馮成會，鄭洪標(biāo)

(武漢中儀物聯(lián)技術(shù)有限公司，湖北武漢430074)

一、引 言

閉路電視檢測法(closed circuit television iunspection，CCTV)是一種采用閉路電視系統(tǒng)進(jìn)行地下排水管道檢測的方法。

國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2012年07月19日發(fā)布了《城鎮(zhèn)排水管道檢測與評估技術(shù)規(guī)程》(CJJ 181—2012)，對管道CCTV檢測設(shè)備的功能和性能指標(biāo)、檢測作業(yè)步驟和方法、現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集記錄、視頻資料的判讀處理、管道結(jié)構(gòu)狀況和功能狀況的評估分析、成果資料的編制輸出等提出了規(guī)范化要求。

本文結(jié)合CCTV檢測技術(shù)與城鎮(zhèn)排水管道檢測與評估技術(shù)規(guī)程，從檢測方法、數(shù)據(jù)記錄、判讀評估和成果輸出等方面介紹了管道CCTV機(jī)器人在水庫排水涵管檢測與評估中的應(yīng)用。

二、管道CCTV檢測方法

管道CCTV檢測設(shè)備即管道CCTV機(jī)器人，主要由爬行器、攝像頭、主控制器和電纜盤4個部分組成。其適用管徑范圍為200～1200 mm，且攝像頭、爬行器、電纜線等管內(nèi)作業(yè)部件為IP68防水標(biāo)準(zhǔn)。

檢測作業(yè)時將攝像頭安裝在爬行器上，并通過電纜與主控制器連接。設(shè)備連接好后采用配套的下井工具將爬行器從檢測井送入管道口。操作員在地面上通過主控制器控制爬行器的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向、停止、速度調(diào)節(jié)，鏡頭座的抬升、下降、燈光調(diào)節(jié)，鏡頭的水平或垂直旋轉(zhuǎn)、調(diào)焦、變倍等、前后視切換等。在檢測過程中，主控制器可實(shí)時顯示、錄制鏡頭傳回的畫面及爬行器的狀態(tài)信息(如氣壓、傾角、方位角、行走距離、日期時間等)，并可通過鍵盤錄入備注信息。其工作示意圖如圖1所示。

圖1 管道CCTV檢測工作示意圖

為了最大限度地顯露管道結(jié)構(gòu)，以便在檢測過程中更加準(zhǔn)確、全面地觀察和判定管道缺陷，同時也是為了確保爬行器的安全，在進(jìn)行CCTV檢測前，需對被檢測管道進(jìn)行封堵、吸污、清洗、疏通、導(dǎo)流等輔助性工作，使得管道內(nèi)部無阻礙爬行器前進(jìn)的障礙物，無影響成像質(zhì)量的大量水霧或氣體，管道內(nèi)壁無污物遮蔽且管內(nèi)水位不超過管道直徑的20%。

在檢測過程中應(yīng)將爬行器的行進(jìn)速度控制在0.15 m/s以內(nèi)，并調(diào)整爬行器的鏡頭升降架高度，使攝像頭移動軌跡保持在管道中軸線上。當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷時，應(yīng)將爬行器在完全能夠解析缺陷的位置至少停止10 s，確保所拍攝的圖像清晰完整。當(dāng)爬行器經(jīng)過管道接頭時應(yīng)停止前進(jìn)，旋轉(zhuǎn)攝像頭至側(cè)視角度并調(diào)節(jié)好焦距，順時針360°勻速掃視接縫(至少10 s/圈)。

檢測作業(yè)現(xiàn)場，應(yīng)采用表格記錄被檢測管道的屬性信息及檢測過程中發(fā)現(xiàn)的缺陷和特殊結(jié)構(gòu)，并應(yīng)注明對應(yīng)的檢測視頻文件名稱，方便后期評估判讀。

三、管道缺陷評估判讀

檢測作業(yè)現(xiàn)場錄制的檢測視頻文件，還應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場紀(jì)錄的相關(guān)檢測信息、依照相關(guān)評估標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評估判讀、輸出檢測報(bào)告。

目前國內(nèi)擁有《城鎮(zhèn)排水管道檢測與評估技術(shù)規(guī)程》(CJJ 181—2012)(以下簡稱為《建標(biāo)》)、上海市地標(biāo)《DB31/T 444—2009》、廣東省地標(biāo)《DB44/T 1025—2012》及北京排水集團(tuán)企標(biāo)《Q/BDG JS002-GW05—2012》、《Q/BDG JS001-GW05—2012》4 套評估標(biāo)準(zhǔn)。各標(biāo)準(zhǔn)對于缺陷類別、級別、分值、評估計(jì)算公式、養(yǎng)護(hù)修復(fù)建議的定義各不相同。其中《建標(biāo)》是最新修訂的標(biāo)準(zhǔn)，其對缺陷分類、評級劃分得更細(xì)致，對環(huán)境因素(如地區(qū)重要性、管道重要性、土質(zhì)影響)等評估考量更全面，且實(shí)施范圍更廣，這里以《建標(biāo)》為示例進(jìn)行講解。

在《建標(biāo)》中，管道缺陷被按性質(zhì)劃分為10個結(jié)構(gòu)性缺陷(包括支管暗接、變形、錯口、異物穿入、腐蝕、破裂、起伏、滲漏、脫節(jié)、接口材料脫落)和6個功能性缺陷(包括:沉積、殘墻/壩根、浮渣、結(jié)垢、樹根、障礙物)，并定義了缺陷對應(yīng)的分值。

套用建標(biāo)中定義的計(jì)算公式，按缺陷性質(zhì)分別統(tǒng)計(jì)缺陷數(shù)量、長度、分值，并計(jì)算出結(jié)構(gòu)性缺陷平均分值S、結(jié)構(gòu)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。對比平均值和最大值，在S與Smax之間取最大值作為管段結(jié)構(gòu)性缺陷參數(shù)F，并根據(jù)管段結(jié)構(gòu)性缺陷等級評定對照表來確定結(jié)構(gòu)性缺陷等級和管道損壞狀況描述;在Y與Ymax之間取最大值作為管道功能性缺陷參數(shù)G，并根據(jù)管段功能性缺陷等級評定對照表來確定功能性缺陷等級和管道運(yùn)行狀況說明。

套用公式計(jì)算結(jié)構(gòu)性缺陷密度SM、功能性缺陷密度YM，分別根據(jù)管段結(jié)構(gòu)性缺陷類型評估參考表、管段功能性缺陷類型評估參考表來確定缺陷密度說明。

代入地區(qū)重要性參數(shù)K值表、管道重要性參數(shù)E值表、土質(zhì)影響參數(shù)T值表中定義的參數(shù)值，并根據(jù)管段修復(fù)等級劃分表來確定修復(fù)等級和修復(fù)建議及說明;套用公式 RI=0.7F+0.1K+0.05E+0.15T算得管段修復(fù)指數(shù) RI，套用公式 MI=0.8G+0.15K+0.05E算得管段養(yǎng)護(hù)指數(shù) MI，并根據(jù)管段養(yǎng)護(hù)等級劃分表來確定養(yǎng)護(hù)等級和養(yǎng)護(hù)建議及說明。

由于人工進(jìn)行缺陷評估判讀和報(bào)告編制工作的計(jì)算復(fù)雜、過程繁瑣、工作量大且容易出錯，為了提高效率和準(zhǔn)確性，各評估標(biāo)準(zhǔn)均提倡使用計(jì)算機(jī)軟件來進(jìn)行管道缺陷評估判讀和報(bào)告輸出工作，推薦使用PipeSight管道檢測視頻判讀報(bào)告軟件，其主要用于管道檢測視頻分析判讀、管道缺陷等級評估、養(yǎng)護(hù)與修復(fù)指數(shù)計(jì)算、電子地圖生成預(yù)覽、檢測報(bào)告及ShapeFile文件生成輸出，其內(nèi)置了國內(nèi)現(xiàn)有的4套評估標(biāo)準(zhǔn)。

將檢測視頻文件導(dǎo)入到軟件中進(jìn)行播放，編輯視頻文件對應(yīng)的檢測信息(工程信息、管道屬性)，在播放過程中抓取缺陷圖像并指定缺陷分類、缺陷級別、縱向距離、縱向長度、環(huán)向位置后保存為缺陷判讀信息。軟件會根據(jù)所設(shè)置的管道直徑、所處位置和土質(zhì)類別來自動判定其管道重要性參數(shù)值、地區(qū)重要性參數(shù)值和土質(zhì)影響系數(shù)值，并根據(jù)所判定的缺陷分類、級別、縱向長度、縱向距離來自動判定缺陷性質(zhì)和缺陷分值。

根據(jù)所選擇的評估標(biāo)準(zhǔn)，軟件自動套用評估公式計(jì)算出結(jié)構(gòu)性缺陷密度、功能性缺陷額度及養(yǎng)護(hù)指數(shù)、修復(fù)指數(shù)，并生成圖文并茂的檢測報(bào)告(封面、扉頁、目錄、工程概況一覽表、主要工程量表、缺陷匯總一覽表、結(jié)構(gòu)性缺陷統(tǒng)計(jì)表、功能性缺陷統(tǒng)計(jì)表、缺陷匯總統(tǒng)計(jì)圖、缺陷狀況評估表、養(yǎng)護(hù)與修復(fù)建議、缺陷詳細(xì)圖表等內(nèi)容)。

此外，軟件還提供電子地圖查閱功能，可在電子地圖中標(biāo)注出檢測作業(yè)點(diǎn)的位置，查看作業(yè)點(diǎn)對應(yīng)的檢測數(shù)據(jù)、判讀信息、缺陷圖片和檢測視頻;將缺陷分布地圖導(dǎo)出為網(wǎng)頁格式，可在未安裝軟件的計(jì)算機(jī)上使用網(wǎng)頁瀏覽器打開，便于數(shù)據(jù)上報(bào)、分閱;還能為GIS平臺輸出ShapeFile格式的接口數(shù)據(jù)，導(dǎo)入GIS平臺后將以新建點(diǎn)狀圖層的方式來展現(xiàn)檢測、評估結(jié)果。

四、管道CCTV機(jī)器人在水庫排水涵管檢測中的應(yīng)用案例

2013年05月，受湖北省水利管理部門委托，筆者所在公司采用X5-S型管道CCTV機(jī)器人對大冶市上多個小I型水庫的排水涵管進(jìn)行了檢查(如圖2所示)，此次檢查的目的是對前期完成的排水涵管內(nèi)襯鋼管工程成果進(jìn)行驗(yàn)收。主要檢測作業(yè)步驟如下:

圖2 水庫排水涵管CCTV檢測現(xiàn)場照片

1)降低管內(nèi)水位:由于水庫的排水涵管一般比較干凈，檢測前無需進(jìn)行輸通、清洗，只需要完全或盡量封閉排水閘門，使管內(nèi)無水流出或使管內(nèi)水位降底至管徑的20%，盡量顯露出管道內(nèi)壁。

2)安裝調(diào)試設(shè)備:現(xiàn)場準(zhǔn)備好220 V發(fā)電機(jī)供電;將CCTV機(jī)器人組裝完畢后，在地面上開機(jī)檢查攝像頭和爬行器的氣壓指示燈是否為綠燈(紅燈指示為欠壓或過壓)，并在主控制器上查看氣壓值是否在1.6～2.0之間(低于 1.6時需要補(bǔ)壓);通過主控制器進(jìn)行各項(xiàng)操作，檢查其功能是否正常;完成安裝調(diào)試后，將爬行器從出水口送入排水涵管的管口位置。

3)清零距離計(jì)數(shù):將連接爬行器的電纜收緊，保持自然緊繃狀態(tài)，并按主控制器錄入鍵盤上的F1鍵，并輸入起始距離為0.00 m。

4)調(diào)節(jié)照明燈光:在主控制器上觀察屏幕顯示的管道內(nèi)部影像，通過控制面板上的“燈光控制”旋鈕調(diào)節(jié)爬行器的照明燈光至適合亮度。

5)調(diào)節(jié)視線高度:在主控制器上觀察屏幕顯示的管道內(nèi)部影像，通過控制面板上的“鏡頭升降架控制”按鈕調(diào)整爬行器的鏡頭升降架高度，使攝像頭處于管道中軸線上(管道橫截面的中心點(diǎn)位置)。

6)開始數(shù)據(jù)采集:將視頻記錄儀(MP5)連接至主控制器接口面板上的AV OUT接口，開機(jī)預(yù)覽視頻圖像正常后選擇進(jìn)入錄像模式開始錄像。采用1根USB轉(zhuǎn)RS232數(shù)據(jù)線將主控器與計(jì)算機(jī)連接，在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行PipelineTracer管道檢測示蹤定位軟件，在軟件中完成錄入檢測信息后點(diǎn)擊開始采集按鈕，軟件將實(shí)時自動采集、存儲爬行器的傾角和方位角數(shù)據(jù)，并同步繪制出管底坡度曲線(用于評估管道坡度和淤積情況)和管線路徑曲線(用于探明管線路徑)，生成排水管道沉積狀況縱斷面圖報(bào)告。

7)爬行器前進(jìn):在主控制器控制面板上將“速度控制”旋鈕調(diào)至最低檔位，然后按下“離合”按鈕，掛上爬行器的離合，此時控制面板上的“離合”指示燈會亮起。向前推一下方向控制四向操縱桿，“前進(jìn)”指示燈會亮起，此時緩慢調(diào)節(jié)“速度控制”旋鈕，使爬行器低速(速度控制在0.15 m/s以內(nèi))前進(jìn)，如遇管道轉(zhuǎn)彎，可通過方向控制四向操縱桿控制爬行器左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)，在爬行器前進(jìn)期間應(yīng)確保電纜線保持自然緊繃狀態(tài)。

8)側(cè)向環(huán)視攝影:由于此次檢測的目的是驗(yàn)收排水涵管內(nèi)襯的鋼管，需重點(diǎn)對接口焊縫進(jìn)行檢查。當(dāng)爬行器經(jīng)過管道接頭時應(yīng)停止前進(jìn)，旋轉(zhuǎn)攝像頭至側(cè)視角度并調(diào)節(jié)好焦距;從12點(diǎn)鐘方向起順時針360°勻速旋轉(zhuǎn)掃視接縫，完成整圈接縫掃視的時間不應(yīng)少于10 s，當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷時停止鏡頭旋轉(zhuǎn)，對缺陷處保持靜止10 s攝像后再繼續(xù);完成一圈掃視后，點(diǎn)擊控制面板上的“一鍵回正”按鈕，將攝像頭姿態(tài)調(diào)整為正向攝影后繼續(xù)前進(jìn)。

9)記錄檢測資料:現(xiàn)場采用表格記錄水庫名稱、排水涵管位置(詳細(xì)地址和GPS坐標(biāo)信息)、管徑、材質(zhì)、檢測人員、設(shè)備和日期時間、視頻文件名稱、備注信息等。

10)停止數(shù)據(jù)采集:待爬行器到達(dá)排水涵管末端時，將“速度控制”旋鈕調(diào)至最低檔位停止前進(jìn)，在計(jì)算機(jī)上停止PipelineTracer軟件的數(shù)據(jù)采集，在MP5上停止錄像。

11)爬行器回收:在主控制器控制面板上按下“前后視頻切換”按鈕切換到后視頻攝像狀態(tài)，向后推一下方向控制四向操縱桿，“后退”指示燈會亮起，此時緩慢調(diào)節(jié)“速度控制”旋鈕，使爬行器低速后退，并通過電纜盤回收電纜線，在爬行器后退期間應(yīng)確保電纜線保持自然緊繃狀態(tài)。

12)檢測資料評估判讀與報(bào)告輸出:導(dǎo)入檢測視頻文件至PipeSight軟件，并錄入檢測信息(考慮到排水涵管缺陷對水庫堤壩影響的重要性，設(shè)置地區(qū)重要性參數(shù)K值為最大值)后進(jìn)行判讀處理，由軟件自動生成和輸出檢測評估報(bào)告、缺陷分布地圖、ShapeFile數(shù)據(jù);另外，通過PipelineTracer軟件生成和輸出管底坡度曲線圖、管線路徑曲線圖和管道沉積狀況縱斷面圖報(bào)告，如圖3、圖4所示。

此次檢測的12個水庫中，11個已完成鋼管內(nèi)襯，管道狀況良好，焊縫完好;1個水庫未按要求完成鋼管內(nèi)襯，且管道缺陷非常嚴(yán)重，其檢測評估報(bào)告節(jié)選內(nèi)容見表1。

表1 管道檢測評估報(bào)告節(jié)選內(nèi)容

圖3 管底坡度曲線圖、管線路徑曲線圖

圖4 管道沉積狀況縱斷面圖報(bào)告

五、結(jié)論與建議

實(shí)踐證明，現(xiàn)有的CCTV檢測技術(shù)和相關(guān)設(shè)備完全適用于水庫排水涵管檢測，同時，通過借鑒和引用《城鎮(zhèn)排水管道檢測與評估技術(shù)規(guī)程》(CJJ 181—2012)，可準(zhǔn)確地對排水涵管缺陷進(jìn)行評估分析、計(jì)算養(yǎng)護(hù)與修復(fù)，并得到養(yǎng)護(hù)與修復(fù)建議。采用符合評估技術(shù)規(guī)程要求的管道檢測視頻判讀報(bào)告軟件，可對檢測視頻進(jìn)行快速判讀，自動化生成符合規(guī)程要求的管道缺陷評估報(bào)告，使得檢測成果的輸出更加快速、便捷、準(zhǔn)確、高效、規(guī)范、翔實(shí)。

在建議水利檢測行業(yè)采用CCTV技術(shù)進(jìn)行水庫排水涵管檢測、評估的同時，也建議水利管理部門參考《城鎮(zhèn)排水管道檢測與評估技術(shù)規(guī)程》(CJJ 181—2012)編制和發(fā)布專用于水庫水利設(shè)施輸水、排水、分流、泄洪等管(涵)道檢測與評估的技術(shù)規(guī)程，使得行業(yè)內(nèi)的CCTV檢測有據(jù)可依、有技可施。

［1］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.CJJ 181—2012城鎮(zhèn)排水管道檢測與評估技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2012.