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项目

Project

应用于超深管线探测的竖直探头电磁剖面探测技术的研发
浏览次数:1862 日期:2011年03月15日 11:28【返回目录】


项目名称

应用于超深管线探测的竖直探头电磁剖面探测技术的研发

项目来源

 

项目起止时间

2011.03-2013.05

项目负责人

张永命

项目经费预算

 

项目主要成员及分工

姓名

主要职责与分工

张永命

项目总体负责

韩颖

方案执行

刘天华

软件调试及数据处理

廖雪粦

装备试验、设备维护

立 项 依 据

(一)国内外现状、水平和发展趋势

地下管线探测技术服务作为一个行业,从上个世纪九十年代开始发展,到目前为止,地下管线探测已经涉及到全国所有大、中城市及部分中小城市,在城市规划、基础建设、国家地理信息系统建设等领域发挥越来越大的作用。

目前,地下管线探测的核心技术仍然以电磁法探测为主。这主要是由于两个方面的原因:一方面是我国早期地下管线除排水外绝大多数是金属材质的;另一方面是由于电磁法探测原理最好地适应了当时技术发展条件,较其它种种方法率先实现了应用仪器的轻便化、探测结果的灵敏化和精确化、以及设备生产的经济化,从而使得效率高、经济性好的探测服务行业得以生存和发展。

但是传统的电磁法地下管线探测设备,只对地下埋深5米以内的金属管线能够有效定位和定深。随着非开挖管线施工技术的广泛应用,地下管线埋设愈来愈深,超过10米甚至20米埋深的长距离穿越管线越来越多地分布在全国各地。如何准确探测这些管线的位置及深度,为后续工程设计和施工提供地下空间信息,逐渐成为一个难题。

(二)项目研发目的和意义

1、解决超深管线(埋深超过10米)探测用常规探测手段无法完成或探测精度不能满足要求的问题;

2、解决超深管线探测采用常规手段探测时,受浅部管线干扰的问题。

(三)项目达到的技术水平及市场前景

此应用技术的所探测管线的材质必须是金属管,但管径不限,埋深不限平面精度达到0。02H,埋深精度达到0.02H,跟常规电磁法一样没有其他探测方法的限制条件,但是常规电磁法所能探测的埋深H <5m,且精度相对来说较差,而其他方法要么是管径受限,要么是埋深受限。

本项目研发的超深管线探测的竖直探头剖面法探测应用技术,是一种使用寿命长、排放少、对环境污染低、无辐射的应用技术。故此应用技术的推出将受到各类测绘工程行业的欢迎,市场前景巨大。

主 要 研 发 内 容

1。项目主要内容及关键技术

本项目研究是在地面上用水平剖面观测法对目标管道进行预定位,再在目标管道旁侧钻进一条竖直通道,采用分离式低频电磁波探头(有效深度可达50米),竖直剖面法(0.1-0.2米)采集数据,求出目标管道位置和埋深。

关键技术:水平剖面观测法,竖直剖面观测法

剖面观测法模型示意图

1)水平剖面观测法

    上述常规管线探测原理一般适用于管线埋深小于5米的情况下有效,如果目标管道埋深大于5米甚至更深到20-30米,那么在地面上所捕捉到电磁信号相当平缓和微弱(如上图蓝线所示),无法靠常规办法判断超深管道的平面位置和埋深。此时就要采用水平剖面观测法进行探测。所谓水平剖面观测法,就是在平坦的地面上,垂直于目标管线走向设定一条剖面线, 通过步进式采集磁场信号数据,再利用反演分析软件对采集数据进行计算分析,从而推断目标管道的位置和埋深。水平剖面观测法的理论基础依然时单根无限长线电流导体,因目标管线埋藏过深,定位定深绝对误差较大,常不能满足要求。

2)竖直剖面观测法

    为了更准确探测超深管道,项目研发小组通过转换探测模型与思路,先在地面上用水平剖面观测法进行初步定位(误差大约10-15%),然后在预判目标管道旁侧形成一个竖直通道,再利用我公司专利探头,进行竖直方向信号检测,并依据信号曲线(上图红色曲线)推断探头至管线的水平距离L(管道平面位置)和探头的峰值位置H(管道埋深)。

从上图可以看出,竖直剖面法探测精度与管线埋深H无关,只与钻孔与管线的水平距离L有关。因L=0.2-0.3H,故竖直剖面观测法的定位定深精度能提高3-5倍,完全满足业主要求。

 

2。技术创新点

1技术创新:本项目采用公司独立研发的分离式电磁破探头,可实现在钻孔中检测电磁波信号强度。根据我公司委托教育部科技查新工作站(L20)针对本项目的科技查新报告(报告编号:201336000L200504),显示本项目在应用于超深管线探测探测技术上具有创新性。常规手段探测地下管线,是操作人员在地面上手持仪器沿管线垂直方向拾取地下管线产生的二次场信号,再经过仪器内置计算芯片计算出地下管线的埋深,该探测方法对埋在地下5米以内的金属管线有效。常规探测方法探测精度随深度正相关,深度越大,误差越大,且易受浅部管线干扰。我公司针对常规技术手段的局限性,独立研发出分离式电磁波探头。结合在目标管道旁侧钻孔,实现竖直剖面观测,观测精度仅与钻孔和目标管道的距离远近相关。从而突破性地解决了深度越大误差越大的难题。

2应用创新:本项目研发团队首次提出竖直法剖面探测技术,实现超深管线的高精度定位定深。为了更准确探测超深管道,项目研发小组通过转换探测模型与思路,先在地面上用水平剖面观测法进行初步定位(误差大约10-15%),然后在预判目标管道旁侧形成一个竖直通道,再利用我公司专利探头,进行竖直方向信号检测,并依据信号曲线推断探头至管线的水平距离L(管道平面位置)和探头的峰值位置H(管道埋深)。

(三)主要技术指标或经济指标

1、探测目标体种类:所有埋设于地下的地下管线,含给水、燃气、石油、排水、电力、通讯等;目标体材质:所有金属材质,如钢、铜、铁、铝等;

2、探测范围:5-50米;

3、探测精度:

1)水平剖面法探测(粗测),水平位置限差±0。1h,埋深限差±0。15h

2)竖直剖面法探测(精测),水平位置限差±0。02h,埋深限差±0.02h

注:式中h为地下管线的中心埋深,单位为cm

项 目 技 术 路 线 及 进 度 安 排

(一)本项目拟采用的开发方法和技术路线

1、开发方法:结合项目进行开发;

2、技术路线:了解用户需求à现场踏勘à参数设计à硬件设计à放大电路设计à方法试验à现场测试à精度验证。

 

(二)项目研发计划进度

2011。03-2011。12:需求分析,技术设计与硬件研发

2012。01-2012。12:技术试应用

    2013。01-2013。05:技术改造,推广

预 计 项 目 研 发 结 果

(一)  超深管线竖直剖面探测方法(发明专利)

(二)  竖直剖面法管线探测装置(实用新型专利)

(三)  发表论文2

项目负责人意见

(签署)

 

主管领导审核

(签署)

 

                                

公司批准

(签发)

 


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