基于空間信息的排水管道檢測數據標準化研究

高坡

摘要：本文在傳統的排水管道閉路電視（CCTV）檢測技術流程的基礎之上，優化數據的采集方式，在生成檢測報告的同時，增加了空間數據庫概念。地理信息技術可為CCTV檢測成果賦予空間屬性，促使數據在智慧排水、智慧城市等信息化建設中發揮更大的作用。文章還結合上海市臨港新片區、上海市閔行區排水管道檢測項目進行相關研究，以供參考。

關鍵詞：CCTV檢測技術；地理信息技術；空間數據庫

隨著科學技術的發展，排水管道的運行維護以及檢測技術也在不斷發展，出現了眾多先進的設備和技術方法。在檢測方面，采用視頻檢測、聲納檢測等。在清淤疏通方面，國外已形成較完善的排水管道養護體系。國內很多城市已認識到排水管道檢測的重要性，引入了先進的設備和方法，逐步建立相關技術標準及制度，相關檢測技術也在快速發展。

一、現有排水管道檢測方法介紹

上海市常用的排水管道檢測技術主要有CCTV檢測、QV檢測和聲納檢測等。其中，CCTV檢測是被采用最多的檢測方式。CCTV檢測即排水管道閉路電視檢測，與傳統的排水管道檢測技術相比，具有安全性高、圖像清晰直觀、圖像可存儲并可反復查看等優點。QV檢測是通過錄像的方式拍攝管道內部的沉積、管道破損以及滲漏等狀態，能在長距離看清并記錄管道內部的各種情況，存儲視頻，然后通過專業人員分析這些資料，為管道的維護和修復提供經濟有效的檢測方法。聲納檢測是一種通過聲波反射原理分析管道淤泥情況的檢測技術，可以辨識管道中的沉積物、凝結物，發現管道的變形、破裂等問題，適用于不宜進行CCTV檢測的、水位充滿度較高的污水管道。

本文主要研究CCTV檢測方式。在進行CCTV檢測前，要收集該檢測區域的管道平面圖、管道竣工圖等技術資料，同時收集已有的檢測資料。在進行現場勘察時，要查看該管道周圍地貌、交通和管道分布情況、開井目視水流、水位、淤泥深度等，同時核對資料中的管位、管徑、材質。確定檢測技術方案，明確檢測的目的、范圍和期限，針對已有資料認真分析確定檢測技術方案，包括管道如何封堵、管道清洗的方法、對已存在的問題如何解決以及制定安全措施等。檢測時，在檢測機器上安裝攝像機，機器小車在管道內部爬行進行檢測，同時對檢測情況進行攝像存儲。當檢測完成后，由專業技術人員總結數據，出具檢測報告，提交評估報告。

當前，國內排水管網運行維護中主要是使用被動響應的方式，也就是在官網爆發出問題后開展維修，但這種方式隨著官網系統的老化以及資金缺口的加大將會變得難以開展。美國環保局（EPA）研究發現，如果對官網進行不定期的運行維護，可能導致官網的惡化速度加快，與定期維護官網相比，產生的更換以及應急響應成本也往往更高。所以要強化對排水管網的運維管理，對CCTV檢測工作進行科學合理的臺賬管理，從被動響應變為主動響應，延長管線設施使用年限，降低路面塌陷事故的發生率。

二、基于空間信息的排水管道檢測數據標準化研究

為了實現隱患點的空間信息化，本文結合地理信息技術，在新增檢測數據錄入、存量檢測數據整理兩方面對CCTV檢測流程進行標準化采集設計，旨在規范CCTV數據的采集方法，使采集到的數據滿足智慧管網系統的需求。

（一）新增檢測數據標準化采集機制

為了規范新開工的CCTV檢測項目，從項目的源頭把控，建立新增檢測數據標準化采集機制，將整個采集流程分為管段數據庫建設、管段視頻數據采集、CCTV檢測數據庫生成和報告輸出四個方面。

管段數據庫作為整個項目的基礎庫，管段數據庫的建設為項目CCTV檢測成果數據的自動生成提供基礎的數據支撐。考慮到數據交換的便捷性，采用微軟的Access數據庫作為數據存儲倉庫。它是一種簡單易用的小型數據庫，適合工程類的數據存儲，主要采集排水管段的編號、所在道路、臨近道路、管種、管徑、材質等基礎信息，同時預留坐標字段，使用便攜式RTK設備，連接上海市測繪院SHCORS網，精確采集井點坐標。

在管段視頻數據采集階段，按照傳統的CCTV檢測方式，使用檢測機器人對管道內錄像拍攝。每兩個排水井之間會進行一次完整的拍攝，形成一段視頻資料。不同廠家生產的檢測機器人拍攝視頻文件的格式不同，分別有MP4、AVI、ASF等不同格式。為了規范管理視頻數據，滿足后續系統應用的需求，使用視頻格式轉換工具，統一視頻格式為MP4格式。同時，對于剛采集到的視頻數據，一般以年月日時分秒的形式命名。為了便于后續更好的應用，統一約定將視頻文件按照管段數據庫中管線名稱重命名。

為了建成隱患空間數據庫，要借助公司內研發的CCTV地理信息化平臺軟件。基于采集、整理好的管段數據庫和視頻資料，實現工程與管線數據庫的鏈接，將視頻資料添加到工程中，管線數據庫與視頻資料根據管段名稱自動建立匹配。可按照管段順序查看視頻資料，雙擊列表中的一條管段，系統自動播放相應視頻文件，并同步顯示管段基礎信息。技術人員可以通過管段信息和視頻信息進行同步判斷。在發現的隱患處，暫停視頻，系統自帶截圖功能，在截圖的同時，填入隱患類別、隱患等級、相對距離、環向和長度等信息。判讀完成后，系統內嵌算法，根據起點坐標、終點坐標，隱患點相對距離，利用三角函數自動計算隱患點空間坐標，并保存圖片資料，將圖片相對路徑存入隱患點記錄中。

按照順序分析每段管段，直到對整條管線完成內業處理。此時，每個隱患點都具有隱患類型、級別、坐標、時鐘方向等信息。當基礎隱患點數據完成采集后，要判斷每條管線的修復等級或養護等級，以此指導后續排水管線的維護任務制定。結合地區重要性參數、管道重要性參數以及管道周圍的土質影響參數，為不同參數因子賦予不同的權重，根據權重，自動計算管段修復指數和養護指數，以此計算出完整的數據成果。基于平臺開發的導出功能，將最終的隱患數據庫及提交給業主的報告導出，報告可以直接供管理單位查閱，數據庫可導入排水管網信息平臺中。完整的業務流程如圖1所示。

（二）存量檢測數據規范化整理

上海市每年都會分批次檢測排水管段，因此積累了大量的CCTV檢測報告。由于只有文本信息，沒有隱患數據庫，無法集成到現有排水管網信息系統中。為了像新增排水檢測數據那樣形成隱患數據庫，建立與管線的空間關聯，需要規范化整理存量檢測數據，分析不同區域、不同年份的報告，可以得到以下流程：

第一，根據報告中的路名信息，明確報告中的檢測數據對應的空間范圍，劃定檢測區域范圍線，申請該區域內排水管網矢量數據資料。

第二，將矢量數據按照新增檢測數據中的管段數據庫的標準進行規則化整理后，導入標準數據庫中，建立空間數據庫關聯。使用專業GIS軟件，例如，ArcMap、QGIS等，將空間數據渲染成管線圖，并將點號、管徑、長度等信息標注到管線上。

圖1 ?新增數據地理信息化流程

第三，從上海市測繪院調取相應范圍的地理底圖服務，并將管線圖疊加到地理底圖服務中，得到參考依據，根據管線走向、所在道路和管徑，結合檢測報告中的隱患管段列表以及管線示意圖，分析定位報告中的檢測管道對應數據庫中具體的數據。

第四，在圖上標識確認好的管線，當報告中所有的管段完成標記后，保存標記好的管段，刪除其他管段，以此具備報告文件對應的基礎管段數據庫。

第五，針對每個報告對應的視頻資料，考慮不同作業隊伍用到的儀器設備不同，保存的視頻格式、碼率都有所不同，使用視頻格式轉換工具將視頻統一轉為MP4格式。根據整理好的管線數據路，為視頻重新命名。

第六，得到標準的管線數據庫和標準的視頻文件。按照新增檢測數據標準化采集方式，處理存量數據，并可得到標準化的CCTV檢測數據庫。存量數據地理信息化流程如圖2所示。

圖2 ?存量數據地理信息化流程

三、重點研究內容

（一）CCTV檢測標準業務流程梳理

標準化的采集流程有助于數據的統一歸集，為數據的二次利用及加工奠定基礎。本文主要在原有CCTV檢測流程基礎之上，引入地理信息空間化概念，最終在生成傳統檢測報告的同時，輸出檢測隱患點空間數據庫。該數據庫可與排水管網GIS系統進行無縫對接，進而為智慧城市建設提供數據支撐。

（二）CCTV地理信息化平臺的研發

建立好標準采集流程后，為了使標準采集流程能規范化運行，結合計算機技術和地理信息技術，開發CCTV地理信息化平臺。用程序約束人為的操作，避免因粗心、業務不熟練等導致低級錯誤。同時，內嵌空間三角函數算法，根據起點坐標、終點坐標、相對距離，自動計算隱患點的真實坐標，為數據成果賦予空間維度的概念。在CCTV地理信息化平臺中集成管線評估算法，完成所有的數據采集后，根據管段隱患點，自動關聯隱患類型參數、管徑參數、地區重要性參數、管道重要性參數、土質影響參數，同時將各參數加權計算管線修復等級或養護等級。算法的集成，不僅可以節約人工計算成本，還能提高工作效率。

管段修復指數計算公式：

RI=0.7×F+0.1×K+0.05×E+0.15×T ? （1）

F—隱患點結構性缺陷參數；

K—地區重要性參數；

E—管道重要性參數；

T—管道周圍的土質影響參數。

管道養護指數計算公式：

MI=0.8×G+0.15×K+0.05×E （2）

G—隱患點功能性缺陷參數；

K—地區重要性參數；

E—管道重要性參數。

四、排水管道CCTV檢測數據成果應用

排水管道CCTV檢測數據成果分為成果報告和隱患數據庫兩部分內容，其中成果報告主要是Word文件，文檔中總結任務的管線位置、長度、采用的儀器、技術標準、隱患點等級、類型以及照片等信息，并給出具體修復建議和養護建議。根據報告，主管部門能清楚本次檢測任務的結論性成果。而隱患數據庫是本文新增加的內容，通過隱患數據庫，使檢測數據空間信息化，增加了數據的利用方向，使數據更好地服務智慧排水、智慧城市等應用場景。

自主研發的CCTV地理信息化平臺可提供給行業內單位使用，既能確保數據的輸出統一化，又能節約人力成本，避免了低級錯誤的產生，達到提質增效的作用，促進行業技術發展。該方法已在上海部分排水管道檢測項目中應用，也取得了很好的效果。

五、結語

綜上所述，通過建立新的基于空間信息排水管道檢測數據采集流程，將地理信息技術應用到CCTV檢測領域，可以促使檢測結果具有空間屬性，提高數據的可用性，同時為排水管線管理部門和排水管線權屬單位進行業務分析提供數據支撐。

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