本发明属于地下管线探测领域，具体涉及一种基于磁化场间接探测的埋地铁质管线探测与精确定位方法。
背景技术：
由于历史、人文及地质变动等原因，使得地下管线分布信息不明，从而引起管线加密铺设、道路施工挖掘、工程勘察及建设打桩过程中打漏或挖断地下管线的现象时常发生，造成油气泄露、水电中断等安全事故，严重影响工农业正常生产及人们日常生活。因此，工程施工前，探明施工区域地下管线的有无及确定管线水平分布极其重要。
地下管线管材种类繁多，埋设情况多种多样，针对不同管线进行探测的方式千差万别。铸铁管、镀锌铁管、不锈钢管、不锈钢复合管及PCCP管由钢铁及其他管道材料构成，这些类型的管道可以统称为铁质管道。目前，几乎全部的油气集输管道、绝大部分的供水供暖管线及部分共同沟、雨污排水管线为铁质管道，特别是铺设较老的地下管线绝大部分是铸铁管材。由于地下铁质管线的磁化率特性与周围土壤的磁化率差异较大，在地磁场的磁化下会产生非常明显的磁异常，因此，可以通过探测地面磁异常分布来探测地下铁质管线的分布。
目前，地下铁质管线磁异常探测主要以探测总磁异常为主，基于总磁异常强度分布,能够有效判断地下铁质管线的有无，但基于总磁异常强度分布无法准确判断地下管线的水平位置。由于地下铁质管线所引起的总线磁异常分布受到地磁分布特征、管道走向、管道剩磁的影响，垂直于管线走向的总磁异常探测曲线形态会随之变化，不论是曲线极值，还是曲线极值连线上预先确定的特征点都无法准确指示地下铁质管线轴线的水平位置。除了探测地下铁质管线的有无，准确定位管线水平位置用于指导开挖及打桩施工，以避免事故的发生显得更为重要。
技术实现要素：
本发明的目的是针对目前埋地铁质管线总磁异常探测定位存在的问题，提供一种基于磁化场间接探测的埋地铁质管线探测与精确定位方法。
总磁异常是地下铁质管线被地磁场磁化产生的管道磁异常和地磁背景场之间的矢量和，由于测线总磁异常曲线形态受管道方位角、磁倾角、磁偏角及管道剩磁分布影响，因此总磁异常曲线最大或最小值无法准确指示管道轴线的水平位置；管道磁化后产生的磁场矢量模值的计算曲线为轴对称结构，其只存在最大峰值而无最小谷值，管道磁化磁场峰值指示管道轴线水平位置较探测总磁异常最值指示的管道水平位置准确性高很多；基于此前提，本发明提出了一种基于磁化场间接探测的埋地铁质管线探测与精确定位方法，该方法的实现包括以下步骤：
步骤一，由多个高精度三轴磁场传感器安装在可移动的探测装置上组成直线探测阵列；
步骤二，在被探测区域地表划定多条直线作为初测探测路径，所述初测探测路径长度覆盖被探测区域；
步骤三，沿着划定的初测探测路径，使用直线探测阵列垂直于初测探测路径在近地表平面上，按照设定的距离依次探测初测测点磁场三分量；
步骤四，以磁感应强度最大值对应的探测点作为参考点，在不同方向上选择距离参考点不小于16米的固定距离、磁感应强度波动较平静区域的多个测点磁场三分量的平均值作为背景磁场三分量，将定测测点磁场三分量减去背景磁场三分量后，计算管线磁化场的磁感应强度，具体计算公式如下：
上式中，为测点的磁化场的磁感应强度，为测点磁场轴向分量，为测点磁场轴向分量，为测点磁场轴向分量，为背景磁场轴向分量，为背景磁场轴向分量，为背景磁场轴向分量；
步骤五，计算探测区域各个测点的管道磁化场磁感应强度，绘制相应的磁感应强度曲面分布，若探测计算磁化场强度分布存在明显的条状分布，则能判断存在地下铁质管线。使用磁化场最大值点定位埋线铁质管线的大致走向，重新划定能够覆盖探测区域的多条平行直线作为定测探测路径，所述定测探测路径与前述埋地铁质管线大致走向的夹角不小于10°，在定测探测路径上每隔一段相等的距离探测定测测点磁场三分量；
步骤六，绘制所有定测区域磁化场的磁感应强度曲面分布，使用每个三轴磁场传感器的探头探测计算得到的磁化场曲线最大值点在探测平面上坐标来指示地下管线的分布。
对上述内容的进一步补充，所述步骤四所述固定距离为20米，在实际操作中根据管道所引起的磁异常大小确定固定距离的数值。
对上述内容的进一步补充，通过计算所得磁感应强度，绘制相应的磁感应强度曲面分布，磁感应强度波动比较平静的区域即可确定在相应位置无埋地铁质管线，反之，则在相应位置有埋地铁质管线，此时，使用磁化场最大值点定位埋线铁质管线的大致走向，为了达到较好的探测定位效果，在初步探测确定埋线铁质管线存在及大致走向后，重新划定探测路径覆盖探测区域，探测路径与初步确定的管道轴线走向夹角最小不小于10°，以90°方向最佳。
对上述内容的进一步补充，用于参考的背景磁场来自于被探测区域同一次磁场测量数据。
对上述内容的进一步补充，三轴磁场传感器安装时,三轴向方向一致，测点位于同一直线上；磁化场探测计算时，直线探测阵列的位于中间位置的磁场传感器位于探测路径线的正上方，探测阵列垂直于探测路径。
本发明相比现有技术具有以下优点：
（1）本发明采用管道磁化场探测地下铁质管线的有无，相比于总磁异常探测而言，能够更准确的判断地下管线的存在性；
（2）本发明采用管道磁化场探测计算曲线的峰值定位地下铁质管线的水平位置，不受管道剩磁分布的影响；
（3）本发明采用管道磁化场探测计算曲线的峰值定位地下铁质管线的水平位置，受管道走向于地磁特征的影响很小，当在探测过程中遇到特殊地形，无法以探测路径与初步确定的管道轴线走向夹角的90°实施时，只要该夹角大于10°即可利用峰值进行定位，适用范围更广；
（4）本发明可基于现有的总磁异常埋地铁质管线探测仪，使用本发明提出的方法进行磁测数据处理与分析，对于已有总磁异常埋地铁质管线探测仪的使用者而言，能够降低使用投入成本，提高探测精确度。
附图说明
图1不同埋深铁质管线磁化场峰值水平定位示意图。
图2为基于磁化场间接探测的埋地铁质管线探测与精确定位方法的流程图。
其中，为测点的磁化场的磁感应强度，为管道埋深，为测线上测点横坐标。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合模拟结果，对本发明具体实施方式做进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
如图2为基于磁化场间接探测的埋地铁质管线探测与精确定位方法的操作流程图，在本实施例中，操作具体过程为：将9个精度为1nT的小型三轴磁场传感器以每隔10cm间隔安装在铝制探测支架上，9个三轴磁场传感器测点位于同一直线上，传感器三个轴向方向分别对应相同；调校仪器使得均匀磁场中不同传感器相同轴向的磁场测量数值差异尽量小于1nT。
使用直线探测阵列沿探测区域内划定的长度为20m的初测探测路径测量计算磁化场的磁感应强度异常分布，初步判断地下铁质管线的有无及大致走向；如果初步判断存在地下铁质管线，则确定管线初步走向；根据被探测区域地形情况，选择一个尽量垂直于管线走向的方向划定30条平行直线作为定测探测路径，相邻路径间隔为1m；磁感应强度异常探测时，直线探测阵列的中间磁场传感器位于定测探测路径线的正上方，探测阵列垂直于定测探测路径。
将探测计算得到的地下铁质管线的磁化场强度分布绘制成曲面，由磁化场强度分布曲面进一步确定地下铁质管线的有无；由每条探测路径所得磁化场曲线的峰值定位管线轴线在探测面上的水平位置；如图1所示为外径50cm，厚度5mm，磁化率200SI，管道相对地磁北极方位角为30°时，不同管道埋深条件下管道磁化场曲线图，图中不同的磁化场曲线由相同线型对应的埋地铁质管线所致，管道埋深越深，磁化场峰值越小，即数值越大，测线上测点横坐标位置对应的磁化场的磁感应强度峰值越小。
图1显示不同埋深条件下管道磁场曲线的对称性较好，其峰值水平定位误差相对于曲线测线长度而言可以忽略，模拟计算表明峰值水平定位相对于埋深的误差最大不超过4.5%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。