CCTV检测与评估技术在水库排水涵管检测中的应用

2013-12-12 01:46冯成会郑洪标

测绘通报 2013年2期

冯成会，郑洪标

(武汉中仪物联技术有限公司，湖北武汉430074)

一、引言

闭路电视检测法(closed circuit television iunspection，CCTV)是一种采用闭路电视系统进行地下排水管道检测的方法。

国家住房和城乡建设部于2012年07月19日发布了《城镇排水管道检测与评估技术规程》(CJJ 181—2012)，对管道CCTV检测设备的功能和性能指标、检测作业步骤和方法、现场数据的采集记录、视频资料的判读处理、管道结构状况和功能状况的评估分析、成果资料的编制输出等提出了规范化要求。

本文结合CCTV检测技术与城镇排水管道检测与评估技术规程，从检测方法、数据记录、判读评估和成果输出等方面介绍了管道CCTV机器人在水库排水涵管检测与评估中的应用。

二、管道CCTV检测方法

管道CCTV检测设备即管道CCTV机器人，主要由爬行器、摄像头、主控制器和电缆盘4个部分组成。其适用管径范围为200～1200 mm，且摄像头、爬行器、电缆线等管内作业部件为IP68防水标准。

检测作业时将摄像头安装在爬行器上，并通过电缆与主控制器连接。设备连接好后采用配套的下井工具将爬行器从检测井送入管道口。操作员在地面上通过主控制器控制爬行器的前进、后退、转向、停止、速度调节，镜头座的抬升、下降、灯光调节，镜头的水平或垂直旋转、调焦、变倍等、前后视切换等。在检测过程中，主控制器可实时显示、录制镜头传回的画面及爬行器的状态信息(如气压、倾角、方位角、行走距离、日期时间等)，并可通过键盘录入备注信息。其工作示意图如图1所示。

图1 管道CCTV检测工作示意图

为了最大限度地显露管道结构，以便在检测过程中更加准确、全面地观察和判定管道缺陷，同时也是为了确保爬行器的安全，在进行CCTV检测前，需对被检测管道进行封堵、吸污、清洗、疏通、导流等辅助性工作，使得管道内部无阻碍爬行器前进的障碍物，无影响成像质量的大量水雾或气体，管道内壁无污物遮蔽且管内水位不超过管道直径的20%。

在检测过程中应将爬行器的行进速度控制在0.15 m/s以内，并调整爬行器的镜头升降架高度，使摄像头移动轨迹保持在管道中轴线上。当发现缺陷时，应将爬行器在完全能够解析缺陷的位置至少停止10 s，确保所拍摄的图像清晰完整。当爬行器经过管道接头时应停止前进，旋转摄像头至侧视角度并调节好焦距，顺时针360°匀速扫视接缝(至少10 s/圈)。

检测作业现场，应采用表格记录被检测管道的属性信息及检测过程中发现的缺陷和特殊结构，并应注明对应的检测视频文件名称，方便后期评估判读。

三、管道缺陷评估判读

检测作业现场录制的检测视频文件，还应结合现场纪录的相关检测信息、依照相关评估标准进行评估判读、输出检测报告。

目前国内拥有《城镇排水管道检测与评估技术规程》(CJJ 181—2012)(以下简称为《建标》)、上海市地标《DB31/T 444—2009》、广东省地标《DB44/T 1025—2012》及北京排水集团企标《Q/BDG JS002-GW05—2012》、《Q/BDG JS001-GW05—2012》4 套评估标准。各标准对于缺陷类别、级别、分值、评估计算公式、养护修复建议的定义各不相同。其中《建标》是最新修订的标准，其对缺陷分类、评级划分得更细致，对环境因素(如地区重要性、管道重要性、土质影响)等评估考量更全面，且实施范围更广，这里以《建标》为示例进行讲解。

在《建标》中，管道缺陷被按性质划分为10个结构性缺陷(包括支管暗接、变形、错口、异物穿入、腐蚀、破裂、起伏、渗漏、脱节、接口材料脱落)和6个功能性缺陷(包括:沉积、残墙/坝根、浮渣、结垢、树根、障碍物)，并定义了缺陷对应的分值。

套用建标中定义的计算公式，按缺陷性质分别统计缺陷数量、长度、分值，并计算出结构性缺陷平均分值S、结构性缺陷最大分值Smax、功能性缺陷平均分值Y、功能性缺陷最大分值Ymax。对比平均值和最大值，在S与Smax之间取最大值作为管段结构性缺陷参数F，并根据管段结构性缺陷等级评定对照表来确定结构性缺陷等级和管道损坏状况描述;在Y与Ymax之间取最大值作为管道功能性缺陷参数G，并根据管段功能性缺陷等级评定对照表来确定功能性缺陷等级和管道运行状况说明。

套用公式计算结构性缺陷密度SM、功能性缺陷密度YM，分别根据管段结构性缺陷类型评估参考表、管段功能性缺陷类型评估参考表来确定缺陷密度说明。

代入地区重要性参数K值表、管道重要性参数E值表、土质影响参数T值表中定义的参数值，并根据管段修复等级划分表来确定修复等级和修复建议及说明;套用公式 RI=0.7F+0.1K+0.05E+0.15T算得管段修复指数 RI，套用公式 MI=0.8G+0.15K+0.05E算得管段养护指数 MI，并根据管段养护等级划分表来确定养护等级和养护建议及说明。

由于人工进行缺陷评估判读和报告编制工作的计算复杂、过程繁琐、工作量大且容易出错，为了提高效率和准确性，各评估标准均提倡使用计算机软件来进行管道缺陷评估判读和报告输出工作，推荐使用PipeSight管道检测视频判读报告软件，其主要用于管道检测视频分析判读、管道缺陷等级评估、养护与修复指数计算、电子地图生成预览、检测报告及ShapeFile文件生成输出，其内置了国内现有的4套评估标准。

将检测视频文件导入到软件中进行播放，编辑视频文件对应的检测信息(工程信息、管道属性)，在播放过程中抓取缺陷图像并指定缺陷分类、缺陷级别、纵向距离、纵向长度、环向位置后保存为缺陷判读信息。软件会根据所设置的管道直径、所处位置和土质类别来自动判定其管道重要性参数值、地区重要性参数值和土质影响系数值，并根据所判定的缺陷分类、级别、纵向长度、纵向距离来自动判定缺陷性质和缺陷分值。

根据所选择的评估标准，软件自动套用评估公式计算出结构性缺陷密度、功能性缺陷额度及养护指数、修复指数，并生成图文并茂的检测报告(封面、扉页、目录、工程概况一览表、主要工程量表、缺陷汇总一览表、结构性缺陷统计表、功能性缺陷统计表、缺陷汇总统计图、缺陷状况评估表、养护与修复建议、缺陷详细图表等内容)。

此外，软件还提供电子地图查阅功能，可在电子地图中标注出检测作业点的位置，查看作业点对应的检测数据、判读信息、缺陷图片和检测视频;将缺陷分布地图导出为网页格式，可在未安装软件的计算机上使用网页浏览器打开，便于数据上报、分阅;还能为GIS平台输出ShapeFile格式的接口数据，导入GIS平台后将以新建点状图层的方式来展现检测、评估结果。

四、管道CCTV机器人在水库排水涵管检测中的应用案例

2013年05月，受湖北省水利管理部门委托，笔者所在公司采用X5-S型管道CCTV机器人对大冶市上多个小I型水库的排水涵管进行了检查(如图2所示)，此次检查的目的是对前期完成的排水涵管内衬钢管工程成果进行验收。主要检测作业步骤如下:

图2 水库排水涵管CCTV检测现场照片

1)降低管内水位:由于水库的排水涵管一般比较干净，检测前无需进行输通、清洗，只需要完全或尽量封闭排水闸门，使管内无水流出或使管内水位降底至管径的20%，尽量显露出管道内壁。

2)安装调试设备:现场准备好220 V发电机供电;将CCTV机器人组装完毕后，在地面上开机检查摄像头和爬行器的气压指示灯是否为绿灯(红灯指示为欠压或过压)，并在主控制器上查看气压值是否在1.6～2.0之间(低于 1.6时需要补压);通过主控制器进行各项操作，检查其功能是否正常;完成安装调试后，将爬行器从出水口送入排水涵管的管口位置。

3)清零距离计数:将连接爬行器的电缆收紧，保持自然紧绷状态，并按主控制器录入键盘上的F1键，并输入起始距离为0.00 m。

4)调节照明灯光:在主控制器上观察屏幕显示的管道内部影像，通过控制面板上的“灯光控制”旋钮调节爬行器的照明灯光至适合亮度。

5)调节视线高度:在主控制器上观察屏幕显示的管道内部影像，通过控制面板上的“镜头升降架控制”按钮调整爬行器的镜头升降架高度，使摄像头处于管道中轴线上(管道横截面的中心点位置)。

6)开始数据采集:将视频记录仪(MP5)连接至主控制器接口面板上的AV OUT接口，开机预览视频图像正常后选择进入录像模式开始录像。采用1根USB转RS232数据线将主控器与计算机连接，在计算机上运行PipelineTracer管道检测示踪定位软件，在软件中完成录入检测信息后点击开始采集按钮，软件将实时自动采集、存储爬行器的倾角和方位角数据，并同步绘制出管底坡度曲线(用于评估管道坡度和淤积情况)和管线路径曲线(用于探明管线路径)，生成排水管道沉积状况纵断面图报告。

7)爬行器前进:在主控制器控制面板上将“速度控制”旋钮调至最低档位，然后按下“离合”按钮，挂上爬行器的离合，此时控制面板上的“离合”指示灯会亮起。向前推一下方向控制四向操纵杆，“前进”指示灯会亮起，此时缓慢调节“速度控制”旋钮，使爬行器低速(速度控制在0.15 m/s以内)前进，如遇管道转弯，可通过方向控制四向操纵杆控制爬行器左转、右转，在爬行器前进期间应确保电缆线保持自然紧绷状态。

8)侧向环视摄影:由于此次检测的目的是验收排水涵管内衬的钢管，需重点对接口焊缝进行检查。当爬行器经过管道接头时应停止前进，旋转摄像头至侧视角度并调节好焦距;从12点钟方向起顺时针360°匀速旋转扫视接缝，完成整圈接缝扫视的时间不应少于10 s，当发现缺陷时停止镜头旋转，对缺陷处保持静止10 s摄像后再继续;完成一圈扫视后，点击控制面板上的“一键回正”按钮，将摄像头姿态调整为正向摄影后继续前进。

9)记录检测资料:现场采用表格记录水库名称、排水涵管位置(详细地址和GPS坐标信息)、管径、材质、检测人员、设备和日期时间、视频文件名称、备注信息等。

10)停止数据采集:待爬行器到达排水涵管末端时，将“速度控制”旋钮调至最低档位停止前进，在计算机上停止PipelineTracer软件的数据采集，在MP5上停止录像。

11)爬行器回收:在主控制器控制面板上按下“前后视频切换”按钮切换到后视频摄像状态，向后推一下方向控制四向操纵杆，“后退”指示灯会亮起，此时缓慢调节“速度控制”旋钮，使爬行器低速后退，并通过电缆盘回收电缆线，在爬行器后退期间应确保电缆线保持自然紧绷状态。

12)检测资料评估判读与报告输出:导入检测视频文件至PipeSight软件，并录入检测信息(考虑到排水涵管缺陷对水库堤坝影响的重要性，设置地区重要性参数K值为最大值)后进行判读处理，由软件自动生成和输出检测评估报告、缺陷分布地图、ShapeFile数据;另外，通过PipelineTracer软件生成和输出管底坡度曲线图、管线路径曲线图和管道沉积状况纵断面图报告，如图3、图4所示。

此次检测的12个水库中，11个已完成钢管内衬，管道状况良好，焊缝完好;1个水库未按要求完成钢管内衬，且管道缺陷非常严重，其检测评估报告节选内容见表1。

表1 管道检测评估报告节选内容

图3 管底坡度曲线图、管线路径曲线图

图4 管道沉积状况纵断面图报告

五、结论与建议

实践证明，现有的CCTV检测技术和相关设备完全适用于水库排水涵管检测，同时，通过借鉴和引用《城镇排水管道检测与评估技术规程》(CJJ 181—2012)，可准确地对排水涵管缺陷进行评估分析、计算养护与修复，并得到养护与修复建议。采用符合评估技术规程要求的管道检测视频判读报告软件，可对检测视频进行快速判读，自动化生成符合规程要求的管道缺陷评估报告，使得检测成果的输出更加快速、便捷、准确、高效、规范、翔实。

在建议水利检测行业采用CCTV技术进行水库排水涵管检测、评估的同时，也建议水利管理部门参考《城镇排水管道检测与评估技术规程》(CJJ 181—2012)编制和发布专用于水库水利设施输水、排水、分流、泄洪等管(涵)道检测与评估的技术规程，使得行业内的CCTV检测有据可依、有技可施。