一种浅水域直埋管道精探平台及精探方法与流程

本公开一般涉及地下管道的探测领域，具体涉及浅水域直埋管道精探平台及精探方法。

背景技术：

地下管道被视为城市的生命线，是城市的重要基础设施，它担负着传输信息，输送能量及排放废液的工作,也是消防、卫生、防疫部门检查的重点区域，有必要对管道进行检测，以便对现有管道设施进行综合评估，做出应对方案。

对于埋设在水域下方的管道来说，需要专用的浮载工具承载作业人员，对于深水域来说，可以采用轮式或履带式检测船航行在水面上，承载作业人员和检测设备；但是对于浅水域来说，无法满足轮式或履带式检测船的吃水量，并且检测船体积庞大，成本高，不适用于浅水域的管道探测。

现今没有合适的水上探测平台，水下管道探测方法也单一，探测精度低。

技术实现要素：

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种实用且探测精度高的浅水域直埋管道精探平台及精探方法。

第一方面本申请提供一种浅水域直埋管道精探平台，包括底板和固定在底板两侧的安全护栏；

所述底板由若干方形的泡沫块拼接形成；相邻的所述泡沫块之间均通过伸出的卡块和内凹的卡槽配合卡接；所述泡沫块包括中间开设有通孔的方形衔接部和可转动地卡在所述通孔内的旋转部；所述旋转部上成排设有触探孔；

所述底板靠近四个角的位置分别设有锚定孔。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述衔接部包括外塑料环和卡在所述外塑料环外的衔接泡沫；所述旋转部包括内塑料环和卡在所述内塑料环内的旋转泡沫；

所述外塑料环的内表面向外凹陷形成环形槽；所述内塑料环的外表面设有插入所述环形槽内的环形圈。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述外塑料环底面设有第一卡圈和第二卡圈；第一卡圈和第二卡圈；

所述第一卡圈和第二卡圈均包括两个相对设置的弧形部；

所述第一卡圈位于所述外塑料环的四个角落，且第一卡圈的两个弧形部的中心连线与所述旋转部的径向线重合；

所述第二卡圈与所述衔接部上的卡块邻近设置，且第二卡圈的两个弧形部的中心连线垂直于与其邻近的泡沫板的侧边；

同排相邻的泡沫块之间通过卡入第一卡圈和第二卡圈内的弧形杆加固连接；同列相邻的弧形杆之间通过插接的连接杆连接。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述弧形杆的两端靠近端部的底面设有插槽；同排的泡沫块之间通过插入插槽的横向加强杆连接；所述安全护栏通过固定件与所有横向加强杆的两端固定连接。

根据本申请实施例提供的技术方案，每个锚定孔内活动插设行进锚定竿。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述安全护栏为栅栏状，其底部的横杆设有供所述横向加强杆贯穿的插孔；所述横向加强杆为螺纹杆；所述固定件为一对螺纹连接在所述横向加强杆上且位于安全护栏两侧的螺母。

第二方面，本申请提供一种浅水域直埋管道精探方法，包括以下步骤：

s10、在上述精探平台的配合下，通过管线仪追踪目标管道，待所述精探平台划行至目标管道的正上方时，通过所述精探平台的锚定孔将所述精探平台锚定；

s20、通过管线仪在所述精探平台上选定电磁信号最强的位置，以该位置为中心形成第一探测区；

s30、将触探仪逐个伸入所述第一探测区域内的触探孔，直至所述触探仪触探到硬质检测物时，以该触探孔为中心形成第二探测区域；

s40、将套有pvc管的钎探杆从所述第二探测区域内的触探孔伸入水底，通过高压水泵往所述钎探杆内注入高压水，以在所述pvc管内形成窥探孔，从所述pvc管内下入内窥镜，通过内窥镜观察所述硬质检测物的材质是否与目标管道一致，若是则确定当前下入的触探孔为中心触探孔，并进行地震波验证，若否则再次执行步骤s30；

s50、地震波验证：将地震检波器通过所述中心触探孔伸入水下耦合在所述硬质检测物上；于第一时间点t1在远端目标管道出露点激发地震波信号，分析离所述第一时间点t1最近的第二时间点t2接收到的地震波信号，判断所述硬质检测物是否为目标管道，若否则再执行步骤s30；

s60、根据管线仪确定目标管道走向；转动所述第二探测区域内的旋转部，使其上的触探孔所在的排列方向与所述目标管道走向垂直；

s70、将所述中心触探孔及与其同排且相邻的两个触探孔标定为选定触探孔；

将触探仪分别从三个所述选定触探孔伸入，得到所述目标管道的第一埋深、第二埋深和第三埋深；根据所述第一埋深、第二埋深和第三埋深拟合得到所述目标管道的圆心埋深；

通过rtk系统测得分别与所述三个所述选定触探孔对应的第一水平投影坐标、第一高程、第二水平投影坐标、第二高程，第三水平投影坐标、第三高程；并根据所述第一水平投影坐标、第一高程、第二水平投影坐标、第二高程和第三水平投影坐标、第三高程拟合得到所述目标管道的圆心水平投影坐标、圆心投影高程；

将所述圆心投影高程减去圆心埋深得到圆心标高；

s80、根据所述圆心水平投影坐标和圆心标高，拟合得到所述目标管道在浅水域下的三维立体图。

根据本申请实施例提供的技术方案，分析离所述第一时间点t1最近的第二时间点t2接收到的地震波信号，判断所述硬质检测物是否为目标管道具体包括以下步骤：

确定当前初步位置与地震波信号激发位置的管道长度l；

根据公式(一)确定地震检波器在第二时间点t2接收到的地震波信号的传播速度v：

v＝l/(t2-t1)公式(一)

判断传播速度v是否大于等于设定传播速度v0，若是则判定所述硬质检测物为目标管道。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述步骤s30之后还包括：

通过安装在所述触探仪上的音频采集放大装置，采集所述触探仪触碰硬质检测物时的声音信号；

判断所述声音信号的频率为是否在设定频率范围内，若是则执行步骤s40；若否则继续执行步骤s30。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述设定频率范围为1.5-4khz。

与现有技术相比，本申请的优点在于：通过采用多块相互拼接的泡沫板组成底板，形成承载作业人员和作业工具的平台，在泡沫板上开触探孔，一来有利于平台抗风浪的能力以增强平台的稳定性，二来为水下管道触探提供通道；整个平台拆卸转运方便，造价便宜，抗风浪能力强，水中稳定性好，其移动速度较慢；底板靠近四个角的位置分别设有锚定孔，从而使整个平台较易锚定更便于管道探测的实施；在本申请中，通过将泡沫板设计为旋转部和衔接部，在锚定底板后，可以根据测试过程中的中间结果，进一步通过旋转各个泡沫板的旋转部来微调各排触探孔的方位，提高触探孔的排列方向与目标管道的垂直精度，从而提高目标管道的圆心投影位置的精度，也提高了测量的精度。

在本申请提供的精探方法中，通过采用触探仪、内窥镜和地震波验证法三次验证目标管道，避免了误判，有效地提高了目标管道确定的准确性；进一步地，通过泡沫板上成排的触探空的配合下，可准确地选取目标管道同一横截面外壁上的3点位置，拟合得到目标管道的圆心位置，从而提高了目标管道在水下位置的探测精度。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本申请实施例一的结构示意图；

图2为本申请实施例一中泡沫板的一种结构示意图；

图3为本申请实施例一中泡沫板的另一种结构示意图；

图4为申请实施例一中泡沫板的装配结构示意图；

图5为申请实施例一中泡沫板的剖视图；

图6为本申请实施例一中第一卡圈和第二卡圈的结构示意图；

图7为本申请实施例一中弧形杆的结构示意图；

图8为本申请实施例一中安全护栏的一种安装方式的结构示意图；

图9为本申请实施例一中安全护栏的另一种安装方式的结构示意图；

图10为本申请实施例二中地震波检测的示意图；

图11为本申请实施例二中坐标测量的示意图；

图12为本申请实施例二中埋深测量的结构示意图；

图中标号：

1、底板；2、安全护栏；3、泡沫块；4、卡块；5、卡槽；6、通孔；7、衔接部；8、旋转部；9、触探孔；10、锚定孔；23、锚定竿；11、外塑料环；12、衔接泡沫；13、内塑料环；14、旋转泡沫；15、环形槽；16、环形圈；17a、第一卡圈；17b、第二卡圈；18、弧形杆；19、连接杆；20、插槽；21、横向加强杆；22、固定件；24、插孔；25、上固定杆；26、目标管道、27、第一干扰管道；28、第二干扰管道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例一

请参考图1为本实施例提供的一种浅水域直埋管道精探平台的结构示意图，包括底板1和固定在底板1两侧的安全护栏2；

所述底板1由若干方形的泡沫块3拼接形成；相邻的所述泡沫块3之间均通过伸出的卡块4和内凹的卡槽5配合卡接；所述泡沫块3包括中间开设有通孔6的方形衔接部7和可转动地卡在所述通孔6内的旋转部8；所述旋转部8上成排设有触探孔9；

所述底板1靠近四个角的位置分别设有锚定孔10；每个锚定孔10内活动插设有锚定竿23。

其中，泡沫板为eps高密度泡沫板，大小可根据需要设定，其承载能力较强，适用于作业人员和作业设备的承载；泡沫块3的实施方式包含两种：

1、位于底板1中部的泡沫板具有如图2所示的结构：其一对相对的侧边向外伸出有卡块4，另一对相对的侧边向内凹陷形成卡槽5；卡块4和卡槽5形状一致，使得卡块4可以卡入卡槽5内；图2中的泡沫块相互拼接即可得到图1中的底板1；泡沫板3的数量不限定于图1中的9块，也可以根据底板1的大小需求，使用别的数量。

2、位于底板1边缘的泡沫板可以是图2中所示的结构，也可以是图3中所示的结构：即其一对相对的侧边向内凹陷形成卡槽5，剩下的两个侧边中：一个边设有卡块4，另一边为光滑的侧边。图3和图2中的泡沫板结合的方式保证了拼接后的底板1的边缘不外凸。

在本实施例中，锚定孔10设置在图3中的泡沫板的四个角或2个角。

其中，旋转部8和衔接部7的具体旋转方式为：以图2中泡沫板的剖视结构示意图(图4和图5)进行说明，其中衔接部7包括外塑料环11和卡在所述外塑料环11外的衔接泡沫12；所述旋转部8包括内塑料环13和卡在所述内塑料环13内的旋转泡沫14；所述外塑料环11的内表面向外凹陷形成环形槽15；所述内塑料环13的外表面设有插入所述环形槽15内的环形圈16。

旋转部8和衔接部7的接触部位(内塑料环13和外塑料环11)采用塑料材质，可以减小旋转部8和衔接部7相对旋转的阻力，提高了旋转操作的便利性。

其中，本实施例中，各个泡沫块3之间的进一步加强连接方式为：所述外塑料环11底面设有第一卡圈17a和第二卡圈17b；

所述第一卡圈17a和第二卡圈17b的实施方式例如如图6所示，均包括两个相对设置的弧形部；

1、所述第一卡圈17a位于所述外塑料环11的四个角落，且第一卡圈17a的两个弧形部的中心连线与所述旋转部8的径向线重合；

2、所述第二卡圈17b与所述衔接部7上的卡块4邻近设置，且第二卡圈17b的两个弧形部的中心连线垂直于与其邻近的泡沫板3的侧边；

上述第一卡圈17a和第二卡圈17b的设置方式，使得如图1所示，同排相邻的泡沫块3之间可以通过卡入第一卡圈17a和第二卡圈17b内的弧形杆18加固连接；同列相邻的弧形杆18之间通过插接的连接杆19连接。

第一卡圈17a、第二卡圈17b、弧形杆18和连接杆19的设置使得在底板1的底面将各个泡沫板加强连接。

进一步优选的实施方式中，如图7所示，所述弧形杆18的两端靠近端部的底面设有插槽20；同排的泡沫块3之间通过插入插槽20的横向加强杆21连接；所述安全护栏2通过固定件22与所有横向加强杆21的两端固定连接。

如图1所示，本实施例中，横向加强杆21的数量为2个，在其他实施方式中，横向加强杆21的数量也可以是3个，4个甚至更多。

其中，安全护栏2与横向加强杆21的连接方式可选地采用以下两种：

1、如图8所示，所述安全护栏2为栅栏状，其底部的横杆设有供所述横向加强杆21贯穿的插孔24；所述横向加强杆21为螺纹杆；所述固定件22为一对螺纹连接在所述横向加强杆21上且位于安全护栏2两侧的螺母。当把安全护栏2两侧的螺母拧紧时，安全护栏2与横向加强杆21固定连接在一起。

2、如图9所示，所述安全护栏2为栅栏状，此时，底板1的上方还设有上固定杆25，上固定杆25和横向加强杆21对应设置，且上下对应的上固定杆和横向加强杆21的两端通过绳索初步固定连接，然后上固定杆25和安全护栏2再通过固定件连接，此时固定件22为固定扣件。

实施例二

本实施例提供一种浅水域直埋管道精探方法，包括以下步骤：

s10、在实施例一中的精探平台的配合下，通过管线仪追踪目标管道，待所述精探平台划行至目标管道的正上方时，通过所述精探平台的锚定孔将所述精探平台锚定；

管线仪是一种在地面上对地下金属管道、电线、电缆进行位置及深度测量的仪器。由一个发射机加一个接收机组成。发射机一般是多频率的，通常有50hz、512hz、640hz、8k、33k、65k、83k、131k、200k等,加信号的方式有夹钳法、直连法和感应法三种，而感应法时发射机和管道是不连的，就是利用互感原理将发射信号加到地下金属管道(如煤气管道、自来水管道、电缆等)上。本实施例中，采用电磁法的管线仪来追踪目标管道。发射机在目标管道的外漏端发射信号，接收机放置在精探平台上，探测人员通过在水面上划行精探平台来移动接收机；管线仪的接收机接收到磁通量最大的几个点的连线即为目标管道的走向，当精探平台的中部正对着这个几个信号最强的点时，即表示精探平台位于目标管道的正上方，通过滑动精探平台使得几个信号最强的点的连线大致与中部的旋转部对齐，通过将锚定竿插入锚定孔将精探平台锚定即可。

s20、通过管线仪在所述精探平台上选定电磁信号最强的位置，以该位置为中心形成第一探测区；

第一探测区一般选定为一个圆形或者方框形，大小以至少涵盖一个泡沫板为宜；并用标记笔在精探平台上做好边缘标记。

s30、将触探仪逐个伸入所述第一探测区域内的触探孔，直至所述触探仪触探到硬质检测物时，以该触探孔为中心形成第二探测区域；

触探仪主要用于检测地基承载力，主要由探头、触探杆及穿心锤3部分组成；本实施例中，触探仪的触探杆由多节带有标尺的分段组成，可用于测目标管道的深度；当触探仪触探到硬物时，该硬物可能是目标管道，也可能是水下的石头、杂物；第二探测区进一步缩小了检测范围。

优选地，进一步可以在所述触探仪上安装音频采集放大装置，在本步骤中采集所述触探仪触碰硬质检测物时的声音信号；

判断所述声音信号的频率为是否在设定频率范围内，若是则执行步骤s40；若否则继续执行步骤s30。所述设定频率范围为1.5-4khz，因触探仪材质是金属杆，在触探不同材质物体时所激发的声波频率是有差异的，根据这个物理特性在触探仪上加装一个音频采集放大装置，通过采集的声波频率信号来分析触探的物体是否为目标物；根据实验分析：a.若触探物为混泥土块，其激发频率约3.5-6khz；b.若触探物为长输金属管道，其激发频率约1.5-4khz；c.若触探物为塑料、泥土或木质类，其激发频率约0.1-1khz；因此通过激发频率可进一步确定硬质检测物是否为目标管道。

s40、将套有pvc管的钎探杆从所述第二探测区域内的触探孔伸入水底，通过高压水泵往所述钎探杆内注入高压水，以在所述pvc管内形成窥探孔，从所述pvc管内下入内窥镜，通过内窥镜观察所述硬质检测物的材质是否与目标管道一致，若是则确定当前下入的触探孔为中心触探孔，并进行地震波验证，若否则再次执行步骤s30；

为了进一步确定探测到的硬物是否为目标管道，通过高压水泵往所述中空的钎探杆内注入高压水，当形成窥探孔后，将钎探杆取出，此时pvc管保留了水下形成的窥探孔，再通过内窥镜观察所述硬质检测物的材质是否与目标管道一致，若是则二次确定s30中触探到的硬物为目标管道，若不一致，侧该硬物可能是位于目标管道上的与目标管道同质的杂物。

s50、地震波验证：将地震检波器通过所述中心触探孔伸入水下耦合在所述硬质检测物上；于第一时间点t1在远端目标管道出露点激发地震波信号，分析离所述第一时间点t1最近的第二时间点t2接收到的地震波信号，判断所述硬质检测物是否为目标管道，若否则再执行步骤s30；

地震波信号的具体分析方式可以采用速度分析法，即根据公式(一)确定地震检波器在第二时间点t2接收到的地震波信号的传播速度v：

v＝l/(t2-t1)公式(一)

判断传播速度v是否大于等于设定传播速度v0，若是则判定所述硬质检测物为目标管道。

当该水域有多条管道沿同样的路径铺设时，地震波验证法即可准确地识别出当前管道是否为目标管道，如图10所示，在目标管道26的已知出露点管道上激发地震波信号，地震波会沿着目标管道传播，也会透过目标管道传播到附近干扰管道(例如第一干扰管道27和第二干扰管道28)上。但最快到达采集点的地震波是沿着目标管道传播的直达波。若地震检波器直接接触到的是地下干扰管道，则其信号微弱或没有。钢铁的地震波速度5800m/s左右，泥土的地震波速度100-2000m/s左右。若是穿过管道到土层再穿回管道则其时间必定增加了,根据公式计算其速度必定远小于5800m/s。因此上述设定传播速度即为5800m/s。

在其他实施方式中，也可以根据接收到的地震波信号强度来判断是否为目标管道。

因此地震波检测法有效地排除了目标管道附近的干扰管道。

s60、根据管线仪确定目标管道走向；转动所述第二探测区域内的旋转部，使其上的触探孔所在的排列方向与所述目标管道走向垂直；

管线仪在精探平台上测定多个电磁信号最强的点连线即得到目标管道的走向，在锚定精探平台时，由于水下环境等影响，无法使得触探孔的排列方向严格垂直于目标管道的走向；而本方案中，可以在精探平台上通过标示出目标管道的走向，然后转动旋转部，使得触探孔的排列方向精准地垂直于目标管道的走向。

s70、将所述中心触探孔29及与其同排且相邻的两个触探孔标定为选定触探孔；

经过上述步骤确定三个选定触探孔即为目标管道的同一横截面上外壁的三个点；在优选的方式中，在确定中心触探孔后，还可进一步通过上述步骤s30-s60再次验证与其中心触探孔同排且相邻的两个触探孔是否为目标管道。

将触探仪分别从三个所述选定触探孔伸入，得到所述目标管道的第一埋深、第二埋深和第三埋深；根据所述第一埋深、第二埋深和第三埋深拟合得到所述目标管道的圆心埋深；

上述触探孔的排列方向精准地垂直于目标管道的走向，使得中心触探孔及与其同排且相邻的两个触探孔正好位于目标管道同一横截面的正上方，因此保证了第一埋深、第二埋深和第三埋深为目标管道同一横截面上的外壁三个点的埋深，保证了圆心埋深的精确性。

通过rtk系统测得分别与所述三个所述选定触探孔对应的第一水平投影坐标、第一高程，第二水平投影坐标、第二高程和第三水平投影坐标、第三高程；并根据所述第一水平投影坐标、第一高程、第二水平投影坐标、第二高程、第三水平投影坐标、第三高程拟合得到所述目标管道的圆心水平投影坐标、圆心投影高程。

rtk为real-timekinematic的简称，rtk为实时动态载波相位差分技术，是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。这是一种新的常用的卫星定位测量方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而rtk是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，是gps应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新的测量原理和方法，极大地提高了作业效率。

如图11所示，在rtk系统中可直接测得三个选定触探孔在水平坐标系中的坐标点(x1，y1)、(x2，y2)、(x3，y3)和高程ha、hb、hc，三个坐标点可拟合得目标管道的圆心所在的线函数y＝ax+b；通过上述目标管道的圆心埋深，可以获得目标管道的圆心与各个选定触探孔在水平坐标系中的直线距离，通过该直线距离和上述线函数即可得到目标管道圆心的坐标。

如图12所示，例如中心触探孔的顶端距离目标管道表面的第一埋深为g1、相邻两个触探孔的顶端距离目标管道表面的第二埋深和第三埋深分别为g2和g3；通过这三个触探孔触探到的目标管道的表面距离圆心所在的水平中心截面的距离分别为h1、h2和h3；目标管道的半径r为已知的；中心触探孔距离左边的触探孔的距离为l1，距离右边的触探孔的距离为l2，l1和l2为已知参数。

则根据以下六个关系式可计算得到h1、h2和h3:

sinθ1＝h1/r；

sinθ2＝h2/r；

sinθ3＝h3/r；

h2/tanθ2-h1/tanθ1＝l1；

h1/tanθ1+h3/tanθ3＝l2；

h2/tanθ2+h3/tanθ3＝l1+l2；

最后目标管道的圆心埋深就取g1+h1、g2+h2、g3+h3的平均值。

而圆心位于精探平台上的投影位置，可以通过上述任意角度测得，例如圆心距离位于中心触探孔右边的选定触探孔的距离为l0，则

l0＝r*cosθ3,根据l0即测得了圆心在精探平台上的对应投影位置，在绘图软件中可拟合得到圆心高程。

选定与圆心最近的两个选定触探孔，例如图中的靠右的两个触探孔，这两个触探孔的高程分别为ha和hc；以这两个触探孔与圆心的远近程度作为权重，计算得到：

圆心投影高程＝ha*(l0/l2)+hc*[(l2-l0)/l2]；

将圆心投影高程减去圆心埋深得到圆心标高。

s90、根据所述圆心水平投影坐标、圆心标高和管道管径，在三维绘图软件中可绘制得到所述目标管道在浅水域下的三维立体图。

上述三维立体图的绘制为现有的三维管道的绘制方法，具体细节不再不赘述。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。