基于空间信息的排水管道检测数据标准化研究

高坡

摘要：本文在传统的排水管道闭路电视（CCTV）检测技术流程的基础之上，优化数据的采集方式，在生成检测报告的同时，增加了空间数据库概念。地理信息技术可为CCTV检测成果赋予空间属性，促使数据在智慧排水、智慧城市等信息化建设中发挥更大的作用。文章还结合上海市临港新片区、上海市闵行区排水管道检测项目进行相关研究，以供参考。

关键词：CCTV检测技术；地理信息技术；空间数据库

随着科学技术的发展，排水管道的运行维护以及检测技术也在不断发展，出现了众多先进的设备和技术方法。在检测方面，采用视频检测、声纳检测等。在清淤疏通方面，国外已形成较完善的排水管道养护体系。国内很多城市已认识到排水管道检测的重要性，引入了先进的设备和方法，逐步建立相关技术标准及制度，相关检测技术也在快速发展。

一、现有排水管道检测方法介绍

上海市常用的排水管道检测技术主要有CCTV检测、QV检测和声纳检测等。其中，CCTV检测是被采用最多的检测方式。CCTV检测即排水管道闭路电视检测，与传统的排水管道检测技术相比，具有安全性高、图像清晰直观、图像可存储并可反复查看等优点。QV检测是通过录像的方式拍摄管道内部的沉积、管道破损以及渗漏等状态，能在长距离看清并记录管道内部的各种情况，存储视频，然后通过专业人员分析这些资料，为管道的维护和修复提供经济有效的检测方法。声纳检测是一种通过声波反射原理分析管道淤泥情况的检测技术，可以辨识管道中的沉积物、凝结物，发现管道的变形、破裂等问题，适用于不宜进行CCTV检测的、水位充满度较高的污水管道。

本文主要研究CCTV检测方式。在进行CCTV检测前，要收集该检测区域的管道平面图、管道竣工图等技术资料，同时收集已有的检测资料。在进行现场勘察时，要查看该管道周围地貌、交通和管道分布情况、开井目视水流、水位、淤泥深度等，同时核对资料中的管位、管径、材质。确定检测技术方案，明确检测的目的、范围和期限，针对已有资料认真分析确定检测技术方案，包括管道如何封堵、管道清洗的方法、对已存在的问题如何解决以及制定安全措施等。检测时，在检测机器上安装摄像机，机器小车在管道内部爬行进行检测，同时对检测情况进行摄像存储。当检测完成后，由专业技术人员总结数据，出具检测报告，提交评估报告。

当前，国内排水管网运行维护中主要是使用被动响应的方式，也就是在官网爆发出问题后开展维修，但这种方式随着官网系统的老化以及资金缺口的加大将会变得难以开展。美国环保局（EPA）研究发现，如果对官网进行不定期的运行维护，可能导致官网的恶化速度加快，与定期维护官网相比，产生的更换以及应急响应成本也往往更高。所以要强化对排水管网的运维管理，对CCTV检测工作进行科学合理的台账管理，从被动响应变为主动响应，延长管线设施使用年限，降低路面塌陷事故的发生率。

二、基于空间信息的排水管道检测数据标准化研究

为了实现隐患点的空间信息化，本文结合地理信息技术，在新增检测数据录入、存量检测数据整理两方面对CCTV检测流程进行标准化采集设计，旨在规范CCTV数据的采集方法，使采集到的数据满足智慧管网系统的需求。

（一）新增检测数据标准化采集机制

为了规范新开工的CCTV检测项目，从项目的源头把控，建立新增检测数据标准化采集机制，将整个采集流程分为管段数据库建设、管段视频数据采集、CCTV检测数据库生成和报告输出四个方面。

管段数据库作为整个项目的基础库，管段数据库的建设为项目CCTV检测成果数据的自动生成提供基础的数据支撑。考虑到数据交换的便捷性，采用微软的Access数据库作为数据存储仓库。它是一种简单易用的小型数据库，适合工程类的数据存储，主要采集排水管段的编号、所在道路、临近道路、管种、管径、材质等基础信息，同时预留坐标字段，使用便携式RTK设备，连接上海市测绘院SHCORS网，精确采集井点坐标。

在管段视频数据采集阶段，按照传统的CCTV检测方式，使用检测机器人对管道内录像拍摄。每两个排水井之间会进行一次完整的拍摄，形成一段视频资料。不同厂家生产的检测机器人拍摄视频文件的格式不同，分别有MP4、AVI、ASF等不同格式。为了规范管理视频数据，满足后续系统应用的需求，使用视频格式转换工具，统一视频格式为MP4格式。同时，对于刚采集到的视频数据，一般以年月日时分秒的形式命名。为了便于后续更好的应用，统一约定将视频文件按照管段数据库中管线名称重命名。

为了建成隐患空间数据库，要借助公司内研发的CCTV地理信息化平台软件。基于采集、整理好的管段数据库和视频资料，实现工程与管线数据库的链接，将视频资料添加到工程中，管线数据库与视频资料根据管段名称自动建立匹配。可按照管段顺序查看视频资料，双击列表中的一条管段，系统自动播放相应视频文件，并同步显示管段基础信息。技术人员可以通过管段信息和视频信息进行同步判断。在发现的隐患处，暂停视频，系统自带截图功能，在截图的同时，填入隐患类别、隐患等级、相对距离、环向和长度等信息。判读完成后，系统内嵌算法，根据起点坐标、终点坐标，隐患点相对距离，利用三角函数自动计算隐患点空间坐标，并保存图片资料，将图片相对路径存入隐患点记录中。

按照顺序分析每段管段，直到对整条管线完成内业处理。此时，每个隐患点都具有隐患类型、级别、坐标、时钟方向等信息。当基础隐患点数据完成采集后，要判断每条管线的修复等级或养护等级，以此指导后续排水管线的维护任务制定。结合地区重要性参数、管道重要性参数以及管道周围的土质影响参数，为不同参数因子赋予不同的权重，根据权重，自动计算管段修复指数和养护指数，以此计算出完整的数据成果。基于平台开发的导出功能，将最终的隐患数据库及提交给业主的报告导出，报告可以直接供管理单位查阅，数据库可导入排水管网信息平台中。完整的业务流程如图1所示。

（二）存量检测数据规范化整理

上海市每年都会分批次检测排水管段，因此积累了大量的CCTV检测报告。由于只有文本信息，没有隐患数据库，无法集成到现有排水管网信息系统中。为了像新增排水检测数据那样形成隐患数据库，建立与管线的空间关联，需要规范化整理存量检测数据，分析不同区域、不同年份的报告，可以得到以下流程：

第一，根据报告中的路名信息，明确报告中的检测数据对应的空间范围，划定检测区域范围线，申请该区域内排水管网矢量数据资料。

第二，将矢量数据按照新增检测数据中的管段数据库的标准进行规则化整理后，导入标准数据库中，建立空间数据库关联。使用专业GIS软件，例如，ArcMap、QGIS等，将空间数据渲染成管线图，并将点号、管径、长度等信息标注到管线上。

图1  新增数据地理信息化流程

第三，从上海市测绘院调取相应范围的地理底图服务，并将管线图叠加到地理底图服务中，得到参考依据，根据管线走向、所在道路和管径，结合检测报告中的隐患管段列表以及管线示意图，分析定位报告中的检测管道对应数据库中具体的数据。

第四，在图上标识确认好的管线，当报告中所有的管段完成标记后，保存标记好的管段，删除其他管段，以此具备报告文件对应的基础管段数据库。

第五，针对每个报告对应的视频资料，考虑不同作业队伍用到的仪器设备不同，保存的视频格式、码率都有所不同，使用视频格式转换工具将视频统一转为MP4格式。根据整理好的管线数据路，为视频重新命名。

第六，得到标准的管线数据库和标准的视频文件。按照新增检测数据标准化采集方式，处理存量数据，并可得到标准化的CCTV检测数据库。存量数据地理信息化流程如图2所示。

图2  存量数据地理信息化流程

三、重点研究内容

（一）CCTV检测标准业务流程梳理

标准化的采集流程有助于数据的统一归集，为数据的二次利用及加工奠定基础。本文主要在原有CCTV检测流程基础之上，引入地理信息空间化概念，最终在生成传统检测报告的同时，输出检测隐患点空间数据库。该数据库可与排水管网GIS系统进行无缝对接，进而为智慧城市建设提供数据支撑。

（二）CCTV地理信息化平台的研发

建立好标准采集流程后，为了使标准采集流程能规范化运行，结合计算机技术和地理信息技术，开发CCTV地理信息化平台。用程序约束人为的操作，避免因粗心、业务不熟练等导致低级错误。同时，内嵌空间三角函数算法，根据起点坐标、终点坐标、相对距离，自动计算隐患点的真实坐标，为数据成果赋予空间维度的概念。在CCTV地理信息化平台中集成管线评估算法，完成所有的数据采集后，根据管段隐患点，自动关联隐患类型参数、管径参数、地区重要性参数、管道重要性参数、土质影响参数，同时将各参数加权计算管线修复等级或养护等级。算法的集成，不仅可以节约人工计算成本，还能提高工作效率。

管段修复指数计算公式：

RI=0.7×F+0.1×K+0.05×E+0.15×T   （1）

F—隐患点结构性缺陷参数；

K—地区重要性参数；

E—管道重要性参数；

T—管道周围的土质影响参数。

管道养护指数计算公式：

MI=0.8×G+0.15×K+0.05×E （2）

G—隐患点功能性缺陷参数；

K—地区重要性参数；

E—管道重要性参数。

四、排水管道CCTV检测数据成果应用

排水管道CCTV检测数据成果分为成果报告和隐患数据库两部分内容，其中成果报告主要是Word文件，文档中总结任务的管线位置、长度、采用的仪器、技术标准、隐患点等级、类型以及照片等信息，并给出具体修复建议和养护建议。根据报告，主管部门能清楚本次检测任务的结论性成果。而隐患数据库是本文新增加的内容，通过隐患数据库，使检测数据空间信息化，增加了数据的利用方向，使数据更好地服务智慧排水、智慧城市等应用场景。

自主研发的CCTV地理信息化平台可提供给行业内单位使用，既能确保数据的输出统一化，又能节约人力成本，避免了低级错误的产生，达到提质增效的作用，促进行业技术发展。该方法已在上海部分排水管道检测项目中应用，也取得了很好的效果。

五、结语

综上所述，通过建立新的基于空间信息排水管道检测数据采集流程，将地理信息技术应用到CCTV检测领域，可以促使检测结果具有空间属性，提高数据的可用性，同时为排水管线管理部门和排水管线权属单位进行业务分析提供数据支撑。

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