就存在不確定性。因此，地下管線測繪中可能還會面臨監(jiān)測管線相對位置的需求?？梢越柚倍穼?dǎo)航系統(tǒng)，通過衛(wèi)星定位技術(shù)實現(xiàn)地下管線位置和移動情況的實時監(jiān)測，從而幫助測繪人員及時發(fā)現(xiàn)并處理可能存在的安全隱患。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在這方面的實施通常需要經(jīng)歷如下幾個過程：首先是實時定位，測繪人員通過北斗導(dǎo)航系統(tǒng)獲得實時的位置信息，這些信息包括地下管線的位置坐標(biāo)和移動方向，而測繪人員可以通過監(jiān)控、對比這些信息，來了解管線的移動情況。在此基礎(chǔ)上，測繪人員結(jié)合地下管線的設(shè)計參數(shù)和實際情況匹配對應(yīng)的預(yù)警系統(tǒng)，建立管線移動的預(yù)警系統(tǒng)，在測繪或監(jiān)測過程中一旦檢測到管線發(fā)生移動，系統(tǒng)可以立即發(fā)出警報，提醒相關(guān)人員及時處理。除此之外，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)提供的位置信息，還能夠用于與之前的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，以確定管線是否發(fā)生移動。通常情況下，如果發(fā)現(xiàn)管線位置偏差較大，即可判斷管線發(fā)生了移動。一旦發(fā)現(xiàn)管線相對位置變化，測繪人員就能夠及時聯(lián)系管線工程維護(hù)人員，采取措施對管線進(jìn)行固定，避免管線進(jìn)一步移動引發(fā)安全事故。

（三）控制測量誤差

對測量誤差的控制關(guān)系到地下管線測繪結(jié)果的最終精度，也是影響測繪結(jié)果應(yīng)用的關(guān)鍵因素，因此北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在地下管線測繪工作中的實施，有一部分需要落實在對管線測量誤差的控制上，借助北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的高精度定位減少測量誤差，進(jìn)而提高地下管線測繪的準(zhǔn)確性。對于這方面，在具體的實施方式上依然以高精度定位為前提，必要情況下可結(jié)合差分定位技術(shù)進(jìn)一步提高定位精度，主要是通過在測量站點設(shè)置一個已知位置的參考站點，用于校正衛(wèi)星信號傳播過程中的誤差，從而減少定位誤差。在此基礎(chǔ)上還可應(yīng)用多普勒效應(yīng)，通過測量信號的多普勒頻移，可以進(jìn)一步提高定位的精度，并通過獲取北斗導(dǎo)航系統(tǒng)提供的實時定位數(shù)據(jù)，由測繪人員對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，進(jìn)一步減少測量誤差。

（四）提升測繪效率

提升測繪效率并不直接作用于保障地下管線測繪結(jié)果的精度和可靠性，但關(guān)系到測繪工作整體的效率，以及測繪工作結(jié)果能否為相應(yīng)工程提供參考支持、幫助測繪人員快速準(zhǔn)確地完成測繪作業(yè)，從而節(jié)省時間和人力成本。要通過在地下管線測繪工作中實施北斗導(dǎo)航系統(tǒng)以提升測繪效率，則需要借助該系統(tǒng)，快速準(zhǔn)確地定位地下管線的位置和走向，幫助測繪人員快速找到管線的具體位置，節(jié)省尋找管線的時間。在此基礎(chǔ)上還可以實時監(jiān)測管線的移動情況，及時發(fā)現(xiàn)并處理可能存在的安全隱患。此外，通過開發(fā)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)記錄和管理位置信息、測量數(shù)據(jù)等測繪數(shù)據(jù)的功能，為后續(xù)數(shù)據(jù)處理和分析創(chuàng)造便利，進(jìn)一步縮減數(shù)據(jù)整理的時間，達(dá)到提升測繪效率的目的。最后，結(jié)合北斗導(dǎo)航系統(tǒng)提供的定位信息，測繪人員可以根據(jù)測繪作業(yè)需求進(jìn)行作業(yè)規(guī)劃，確定最優(yōu)的測繪路線和作業(yè)方案，進(jìn)而實現(xiàn)測繪作業(yè)效率的提升。

六、結(jié)語

綜上所述，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在地下管線測繪中具有非比尋常的應(yīng)用價值，其應(yīng)用及實施能夠顯著推進(jìn)我國地下管線測繪工作的發(fā)展，并降低地下管線測繪中失誤的發(fā)生概率。從長遠(yuǎn)來看，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)能夠為地下管線安全運行維護(hù)提供更全面的數(shù)據(jù)支持，對于智慧城市建設(shè)及社會發(fā)展具有非常重要的現(xiàn)實意義。

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作者單位：重慶市勘測院

責(zé)任編輯：張津平