城市地下管线三维测绘关键技术及其优化策略

引言

三维测绘技术凭借其立体化、高精度、可视化的优势，成为解决地下管线管理难题的重要技术手段，能够突破地下空间“ 不可见” 的限制，实现管线信息的全面感知与动态更新。深入研究城市地下管线三维测绘的关键技术，分析技术应用中的痛点并提出优化方向，对于提升城市地下管线管理水平、推动智慧城市建设具有重要意义。

一、城市地下管线三维测绘的关键技术类型

（一）数据采集技术

数据采集是地下管线三维测绘的基础环节，核心目标是精准获取管线自身参数与周边环境信息。常用技术包括地下管线探测仪、地质雷达（GPR）、全站仪、GNSS 定位技术及三维激光扫描技术等。地下管线探测仪通过电磁感应原理，探测金属管线的走向、埋深与管径；地质雷达利用高频电磁波探测非金属管线及管线周边土壤、岩层分布，识别管线周边隐患区域；全站仪与 GNSS 定位技术结合，实现地面控制点精准布设，为地下管线定位提供坐标基准。

（二）数据处理与建模技术

数据处理与建模是将采集到的分散、多源数据转化为标准化三维模型的关键环节，涵盖数据预处理、坐标转换、特征提取与模型构建等步骤。数据预处理阶段需对采集到的点云数据、探测数据进行去噪、滤波处理，剔除干扰信息，确保数据准确性；坐标转换环节将不同坐标系下的测量数据统一到城市统一坐标系，实现管线位置与城市空间框架的精准匹配；特征提取阶段通过算法识别管线的起点、终点、拐点、分支点等关键特征，确定管线管径、材质、走向等属性；模型构建阶段则基于处理后的数据，采用 BIM（建筑信息模型）技术或三维地理信息系统（3DGIS）技术，构建包含管线空间信息与属性信息的三维可视化模型，实现管线信息的直观呈现与交互查询。

（三）数据可视化与应用技术

数据可视化与应用技术是连接三维测绘数据与实际管理需求的桥梁，通过将三维模型与业务管理系统结合，实现数据价值转化。可视化技术通过三维渲染、场景漫游、剖切分析等功能，直观展示管线空间分布，支持管理人员从不同视角观察管线细节，快速定位管线位置与潜在隐患；应用技术则围绕管线管理需求，开发隐患排查、应急抢修、规划设计等功能模块，例如通过三维模型模拟管线泄漏扩散路径，辅助制定应急处置方案；结合时间维度数据，分析管线老化趋势，为管线维护更新提供决策依据。

二、城市地下管线三维测绘技术应用的核心需求与现存问题

（一）技术应用的核心需求

城市地下管线三维测绘技术应用需满足三个核心需求：一是精度需求，管线空间位置、埋深的测量误差需控制在行业标准范围内，确保后续隐患排查与施工指导的准确性；二是效率需求，城市地下管线分布广、数量多，测绘工作需在不影响城市正常运转的前提下快速推进，缩短数据采集与建模周期；三是兼容性需求，不同类型管线（如供水、燃气、电力）的测绘数据格式、属性标准存在差异，三维测绘技术需实现多源数据的融合处理，确保数据可共享、可复用，适配不同管理部门的业务系统。

（二）技术应用中的现存问题

当前三维测绘技术在城市地下管线应用中仍存在诸多问题：一是复杂环境适应性不足，在管线密集区域、非金属管线分布区域或复杂地质条件下（如高导电土壤、地下水体丰富区域），数据采集精度易受干扰，导致管线定位偏差；二是数据处理效率较低，多源数据格式不统一，需大量人工干预进行数据转换与整合，建模周期较长，难以满足管线动态更新需求；三是技术协同性欠缺，数据采集、处理、建模与应用各环节存在技术壁垒，缺乏统一的技术标准与工作流程，导致测绘成果难以高效应用于管线管理实际业务；四是成本较高，高精度三维测绘设备与软件投入大，技术人员培训成本高，限制了技术在中小城市及老旧管线改造中的广泛应用。

（三）技术与管理需求的适配差距

三维测绘技术成果与实际管线管理需求之间存在适配差距：一方面，部分三维测绘模型仅注重管线空间形态呈现，缺乏管线材质、使用年限、维护记录等属性信息关联，导致模型无法支撑管线全生命周期管理；另一方面，测绘数据更新机制不健全，无法及时反映管线维修、改造后的变化，导致三维模型与实际管线状态脱节。

三、城市地下管线三维测绘技术的优化策略

（一）提升技术在复杂环境下的适应性

针对复杂环境下数据采集精度不足的问题，需从技术改进与方法优化两方面入手。在技术改进上，研发适用于非金属管线探测的高精度设备，提升地质雷达对不同材质管线的识别能力，优化探测算法以降低土壤、水体等环境因素对探测结果的干扰；在方法优化上，采用多技术融合采集方案，例如将地下管线探测仪与地质雷达结合，针对不同类型管线选择适配的探测技术。

（二）构建高效的数据处理与协同应用体系

为提升数据处理效率与技术协同性，需建立统一的技术标准与工作流程。制定城市地下管线三维测绘数据采集、格式转换、建模与更新的行业标准，规范数据属性字段、坐标系统与模型精度要求，实现多源数据的无缝融合；开发自动化数据处理软件，通过AI 算法实现数据去噪、特征提取与模型构建的自动化操作，减少人工干预，缩短数据处理周期；搭建跨部门的管线数据共享平台，打破数据壁垒，实现测绘部门、管线权属单位与管理部门的数据实时交互，确保三维模型及时更新，提升技术成果的应用效率。

（三）降低技术应用成本与推动技术普及

针对技术应用成本较高的问题，需从设备研发、技术推广与政策支持三方面发力。鼓励科研机构与企业合作，研发性价比高、操作简便的中小型三维测绘设备，降低设备采购成本；推广轻量化三维建模软件，简化操作流程，降低软件使用与维护成本，提升技术在中小城市的适用性；政府部门可出台相关扶持政策，对老旧管线改造、中小城市管线三维测绘项目给予资金补贴或技术指导，推动技术普及应用。

结束语

城市地下管线三维测绘技术是推动城市地下空间智慧化管理的核心支撑，其技术水平直接影响地下管线安全运行与城市可持续发展。通过提升技术在复杂环境下的精准性、构建高效协同的技术应用体系、降低技术应用成本，能够充分发挥三维测绘技术的价值，实现地下管线从“ 被动管理”向“ 主动预防” “ 智慧管控” 的转变。

参考文献

[1]郝希哲.地下管线三维测绘与管理系统软件.河南省，河南若刚测绘技术有限公司，2024-05-01.

[2]左崟含，邱玲.浅谈工程测量与三维测绘技术的发展[J].吉林地质，2022，31（01）：141-143.

[3]孔庆峰，张英民.对工程测量与三维测绘技术发展的探究[J].中国新技术新产品，2020，（21）：58.