一種埋地鐵質管線探測與精確定位方法技術

本發明專利技術屬于地下管線探測領域，具體涉及一種基于磁異常垂直分量解析信號探測的埋地鐵質管線探測與精確定位方法，具體實現方法是在被探測區域地面劃定數條平行探測路徑，使用磁異常解析信號探測儀組成直線陣列，沿著劃定的軌跡探測埋地鐵質管線所致磁異常垂直分量解析信號，四個單軸磁場傳感器同時測量磁異常垂直磁場分量，計算得到十字中心點處的解析信號并上傳至計算機，并在計算機上繪制探測面解析信號強度分布，以圖形可視化的方式指示地下鐵質管線的有無及其水平位置與走向。本發明專利技術管線探測定位準確，使用成本低廉，儀器制作較容易，經濟效益顯著。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于地下管線探測領域，具體涉及一種基于磁異常垂直分量解析信號探測的埋地鐵質管線探測與精確定位方法及裝置。
技術介紹
由于歷史、人文及地質變動等原因，使得地下管線分布信息不明，從而引起管線加密鋪設、道路施工挖掘、工程勘察，及建設打樁過程中打漏或挖斷地下管線的現象時常發生，造成油氣泄露、水電中斷等安全事故，嚴重影響工農業正常生產及人們日常生活。因此，工程施工前，探明施工區域地下管線的分布信息極其重要。地下管線管材種類繁多，埋設情況多種多樣，針對不同管線進行探測的方式千差萬別。在科學研究及工程應用過程中形成的管線探測方法可分為：直接法、電法、磁法、地震波法及其他特殊方法等。直接法有直接觀測法和插釬判斷法兩種，直接觀測適用于管道有開挖露頭或有閥門露頭且管道分布較單一，從露頭可以估計管道埋深及走向的情況；插釬判斷法適用于管道埋設較淺且土壤覆蓋層容易扦插的情況。電法，主要有交流電法（也稱電磁法）和直流電法兩大類，交流電法因場源不同可分為被動源法和主動源法兩種。被動源法的電磁場激勵源來源于工頻信號及其諧波，而不需人工提供電磁源激勵管道產生電磁場，相對主動源而言是一種簡便的金屬管線探測方法，但由于工頻信號不夠穩定，該方法不能精確的確定管道分布信息。交流主動源法分為直接連接法、夾鉗耦合法、感應法、示蹤探頭法和地質雷達法。直接連接法能夠人為的輸入較強的信號，可以單獨連接被探測管線，因此該方法探測管道分布定位較準確，但應用該方法時必須有管道露頭用于導線連接，因此實用性受到較大程度的限制。夾鉗耦合法僅適用于探測電纜以及直徑較小的金屬管線，且必須有露頭管線。感應法通過磁偶極源向被探測管道發射激勵電磁波，金屬管道在激勵電磁波的激發下會產生感應電磁波，通過地面檢測感應電磁場來判斷地下金屬管道的埋設分布，由于感應電磁波信號較弱且易受環境電磁場干擾，其精度易受影響。示蹤探頭法通過不斷改變示蹤器在管道中的位置，檢測其發射的電磁脈沖，探測到管道的位置和深度，該方法探測效果較好，但需要不斷移動示蹤器位置操作起來較為復雜。探地雷達法是應用最廣泛的一種交流主動源探測法，但其管道埋深探測能力與管道外徑分辨率相互制約，接收到高頻電磁波的衰減特性受管道環境物質的耗損特性影響。直流探測法利用地下管線與埋設環境之間導電性差異進行探測，常用的直流電測法又可分為：高密度電阻率法、充電法和自然電場法等。高密度電阻率法，需要專業的電法勘測儀器，電極排布及檢測數據處理較為復雜，對于大口徑埋設較淺的管道效果很好，探測深度一般較其他管線探測方法的深度高，對于口徑較小的管道則適用性很差。充電法必須有金屬管道露頭用于電源連接。自然電場管線探測方法探測準確性易受工業漏電流影響，且對于未腐蝕管道不適用，因此其應用面較窄。鑄鐵管、鍍鋅鐵管、不銹鋼管、不銹鋼復合管及由鋼鐵及其他管道材料構成的PCCP管等，這些類型的管道可以統稱為鐵質管道。目前，幾乎全部的油氣集輸管道、絕大部分的供水供暖管線及部分共同溝、雨污排水管線為鐵質管道，特別是鋪設較老的地下管線絕大部分是鑄鐵管材。由于地下鐵質管線的磁化率特性與周圍土壤的磁化率差異較大，在地磁場的磁化下會產生非常明顯的磁異常，因此，可以通過探測地面磁異常分布來探測地下鐵質管線的分布。地震波映像法主要是用于深層地質勘探的一種物探方法，管線勘探時，地震源一般由人工震源車或炸藥爆炸提供，因此，勘測難度較大，且勘測成本極高。其他管線探測方法還有管道機械人示蹤法和紅外熱成像法等。管道機械人示蹤法基于初始起點三維坐標和機械人前進過程中記錄的各點距離及變化角度計算管道的軌跡，此方法計算精度易受影響，需要有出漏的管道口，對細管道及管徑變化的管道此方法不適用。紅外熱成像法適用前提是存在管道與周圍介質之間的溫差，因此對夏天環境溫度較高時此方法適用性易受影響。目前，地下鐵質管線磁異常探測主要以探測總磁異常為主，在探測時需要同時測量三個磁場分量，這樣不僅會提高探測儀器的成本，而且會影響磁異常探測準確性。而磁異常垂直分量（以下簡稱垂直磁場）僅涉及垂直方向磁場測量，其磁異常分布仍然能夠判斷地下鐵質管線的有無及大致分布情況。同時，磁異常垂直分量也能夠進行解析信號處理，以提高地下鐵質管線水平定位精度。
技術實現思路
本專利技術的目的主要是針對總磁異常管線探測存在的問題，提供了一種基于磁異常垂直分量解析信號探測的埋地鐵質管線探測與精確定位方法及裝置。一種基于磁異常垂直分量解析信號探測的埋地鐵質管線探測與精確定位裝置，為十字型解析信號探測裝置，包括四個微型高精度單軸磁場傳感器、下位機嵌入式系統和運行于上位機的數據處理與繪圖軟件；其中，所述微型高精度單軸磁場傳感器分別對應相應的磁場監測點，用于采集對應監測點的垂直磁場信號；下位機嵌入式系統基于磁場傳感器采集到的垂直磁場信號計算得到解析信號；上位機的數據處理與繪圖軟件將解析信號繪制成解析信號強度分布曲面圖。對上述內容的進一步補充，四個微型高精度單軸磁場傳感器呈上下左右十字型分布，所對應的四個磁場監測點處在同一個平面上。對上述內容的進一步補充，四個微型高精度單軸磁場傳感器所對應的上下磁場監測點以十字交叉中心上下對稱，左右磁場監測點以十字交叉中心左右對稱。對上述內容的進一步補充，四個微型高精度單軸磁場傳感器將實時采集到的垂直磁場信號經下位機嵌入式系統計算得到十字中心點處解析信號；考慮到磁場測量的方向性，解析信號值計算公式如下：上式中，為上側微型高精度單軸磁場傳感器所檢測的垂直向下磁場信號，為下側微型高精度單軸磁場傳感器所檢測的垂直向上磁場信號，為左側微型高精度單軸磁場傳感器所檢測的垂直向下磁場信號，為右側微型高精度單軸磁場傳感器所檢測的垂直向上磁場信號，垂直向下測量磁場方向為正；為上磁場監測點或下磁場監測點到十字中心點的距離，為左磁場監測點或右磁場監測點到十字中心點的距離。其中，上磁場監測點或下磁場監測點到十字中心點的距離相同，左磁場監測點或右磁場監測點到十字中心點的距離相同，在應用中根據工作需要進行確定。對上述內容的進一步補充，下位機嵌入式系統將計算得到的十字中心點處解析信號上傳至上位機，運行于上位機的數據處理與繪圖軟件實時繪制插值平滑處理后的解析信號強度分布曲面圖。一種基于磁異常垂直分量解析信號探測的埋地鐵質管線探測與精確定位方法，包括以下步驟：步驟一，探測裝置的安裝，將多個十字型解析信號探測裝置安裝在探測器支架上組成直線型探測陣列；步驟二，地下鐵質管線的初步定位，在被探測區域隨機選定數條長不短于15m的直線探測路徑，使用探測陣列垂直于探測路徑近地表平面進行探測，得到垂直磁場的初次解析信號強度分布曲面圖，如果對應的初次解析信號強度分布曲面存在明顯的脊背，則根據脊背分布確定地下鐵質管線大致走向與管線分布類型，管線分布類型包括單直管線、多條平行管線和多條交叉管線；步驟三，根據不同管線分布類型再次確定探測路徑或探測區間，對于單直管線，在垂直于管線走向的地表平面上，每隔一定距離劃定一條長15m至20m的探測路徑，探測路徑中點大致位于垂直磁場的初次解析信號強度分布曲面脊背及其延長線上；對于多條平行管線，在垂直于平行管線的中間平行線方向的地表平面上，每隔一定距離劃定一條長15m至20m的探測路徑，探測路徑中點大致位于多條平行管線的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于磁異常垂直分量解析信號探測的埋地鐵質管線探測與精確定位裝置，其特征在于，為十字型解析信號探測裝置，包括四個微型高精度單軸磁場傳感器、下位機嵌入式系統和運行于上位機的數據處理與繪圖軟件；其中，所述微型高精度單軸磁場傳感器分別對應相應的磁場監測點，用于采集對應監測點的垂直磁場信號；下位機嵌入式系統基于磁場傳感器采集到的垂直磁場信號計算得到解析信號；上位機的數據處理與繪圖軟件將解析信號繪制成解析信號強度分布曲面圖。

【技術特征摘要】
1.一種基于磁異常垂直分量解析信號探測的埋地鐵質管線探測與精確定位裝置，其特征在于，為十字型解析信號探測裝置，包括四個微型高精度單軸磁場傳感器、下位機嵌入式系統和運行于上位機的數據處理與繪圖軟件；其中，所述微型高精度單軸磁場傳感器分別對應相應的磁場監測點，用于采集對應監測點的垂直磁場信號；下位機嵌入式系統基于磁場傳感器采集到的垂直磁場信號計算得到解析信號；上位機的數據處理與繪圖軟件將解析信號繪制成解析信號強度分布曲面圖。2.根據權利要求1所述的一種基于磁異常垂直分量解析信號探測的埋地鐵質管線探測與精確定位裝置，其特征在于，四個微型高精度單軸磁場傳感器呈上下左右十字型分布，所對應的四個磁場監測點處在同一個平面上。3.根據權利要求2所述的一種基于磁異常垂直分量解析信號探測的埋地鐵質管線探測與精確定位裝置，其特征在于，四個微型高精度單軸磁場傳感器所對應的上下磁場監測點以十字交叉中心上下對稱，左右磁場監測點以十字交叉中心左右對稱。4.根據權利要求3所述的一種基于磁異常垂直分量解析信號探測的埋地鐵質管線探測與精確定位裝置，其特征在于，四個微型高精度單軸磁場傳感器將實時采集到的垂直磁場信號經下位機嵌入式系統計算得到十字中心點處解析信號；考慮到磁場測量的方向性，解析信號值計算公式如下：上式中，為上側微型高精度單軸磁場傳感器所檢測的垂直向下磁場信號，為下側微型高精度單軸磁場傳感器所檢測的垂直向上磁場信號，為左側微型高精度單軸磁場傳感器所檢測的垂直向下磁場信號，為右側微型高精度單軸磁場傳感器所檢測的垂直向上磁場信號，垂直向下測量磁場方向為正；為上磁場監測點或下磁場監測點到十字中心點的距離，為左磁場監測點或右磁場監測點到十字中心點的距離。5.根據權利要求4所述的一種基于磁異常垂直分量解析信號探測的埋地鐵質管線探測與...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭智勇，梁海波，徐少楓，張禾，陳卓，侯磊，靳濤，孫語崎，
申請(專利權)人：西南石油大學，
類型：發明
國別省市：四川;51