隨著我國(guó)城市建設(shè)進(jìn)程持續(xù)推進(jìn)，地下管網(wǎng)作為保障城市正常運(yùn)轉(zhuǎn)的核心基礎(chǔ)設(shè)施，其安全運(yùn)維、隱患排查、更新改造的行業(yè)需求持續(xù)攀升。國(guó)內(nèi)城市地下管網(wǎng)體量龐大，大量早期鋪設(shè)管網(wǎng)逐步進(jìn)入老化服役階段，漏損、位移、結(jié)構(gòu)性破損等病害問(wèn)題頻發(fā)，極易引發(fā)路面塌陷、供水中斷、管線破損等安全事故，嚴(yán)重影響城市運(yùn)行安全。傳統(tǒng)單一管網(wǎng)探測(cè)技術(shù)存在明顯技術(shù)短板，電磁法、地質(zhì)雷達(dá)、聲學(xué)探測(cè)等單一技術(shù)均存在適用場(chǎng)景局限，難以適配當(dāng)前復(fù)雜城市工況下的全品類(lèi)、高精度管網(wǎng)探測(cè)需求，因此多傳感器融合技術(shù)成為當(dāng)下地下管網(wǎng)探測(cè)領(lǐng)域的重點(diǎn)研發(fā)與主流應(yīng)用方向。
一、技術(shù)背景與發(fā)展歷程
我國(guó)地下管網(wǎng)探測(cè)技術(shù)發(fā)展歷經(jīng)多個(gè)迭代階段，早期行業(yè)普遍采用單一技術(shù)探測(cè)模式，技術(shù)適配性與檢測(cè)精度存在明顯短板。早期主流探測(cè)方案以電磁法為核心，技術(shù)成熟、操作便捷，但僅可對(duì)金屬管線實(shí)現(xiàn)有效定位識(shí)別，無(wú)法適配PE管、混凝土管、塑料管等非金屬管線探測(cè)，非金屬管線漏檢、誤檢問(wèn)題突出，難以滿足全類(lèi)型管網(wǎng)普查需求。
后續(xù)隨著管網(wǎng)探測(cè)技術(shù)持續(xù)革新，地質(zhì)雷達(dá)、聲學(xué)聽(tīng)漏、光纖傳感等多元化探測(cè)技術(shù)逐步實(shí)現(xiàn)行業(yè)推廣，各類(lèi)技術(shù)憑借自身特性彌補(bǔ)了傳統(tǒng)電磁法的部分短板。但各類(lèi)單一技術(shù)的適用場(chǎng)景、探測(cè)優(yōu)勢(shì)、抗干擾能力均存在明確邊界，無(wú)法兼顧復(fù)雜場(chǎng)地、多類(lèi)型管線、病害精準(zhǔn)識(shí)別等多重需求，單一技術(shù)作業(yè)模式始終存在檢測(cè)盲區(qū)與精度缺陷。
為解決單一探測(cè)技術(shù)的局限性，行業(yè)逐步探索多傳感器融合探測(cè)方案，通過(guò)整合各類(lèi)探測(cè)技術(shù)的核心優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)互補(bǔ)、數(shù)據(jù)互證，有效彌補(bǔ)單一技術(shù)的短板。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期技術(shù)研發(fā)、試點(diǎn)應(yīng)用與工藝優(yōu)化，多傳感器融合探測(cè)技術(shù)的成熟度、穩(wěn)定性、精準(zhǔn)度持續(xù)提升，目前已廣泛應(yīng)用于城市地下管網(wǎng)普查、老舊管網(wǎng)改造、市政工程前期勘測(cè)、園區(qū)管網(wǎng)安全排查等各類(lèi)場(chǎng)景，成為復(fù)雜工況下管網(wǎng)探測(cè)的優(yōu)選技術(shù)方案。
二、核心原理深度解析
多傳感器融合技術(shù)應(yīng)用于地下管網(wǎng)探測(cè)的核心邏輯，是依托多類(lèi)型探測(cè)設(shè)備同步采集多維地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)，通過(guò)多層級(jí)數(shù)據(jù)融合、篩選校準(zhǔn)、分析研判，彌補(bǔ)單一傳感器的數(shù)據(jù)缺陷，全面提升管網(wǎng)探測(cè)的覆蓋范圍、識(shí)別精度與數(shù)據(jù)可靠性。整套技術(shù)流程主要分為感知層數(shù)據(jù)采集、特征層數(shù)據(jù)融合、決策層成果輸出三個(gè)核心層級(jí)。
第一層級(jí)為感知層數(shù)據(jù)采集。該層級(jí)為技術(shù)基礎(chǔ)，通過(guò)搭載電磁法探測(cè)儀、地質(zhì)雷達(dá)、光纖振動(dòng)傳感器、聲學(xué)聽(tīng)漏設(shè)備等多類(lèi)感知單元，同步開(kāi)展野外數(shù)據(jù)采集。其中，電磁法設(shè)備主要采集地下金屬管線的電流反饋信號(hào)，精準(zhǔn)識(shí)別金屬管線的平面位置、敷設(shè)走向；地質(zhì)雷達(dá)通過(guò)發(fā)射高頻電磁波，解析地下介質(zhì)的分層特征與物性差異，有效識(shí)別非金屬管線、管線埋深及內(nèi)部空洞、破損等結(jié)構(gòu)缺陷；聲學(xué)聽(tīng)漏、光纖振動(dòng)傳感器專注捕捉管網(wǎng)介質(zhì)泄漏產(chǎn)生的振動(dòng)、噪聲信號(hào)，精準(zhǔn)鎖定管網(wǎng)漏點(diǎn)位置。各類(lèi)傳感器完成同步數(shù)據(jù)采集后，統(tǒng)一開(kāi)展時(shí)間戳對(duì)齊、原始數(shù)據(jù)去噪、無(wú)效數(shù)據(jù)剔除等預(yù)處理工作，為后續(xù)融合分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。
第二層級(jí)為特征級(jí)融合。系統(tǒng)針對(duì)不同傳感器的原始預(yù)處理數(shù)據(jù)，自動(dòng)提取差異化核心特征，包括電磁法采集的管線導(dǎo)電材質(zhì)特征、地質(zhì)雷達(dá)解析的地下介質(zhì)介電常數(shù)特征、聲學(xué)設(shè)備捕捉的泄漏振動(dòng)頻率特征等。通過(guò)多維度特征交叉匹配、數(shù)據(jù)比對(duì)校準(zhǔn)，剔除各類(lèi)傳感器采集的沖突數(shù)據(jù)、干擾數(shù)據(jù)，整合形成統(tǒng)一、規(guī)范的管網(wǎng)特征數(shù)據(jù)集，規(guī)避單一傳感器數(shù)據(jù)偏差、數(shù)據(jù)缺失等問(wèn)題。
第三層級(jí)為決策級(jí)融合。結(jié)合城市GIS管網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、場(chǎng)地土壤環(huán)境參數(shù)、管網(wǎng)敷設(shè)基礎(chǔ)資料等輔助信息，對(duì)融合后的管網(wǎng)特征數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析研判，最終輸出管線位置、埋深、材質(zhì)屬性、缺陷類(lèi)型、泄漏點(diǎn)位等多維度精準(zhǔn)探測(cè)成果，依據(jù)行業(yè)通用規(guī)范形成標(biāo)準(zhǔn)化管網(wǎng)探測(cè)報(bào)告，為管網(wǎng)運(yùn)維、改造、施工提供數(shù)據(jù)支撐。
三、技術(shù)優(yōu)勢(shì)與局限性
相較于傳統(tǒng)單一管網(wǎng)探測(cè)技術(shù)，多傳感器融合技術(shù)通過(guò)多技術(shù)互補(bǔ)、多數(shù)據(jù)互證，在復(fù)雜場(chǎng)景探測(cè)中具備顯著優(yōu)勢(shì)，核心優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面。
一是探測(cè)適配范圍更廣。該技術(shù)整合了各類(lèi)探測(cè)設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，可同時(shí)適配金屬、非金屬等全類(lèi)型城市管網(wǎng)探測(cè)，徹底解決了單一電磁法無(wú)法識(shí)別非金屬管線、單一地質(zhì)雷達(dá)易受環(huán)境干擾的問(wèn)題，能夠滿足市政管網(wǎng)、園區(qū)管網(wǎng)、交通配套管網(wǎng)等不同場(chǎng)景的全品類(lèi)探測(cè)需求，有效消除探測(cè)盲區(qū)。
二是綜合作業(yè)效率更高。傳統(tǒng)單一技術(shù)作業(yè)模式需根據(jù)探測(cè)需求多次進(jìn)場(chǎng)、分類(lèi)型開(kāi)展管線定位、缺陷排查、泄漏檢測(cè)等作業(yè)，流程繁瑣、周期較長(zhǎng)。多傳感器融合技術(shù)可實(shí)現(xiàn)一次進(jìn)場(chǎng)、同步采集多維數(shù)據(jù)，一次性完成管線定位、材質(zhì)識(shí)別、缺陷排查、漏點(diǎn)檢測(cè)等多項(xiàng)工作，大幅減少現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)頻次與工期成本，顯著提升管網(wǎng)探測(cè)整體作業(yè)效率。
三是抗干擾能力更強(qiáng)。在軌道交通沿線、工業(yè)園區(qū)、城市核心商圈等強(qiáng)電磁干擾、復(fù)雜地質(zhì)工況區(qū)域，單一探測(cè)設(shè)備極易受環(huán)境影響，出現(xiàn)信號(hào)失真、數(shù)據(jù)偏差、識(shí)別失效等問(wèn)題。多傳感器融合技術(shù)可通過(guò)多源數(shù)據(jù)交叉驗(yàn)證、干擾信號(hào)過(guò)濾，有效規(guī)避環(huán)境因素帶來(lái)的探測(cè)誤差，大幅提升復(fù)雜場(chǎng)景下的探測(cè)穩(wěn)定性與精準(zhǔn)度。
同時(shí)，受設(shè)備工藝、算法水平、作業(yè)條件限制，多傳感器融合技術(shù)仍存在一定局限性。一是設(shè)備投入成本更高，多傳感器一體化探測(cè)設(shè)備及配套系統(tǒng)的采購(gòu)、運(yùn)維成本高于傳統(tǒng)單一探測(cè)設(shè)備，對(duì)于管線類(lèi)型單一、作業(yè)范圍較小、工況簡(jiǎn)單的小型探測(cè)項(xiàng)目，成本性價(jià)比優(yōu)勢(shì)不突出。二是人員操作門(mén)檻較高，該技術(shù)涉及多類(lèi)傳感器設(shè)備校準(zhǔn)、參數(shù)調(diào)試、數(shù)據(jù)融合算法操作等內(nèi)容，對(duì)作業(yè)人員的素養(yǎng)、實(shí)操經(jīng)驗(yàn)要求更高，人員培訓(xùn)與實(shí)操磨合周期更長(zhǎng)。三是極端復(fù)雜地質(zhì)條件下精度受限，在深層飽和濕土、高含水率軟土等特殊地質(zhì)區(qū)域，地質(zhì)雷達(dá)電磁波信號(hào)衰減幅度較大，易導(dǎo)致局部數(shù)據(jù)缺失，對(duì)最終融合探測(cè)成果的精度產(chǎn)生一定影響。
四、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范要求
目前我國(guó)已出臺(tái)多項(xiàng)現(xiàn)行*及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)城市地下管線探測(cè)的技術(shù)方法、作業(yè)流程、精度指標(biāo)、成果輸出等內(nèi)容作出統(tǒng)一規(guī)范，是多傳感器融合探測(cè)技術(shù)落地應(yīng)用的核心依據(jù)。現(xiàn)行主流通用標(biāo)準(zhǔn)包含《城市地下管線探測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》《城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)漏損控制及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》等，標(biāo)準(zhǔn)明確了各類(lèi)工況下管網(wǎng)探測(cè)的精度要求、作業(yè)規(guī)范與成果驗(yàn)收準(zhǔn)則。
在管網(wǎng)探測(cè)精度方面，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定了地下管線平面定位、高程定位的誤差限值，為多傳感器融合探測(cè)成果的校核、驗(yàn)收提供了統(tǒng)一依據(jù)；在漏點(diǎn)檢測(cè)方面，針對(duì)城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)泄漏排查工作，明確要求復(fù)雜工況需采用多技術(shù)結(jié)合的探測(cè)方式，提升漏點(diǎn)定位精準(zhǔn)度。同時(shí)，行業(yè)通用驗(yàn)收規(guī)范對(duì)管網(wǎng)普查探測(cè)數(shù)據(jù)的合格率、完整性、規(guī)范性作出了明確要求，所有管網(wǎng)探測(cè)項(xiàng)目成果均需符合對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范后方可驗(yàn)收落地。
五、應(yīng)用場(chǎng)景與選型建議
憑借適配性強(qiáng)、精度高、穩(wěn)定性好的優(yōu)勢(shì)，多傳感器融合技術(shù)目前已廣泛落地于各類(lèi)復(fù)雜城市管網(wǎng)探測(cè)場(chǎng)景，有效解決了傳統(tǒng)探測(cè)技術(shù)的諸多行業(yè)痛點(diǎn)。在城市全域管網(wǎng)普查項(xiàng)目中，針對(duì)城市管網(wǎng)敷設(shè)年限跨度大、管線類(lèi)型繁雜、新舊管線交錯(cuò)、隱蔽性病害多等特點(diǎn)，多傳感器融合技術(shù)可實(shí)現(xiàn)全品類(lèi)管線精準(zhǔn)識(shí)別與全面隱患排查，完整摸清城市管網(wǎng)底數(shù)，為城市管網(wǎng)更新改造、智慧管網(wǎng)建設(shè)提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支撐。在工業(yè)園區(qū)、產(chǎn)業(yè)園區(qū)管網(wǎng)排查場(chǎng)景中，園區(qū)內(nèi)管線密集、介質(zhì)復(fù)雜、電磁干擾源多，傳統(tǒng)單一技術(shù)漏檢、誤檢率高，多傳感器融合技術(shù)可有效過(guò)濾環(huán)境干擾，精準(zhǔn)識(shí)別金屬輸送管線、非金屬排污管線的腐蝕、破損、泄漏等隱蔽隱患，保障園區(qū)管網(wǎng)運(yùn)行安全。在市政交通基建項(xiàng)目中，地鐵、道路改擴(kuò)建等工程沿線管線交錯(cuò)、施工干擾強(qiáng)，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高精度管線定位，有效規(guī)避施工挖斷管線、管線破損等安全事故，保障基建施工安全有序推進(jìn)。
在技術(shù)方案選型方面，需結(jié)合項(xiàng)目工況、管線類(lèi)型、作業(yè)需求合理選擇探測(cè)方案，兼顧作業(yè)質(zhì)量與成本效益。針對(duì)工況簡(jiǎn)單、作業(yè)范圍小、僅涉及單一金屬管線探測(cè)的小型項(xiàng)目，可采用傳統(tǒng)單一電磁法探測(cè)技術(shù)，控制項(xiàng)目成本、提升作業(yè)效率。針對(duì)管線類(lèi)型多樣、場(chǎng)地工況復(fù)雜、存在強(qiáng)干擾因素，或需同步完成管線定位、缺陷排查、泄漏檢測(cè)的中大型管網(wǎng)探測(cè)項(xiàng)目，優(yōu)先選用多傳感器融合探測(cè)方案。項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，需嚴(yán)格遵循現(xiàn)行*及行業(yè)管網(wǎng)探測(cè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，同時(shí)優(yōu)先選擇具備成熟融合算法、完善售后支撐與技術(shù)迭代能力的服務(wù)及設(shè)備供應(yīng)商，保障探測(cè)成果的精準(zhǔn)性與規(guī)范性。
六、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)與展望
隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、邊緣計(jì)算、數(shù)字孿生等新技術(shù)與市政管網(wǎng)探測(cè)領(lǐng)域的深度融合，多傳感器融合探測(cè)技術(shù)將持續(xù)迭代升級(jí)，朝著智能化、高效化、精準(zhǔn)化、數(shù)字化方向發(fā)展，未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)主要集中在三個(gè)維度。
一是邊緣計(jì)算與探測(cè)設(shè)備深度融合。傳統(tǒng)探測(cè)模式需完成野外數(shù)據(jù)采集后，回傳后臺(tái)系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)融合分析，作業(yè)流程存在滯后性。未來(lái)邊緣計(jì)算技術(shù)將深度嵌入探測(cè)終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)處理、實(shí)時(shí)融合、實(shí)時(shí)成果輸出，無(wú)需依賴后臺(tái)算力，可大幅縮短作業(yè)周期，進(jìn)一步提升野外探測(cè)作業(yè)效率。
二是人工智能大模型賦能精準(zhǔn)探測(cè)。依托海量管網(wǎng)探測(cè)樣本數(shù)據(jù)、管線病害特征數(shù)據(jù)訓(xùn)練的行業(yè)AI大模型，將逐步應(yīng)用于探測(cè)數(shù)據(jù)解析環(huán)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜場(chǎng)景下管線類(lèi)型自動(dòng)識(shí)別、病害智能分類(lèi)、隱患等級(jí)自動(dòng)判定，有效降低人工解析誤差，持續(xù)提升極端復(fù)雜工況下的探測(cè)精準(zhǔn)度與智能化水平。
三是與數(shù)字孿生管網(wǎng)系統(tǒng)深度對(duì)接。多傳感器融合技術(shù)采集的標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)化管網(wǎng)數(shù)據(jù)，可直接對(duì)接城市數(shù)字孿生管網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)空間位置、運(yùn)行狀態(tài)、病害隱患等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新、動(dòng)態(tài)迭代，支撐城市管網(wǎng)全生命周期數(shù)字化、可視化、智能化管理，助力智慧市政體系建設(shè)。
整體而言，多傳感器融合技術(shù)徹底突破了傳統(tǒng)單一管網(wǎng)探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用局限，是當(dāng)前地下管網(wǎng)探測(cè)領(lǐng)域的核心發(fā)展方向。未來(lái)隨著探測(cè)設(shè)備成本持續(xù)下行、融合算法不斷優(yōu)化、操作門(mén)檻逐步降低，該技術(shù)將在市政管網(wǎng)運(yùn)維、工業(yè)管網(wǎng)排查、交通基建配套、智慧城市建設(shè)等更多場(chǎng)景中普及應(yīng)用，為城市地下管網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。
