全流程數(shù)字化排水管道檢測方法應(yīng)用與研究

檀繼猛，李建柱，韓寶剛，邵士成，王浩蘇

(濟(jì)南市勘察測繪研究院，山東 濟(jì)南 250101)

1 引 言

地下排水管網(wǎng)是城市現(xiàn)代化進(jìn)程中不可或缺的重要基礎(chǔ)設(shè)施[1]，新建工程排水管道竣工時(shí)健康現(xiàn)狀的符合性檢測和評(píng)估成果可為監(jiān)管部門的日常監(jiān)管和維護(hù)提供依據(jù)[2]。目前我國大部分城市排水管網(wǎng)設(shè)施基礎(chǔ)資料的收集和管理混亂，造成各個(gè)城市排水管網(wǎng)的很多資產(chǎn)現(xiàn)狀不清[3]。排水管道檢測是采用特定的技術(shù)方法對(duì)排水管道進(jìn)行的內(nèi)窺檢測，并按照相關(guān)規(guī)定對(duì)管道健康狀況進(jìn)行評(píng)估。排水檢測通過將檢測的缺陷管段及時(shí)反饋給建設(shè)方進(jìn)行修復(fù)與養(yǎng)護(hù)，來保障排水管道在運(yùn)營期間的健康運(yùn)行。目前常見的排水管道檢測方法包括：CCTV檢測、QV檢測、聲吶檢測及人工檢測方法。在工作過程中，可以根據(jù)項(xiàng)目的管徑、管段長度、現(xiàn)場的實(shí)際情況等來選擇合適的檢測方法。

2 主要流程

排水管道檢測的主要流程包括：接受任務(wù)、搜集資料、外業(yè)檢測、內(nèi)業(yè)評(píng)估、成果整理與提交。

在接受檢測任務(wù)后，應(yīng)組織踏勘現(xiàn)場并收集管線竣工成果數(shù)據(jù)。根據(jù)現(xiàn)場的情況和已經(jīng)收集的成果數(shù)據(jù)制定工作方案。外業(yè)檢測的過程中應(yīng)對(duì)管道缺陷現(xiàn)場初步判讀，同時(shí)應(yīng)對(duì)管線竣工數(shù)據(jù)中與現(xiàn)場不符的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄與更新。外業(yè)檢測后，按照《城鎮(zhèn)排水管道檢測與評(píng)估技術(shù)規(guī)程》(以下簡稱規(guī)程)[4]的要求、外業(yè)獲取的管道內(nèi)窺視頻以及初步判讀結(jié)果對(duì)各個(gè)管段進(jìn)行再次判讀并生成缺陷信息表、管道檢測報(bào)告、管線竣工數(shù)據(jù)更新成果等成果數(shù)據(jù)，并將缺陷情況及時(shí)反饋給建設(shè)方，并提供相應(yīng)的修復(fù)、養(yǎng)護(hù)建議，待建設(shè)方對(duì)各缺陷管段修復(fù)、養(yǎng)護(hù)完成后，再次組織技術(shù)力量對(duì)缺陷管段進(jìn)行復(fù)檢，并編制復(fù)檢報(bào)告提交主管部門(排水管道檢測流程見圖1)。

圖1 排水管道檢測流程圖

3 外業(yè)數(shù)據(jù)采集平臺(tái)

聲吶檢測要求管內(nèi)水位大于 300 mm，且分辨能力有限，無法得知管壁厚度及周圍土壤的性質(zhì)，不易發(fā)現(xiàn)輕微缺陷[5]，傳統(tǒng)人工檢測管徑需大于 0.8 m且需進(jìn)入管道內(nèi)部，這兩種檢測方法由于限制條件多在排水檢測中不經(jīng)常使用，大部分的排水檢測常使用CCTV檢測和QV檢測。排水檢測需要獲取的外業(yè)數(shù)據(jù)主要包括管道的內(nèi)窺視頻、檢修井、雨水口的現(xiàn)場照片以及各管段的屬性信息。

CCTV檢測采用的是施羅德SINGA300管道機(jī)器人，該產(chǎn)品由控制器、爬行器、線車等部件構(gòu)成，可以通過控制器，控制機(jī)器人在排水管道內(nèi)爬行，同時(shí)控制攝像頭的旋轉(zhuǎn)、變焦及燈光，使用閉路電視拍攝排水管道內(nèi)部視頻圖像，并通過有線傳輸方式，將拍攝到的視頻傳入存儲(chǔ)設(shè)備記錄下來，從而完成外業(yè)數(shù)據(jù)的數(shù)字化采集[6]。CCTV檢測無法檢查出被水與淤泥覆蓋的地方，因此檢測前需確保管內(nèi)積水、積泥均不大于管道直徑的20%，且水位、淤泥厚度均小于 200 mm[7]。QV檢測是利用可調(diào)節(jié)長度的操作桿攜帶高清探頭放入檢查井中，通過變焦和俯仰調(diào)節(jié)功能，能夠清晰地捕捉管道內(nèi)部信息并形成錄像[8]。QV檢測采用的由博銘維智能科技公司生產(chǎn)的高清無線潛望鏡Peek-2S，該產(chǎn)品采用無線傳輸技術(shù)，無須線纜便可完成軟件終端與主機(jī)之間的連接，主機(jī)搭載400萬像素高清攝像機(jī)，具備36倍光學(xué)變焦、12倍數(shù)字變焦，可以獲取缺陷管段的高清圖片。

管道屬性信息的記錄采用濟(jì)南市勘察測繪研究院自主研發(fā)的“管線采集”App，該款A(yù)pp支持Android系統(tǒng)移動(dòng)端設(shè)備。內(nèi)置底圖，支持EPS2008平臺(tái)管線數(shù)據(jù)的輸入與輸出，并提供管點(diǎn)定位、管點(diǎn)編輯、管線編輯、管點(diǎn)添加、管線添加等功能(軟件操作界面如圖2所示)。

圖2 “管線采集”App操作界面

外業(yè)檢測前，將收集到的管線竣工成果數(shù)據(jù)(坐標(biāo)及屬性信息)導(dǎo)入“管線采集”App，在外業(yè)檢測的同時(shí)，利用“管線采集”App的管點(diǎn)、線屬性編輯功能，將管道的材質(zhì)、管徑、埋深等屬性信息進(jìn)行檢核，對(duì)錯(cuò)誤的屬性信息進(jìn)行修改。對(duì)于漏測的管點(diǎn)、管線，可以在App中通過加點(diǎn)、加線的方式添加管點(diǎn)、管線，再通過測量儀器獲取漏測管點(diǎn)坐標(biāo)，利用點(diǎn)號(hào)的一致性將管點(diǎn)的空間位置信息加入管線數(shù)據(jù)庫中，從而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位信息的添加。外業(yè)檢測結(jié)束后將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到EPS中，重新生成正確的管線竣工圖與管線竣工數(shù)據(jù)庫。

相較于傳統(tǒng)的草圖記錄方法，“管線采集”App不僅功能強(qiáng)大，屬性信息記錄全面，具有自動(dòng)定位功能，還能夠輸出數(shù)字化成果，便于數(shù)據(jù)的整理與轉(zhuǎn)換，減少了數(shù)據(jù)加工工序，大大提高了工作效率。

4 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

根據(jù)規(guī)程的要求，在確定了檢測范圍后，應(yīng)對(duì)管道進(jìn)行全面錄像和拍照，判別管道是否存在變形、破裂、滲漏、腐蝕、錯(cuò)口、脫節(jié)、異物穿入、材料脫落等結(jié)構(gòu)性缺陷，以及是否存在沉積、結(jié)垢、障礙物、殘墻/壩根、樹根、浮渣等功能性缺陷[9]；并根據(jù)檢測結(jié)果，分析計(jì)算缺陷管道的修復(fù)指數(shù)和養(yǎng)護(hù)指數(shù)；計(jì)算修復(fù)及養(yǎng)護(hù)等級(jí)，修復(fù)及養(yǎng)護(hù)等級(jí)分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4個(gè)級(jí)別，以Ⅰ級(jí)缺陷最輕，Ⅳ級(jí)缺陷最為嚴(yán)重[10]。最后綜合評(píng)價(jià)，提出修復(fù)或養(yǎng)護(hù)建議，為后續(xù)的管道修復(fù)更新設(shè)計(jì)和施工提供了合理的依據(jù)[11]。

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理采用的Peek-2S配套的專業(yè)檢測評(píng)估軟件，軟件操作步驟如下：

①首先根據(jù)項(xiàng)目信息新建項(xiàng)目

②將檢測外業(yè)采集的視頻導(dǎo)入到該項(xiàng)目中，按照規(guī)程要求和外業(yè)現(xiàn)場判讀記錄進(jìn)行缺陷判讀，

③判讀結(jié)束后，對(duì)所有的缺陷信息進(jìn)行檢核，確保各缺陷判讀正確。

④缺陷判讀無誤后，導(dǎo)出缺陷報(bào)告和缺陷信息表。缺陷報(bào)告可依據(jù)項(xiàng)目的不同進(jìn)行定制。

缺陷信息表只記錄了管道的結(jié)構(gòu)性、功能性缺陷信息，為了綜合評(píng)價(jià)項(xiàng)目范圍內(nèi)的排水管線總體情況，應(yīng)同時(shí)編制排水管道檢測綜述，主要包含以下信息：

①調(diào)查項(xiàng)目范圍內(nèi)是否具有獨(dú)立的雨水、污水系統(tǒng)，對(duì)雨污合流情況進(jìn)行記錄；

②檢查項(xiàng)目范圍內(nèi)的雨水、污水與其他項(xiàng)目排水管網(wǎng)的接駁情況，保證項(xiàng)目范圍內(nèi)的雨、污水都能正常排出；

③對(duì)于管道的結(jié)構(gòu)性、功能性缺陷信息分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并注明修復(fù)、養(yǎng)護(hù)建議；

④對(duì)于檢修井、雨水口的缺陷進(jìn)行記錄；

⑤對(duì)管線竣工數(shù)據(jù)與現(xiàn)場不符的進(jìn)行說明；

將缺陷信息表與檢測綜述提交給建設(shè)方進(jìn)行整改，整改結(jié)束后，安排技術(shù)人員進(jìn)行復(fù)檢，并編制復(fù)檢報(bào)告。復(fù)檢報(bào)告應(yīng)對(duì)檢測綜述中列出問題的整改情況做詳細(xì)說明，并附整改照片(如表1所示)。

管道修復(fù)前后對(duì)照表 表1

在管線竣工數(shù)據(jù)庫中只包含管道的位置、埋深等基本屬性信息，不包含管道的缺陷信息，為了生成全新的管道檢測數(shù)據(jù)庫，需將管道的缺陷信息加入管線竣工數(shù)據(jù)庫中。

EPS2008平臺(tái)根據(jù)預(yù)先定制的管線模板來實(shí)現(xiàn)圖庫之間的聯(lián)動(dòng)，其本質(zhì)是由多個(gè)數(shù)據(jù)表組成的數(shù)據(jù)庫文件，可以通過在“管線屬性表”中添加“修復(fù)等級(jí)”及“養(yǎng)護(hù)等級(jí)”字段來實(shí)現(xiàn)管段缺陷信息的輸入。采用VBScript腳本語言將缺陷信息表中的“修復(fù)等級(jí)”和“養(yǎng)護(hù)等級(jí)”按照圖上點(diǎn)號(hào)分別輸入管線竣工數(shù)據(jù)庫中，從而形成管道檢測數(shù)據(jù)庫，如圖3所示。

圖3 管道缺陷專題圖

為了更加直觀地表達(dá)各管段的缺陷信息，便于建設(shè)方后期對(duì)管道的修復(fù)與養(yǎng)護(hù)，在EPS2008平臺(tái)中將包含管道缺陷信息的管線竣工圖在ArcMap 10.2中打開，并將其按照“修復(fù)等級(jí)”及“養(yǎng)護(hù)等級(jí)”分類導(dǎo)出缺陷信息專題圖(如圖3所示)。

5 結(jié) 論

結(jié)合本院在濟(jì)南市排水管道檢測項(xiàng)目中的技術(shù)成果與經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)地論述了排水管道全流程數(shù)字化成果生產(chǎn)的作業(yè)方法，該方法通過開發(fā)專業(yè)的排水管線采集系統(tǒng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的草圖作業(yè)，通過編制腳本程序來進(jìn)行檢測信息與管線信息的自動(dòng)融合，結(jié)合專業(yè)的硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)全流程數(shù)字化的作業(yè)模式，不僅提高了工作效率，減少了人為誤差的產(chǎn)生，還方便了成果的整理與歸檔。