傳統(tǒng)的河流穿越管道檢測方法，一般采用潛水員到水下探測穿越的管道。潛水員使用水下管線定位儀，進(jìn)入水中時裝備一個探測棒，利用它來撞擊管道，直到他覺得已經(jīng)碰到了管線。潛水員利用剖析測量法，用胳膊或者腿靠著探測棒，來測量管道覆蓋層的厚度，然后把信息傳遞給地面工作人員，用DGPS系統(tǒng)記錄大約坐標(biāo)位置。檢測中，經(jīng)常會發(fā)生如下情況：覆蓋層太厚，不能用探測棒進(jìn)行檢測，或者潛水員沒有碰到管線，但他卻覺得覆蓋層足以滿足檢測條件。傳統(tǒng)的檢測方式既繁瑣又不準(zhǔn)確。

為了響應(yīng)行業(yè)的需求，找到一種能定位河流穿越管線，并得到管道剖面圖的方法，美國STARTRAK公司發(fā)明了“ONE-PASS”系統(tǒng)，目前已經(jīng)取得了行業(yè)的廣泛認(rèn)可。我司結(jié)合國內(nèi)的穿越管道的實(shí)際情況和對“ONE-PASS”系統(tǒng)的深入研究，形成一套基于電磁—聲波的組合式檢測方法將GPS-RTK、探管儀和高精度數(shù)字測深儀組合應(yīng)用于穿越段管道的檢測。該方法各項(xiàng)設(shè)備性能穩(wěn)定、數(shù)據(jù)可靠、具有自動化程度高、操作靈活方便、技術(shù)先進(jìn)、性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。

電磁—聲波水下管道檢測方法利用GPS-RTK技術(shù)，將基準(zhǔn)站觀測值和坐標(biāo)信息以及GPS采集的觀測數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進(jìn)行實(shí)時處理，求得其三維位置；利用探管儀確定管道的中心位置及管道埋深；在確定管道位置的同時，采用RTK對管道定位；采用高精度數(shù)字變頻測深儀測量實(shí)時水深，測繪河床地形，最終在CASS系統(tǒng)中繪制穿越管道段的地形圖及管道剖面圖。

電磁—聲波水下管道檢測方法組成圖框

該方法由五部分組成：管道探測系統(tǒng) 、測深系統(tǒng) 、定位系統(tǒng) 、陰保系統(tǒng) 、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

1、管道探測系統(tǒng)

管道探測系統(tǒng)包括管道定位、埋深以及破損點(diǎn)檢測、本體缺陷檢測。所需要的儀器為低頻信號探管儀和金屬磁記憶管道缺陷檢測儀。

低頻信號探管儀

低頻信號探管儀檢測設(shè)備包括一個便攜式發(fā)射機(jī)及手持式接收機(jī)及A字架。發(fā)射機(jī)向管道施加一個特殊的單頻近直流信號。接收機(jī)可以接收這種特殊信號來確定管道的位置和計(jì)算管道埋深。低頻信號探管儀提供可選擇的發(fā)射頻率，根據(jù)不同的河流寬度，選擇不同的發(fā)射頻率。并且在原有發(fā)射機(jī)的基礎(chǔ)上，增大發(fā)射功率至48W，提升了探測深度和精度，實(shí)踐證明，采用改進(jìn)后的大功率單頻信號發(fā)射和采集方式，比混頻信號在河流穿越管道檢測中，定位更準(zhǔn)，埋深更準(zhǔn)確。

破損點(diǎn)檢測采用直流電位梯度法（DCVG），向管道施加特定頻率的電流信號，如果外防腐層出現(xiàn)破損，信號電流就會從破損點(diǎn)流出，并以破損點(diǎn)處為中心形成一個球形電場，在地面或者河流上通過對這個電位場的電位梯度的檢測，確定電位場的中心，從而定出破損點(diǎn)的位置。

金屬磁記憶管道缺陷檢測儀采用金屬的磁記憶效應(yīng)來檢測管道的損傷部位，不同于一般的無損檢測（如超聲波、射線等）方法，該技術(shù)能夠在不開挖的情況下對鐵磁性金屬管段的外部或者內(nèi)部微觀缺陷，早期失效和損傷進(jìn)行探測（如焊接缺陷、機(jī)械變形等）。

金屬磁記憶管道缺陷檢測儀

目前，河流穿越段管道通常采用定向鉆的鋪設(shè)方式，若入河處和出河處的焊接存在缺陷或者鋪設(shè)過程中對管道造成了機(jī)械變形，這些管道本體的缺陷對管道的正常運(yùn)行帶來巨大的風(fēng)險(xiǎn)，而這些缺陷通過一般的檢測設(shè)備無法發(fā)現(xiàn)，金屬磁記憶管道缺陷檢測儀能夠發(fā)現(xiàn)這些缺陷，并識別缺陷的類型。

2、測深系統(tǒng)

測深系統(tǒng)包括水深測量及河床地形描繪。所需的儀器為高精度數(shù)字變頻測深儀（聲納）。

高精度數(shù)字變頻測深儀工控機(jī)和換能器

測深儀的工作原理是利用超聲波穿透介質(zhì)并在不同介質(zhì)表面會產(chǎn)生反射的現(xiàn)象，利用超聲波換能器（探頭）發(fā)射超聲波，測出發(fā)射波和反射波之間的時間差來進(jìn)行測量的。

聲波在水中的傳播速度為 V，換能器（探頭）發(fā)出超聲波，聲波經(jīng)探頭發(fā)射到水底，并由水底反射回到探頭被接收，測得聲波信號往返行程所經(jīng)歷的時間為 t，則：Z = Vt／２；同時根據(jù)探頭上固定桿的刻度可獲知水面與探頭底部之間的距離，即吃水深度，兩者之和即為最終水深值。

測深儀工作原理圖

高精度數(shù)字變頻測深儀采取不同的發(fā)射頻率，滿足不同水深，不同航速條件下的水深測量，并能實(shí)時顯示深度數(shù)據(jù)。

3、RTK定位系統(tǒng)

RTK定位系統(tǒng)包括管道中心位置、陸地管道地形測繪。所需要的儀器為基于CORS系統(tǒng)的高精度RTK定位儀和脈沖式激光測距儀。

RTK又叫做載波相位差分技術(shù)，是實(shí)時處理兩個測量站載波相位觀測量的差分方法，將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)送給接收機(jī)，進(jìn)行求差解算坐標(biāo)。這是一種新的常用的衛(wèi)星定位測量方法，能夠在野外實(shí)時得到厘米級定位精度的測量方法。CORS系統(tǒng)又叫城市連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)，是目前國家大力推廣的“空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施”最重要的組成部分，其可以獲取各類空間的位置、時間信息及其相關(guān)的動態(tài)變化。采用CORS系統(tǒng)與RTK定位儀相結(jié)合可以大大的提高測繪的速度與效率，降低測繪勞動強(qiáng)度和成本，省去測量標(biāo)志保護(hù)與修復(fù)的費(fèi)用，節(jié)省各項(xiàng)測繪工程實(shí)施中約30%的控制測量費(fèi)用。

基于CORS系統(tǒng)的高精度RTK定位儀

脈沖式激光測距儀是在工作時向目標(biāo)射出一束或一序列短暫的脈沖激光束，由光電元件接收目標(biāo)反射的激光束，計(jì)時器測定激光束從發(fā)射到接收的時間，計(jì)算出從觀測者到目標(biāo)的距離。

脈沖式激光測距儀

4、陰保系統(tǒng)

陰保系統(tǒng)包括管道通電電位和斷電電位測量以及雜散電流測量。所需要的儀器包括高分辨率智能數(shù)字萬用表及陰極保護(hù)便攜式硫酸銅參比電極。

高分辨率智能數(shù)字萬用表是一種多用途電子測量儀器，包括安培計(jì)、電壓表、歐姆計(jì)等，可測量直流或者交流信號。其分辨率可達(dá)到八位，可識別1mV（1/1000V）的微小變化。

硫酸銅參比電極是測量埋地結(jié)構(gòu)以及淡水環(huán)境中結(jié)構(gòu)電位最常使用的參比電極。硫酸銅參比電極的組織結(jié)構(gòu)是將銅棒浸泡在飽和硫酸銅溶液中，溶液放在整個參比電極底部的帶有多孔塞的不導(dǎo)電圓筒中。飽和溶液中的銅離子防止銅棒的腐蝕并穩(wěn)定參比電極，這種構(gòu)造和原理的參比電極便于攜帶操作簡單，其電極電位又有非常好的重復(fù)性，且其電位的波動遠(yuǎn)小于10mV。

高分辨率智能數(shù)字萬用表和陰極保護(hù)便攜式硫酸銅參比電極

5、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括穿越段數(shù)據(jù)處理及成圖。所需要的軟件為CASS成圖系統(tǒng)。

CASS軟件是基于CAD平臺開發(fā)的一套集地形、地籍、空間數(shù)據(jù)建庫、工程應(yīng)用、土石方算量等功能為一體的軟件系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)成圖建庫一體化，同時滿足地形地籍專業(yè)制圖和GIS建庫的需要，減少重復(fù)勞動。數(shù)據(jù)生產(chǎn)、圖形處理、建數(shù)據(jù)庫一步到位。該系統(tǒng)能夠處理河流穿越管道的各項(xiàng)信息，高效、自動化完成數(shù)據(jù)處理并成圖。

CASS成圖系統(tǒng)界面

上述系統(tǒng)的有機(jī)組合，形成了電磁—聲波水下管道檢測技術(shù)方法，該項(xiàng)技術(shù)吸收改進(jìn)了美國“ONE-PASS”河流檢測的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，又結(jié)合了國內(nèi)管道穿越的實(shí)際情況，縮短了檢測時間，大大節(jié)省了穿越河流管道檢測的成本。