高坡

摘要：本文在傳統(tǒng)的排水管道閉路電視（CCTV）檢測技術流程的基礎之上，優(yōu)化數(shù)據(jù)的采集方式，在生成檢測報告的同時，增加了空間數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)在智慧排水、智慧城市等信息化建設中發(fā)揮更大的作用。文章還結合上海市臨港新片區(qū)、上海市閔行區(qū)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(shù)據(jù)庫

隨著科學技術的發(fā)展，排水管道的運行維護以及檢測技術也在不斷發(fā)展，出現(xiàn)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(yǎng)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(fā)展。

一、現(xiàn)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(tǒng)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(yōu)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(tài)，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(yè)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(fā)現(xiàn)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(qū)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(xiàn)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(yè)技術人員總結數(shù)據(jù)，出具檢測報告，提交評估報告。

當前，國內排水管網(wǎng)運行維護中主要是使用被動響應的方式，也就是在官網(wǎng)爆發(fā)出問題后開展維修，但這種方式隨著官網(wǎng)系統(tǒng)的老化以及資金缺口的加大將會變得難以開展。美國環(huán)保局（EPA）研究發(fā)現(xiàn)，如果對官網(wǎng)進行不定期的運行維護，可能導致官網(wǎng)的惡化速度加快，與定期維護官網(wǎng)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(wǎng)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?yōu)橹鲃禹憫?，延長管線設施使用年限，降低路面塌陷事故的發(fā)生率。

二、基于空間信息的排水管道檢測數(shù)據(jù)標準化研究

為了實現(xiàn)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(shù)據(jù)錄入、存量檢測數(shù)據(jù)整理兩方面對CCTV檢測流程進行標準化采集設計，旨在規(guī)范CCTV數(shù)據(jù)的采集方法，使采集到的數(shù)據(jù)滿足智慧管網(wǎng)系統(tǒng)的需求。

（一）新增檢測數(shù)據(jù)標準化采集機制

為了規(guī)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(shù)據(jù)標準化采集機制，將整個采集流程分為管段數(shù)據(jù)庫建設、管段視頻數(shù)據(jù)采集、CCTV檢測數(shù)據(jù)庫生成和報告輸出四個方面。

管段數(shù)據(jù)庫作為整個項目的基礎庫，管段數(shù)據(jù)庫的建設為項目CCTV檢測成果數(shù)據(jù)的自動生成提供基礎的數(shù)據(jù)支撐?？紤]到數(shù)據(jù)交換的便捷性，采用微軟的Access數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)存儲倉庫。它是一種簡單易用的小型數(shù)據(jù)庫，適合工程類的數(shù)據(jù)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(wǎng)，精確采集井點坐標。

在管段視頻數(shù)據(jù)采集階段，按照傳統(tǒng)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(guī)范管理視頻數(shù)據(jù)，滿足后續(xù)系統(tǒng)應用的需求，使用視頻格式轉換工具，統(tǒng)一視頻格式為MP4格式。同時，對于剛采集到的視頻數(shù)據(jù)，一般以年月日時分秒的形式命名。為了便于后續(xù)更好的應用，統(tǒng)一約定將視頻文件按照管段數(shù)據(jù)庫中管線名稱重命名。

為了建成隱患空間數(shù)據(jù)庫，要借助公司內研發(fā)的CCTV地理信息化平臺軟件?；诓杉?、整理好的管段數(shù)據(jù)庫和視頻資料，實現(xiàn)工程與管線數(shù)據(jù)庫的鏈接，將視頻資料添加到工程中，管線數(shù)據(jù)庫與視頻資料根據(jù)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(tǒng)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(fā)現(xiàn)的隱患處，暫停視頻，系統(tǒng)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(huán)向和長度等信息。判讀完成后，系統(tǒng)內嵌算法，根據(jù)起點坐標、終點坐標，隱患點相對距離，利用三角函數(shù)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(yè)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(shù)據(jù)完成采集后，要判斷每條管線的修復等級或養(yǎng)護等級，以此指導后續(xù)排水管線的維護任務制定。結合地區(qū)重要性參數(shù)、管道重要性參數(shù)以及管道周圍的土質影響參數(shù)，為不同參數(shù)因子賦予不同的權重，根據(jù)權重，自動計算管段修復指數(shù)和養(yǎng)護指數(shù)，以此計算出完整的數(shù)據(jù)成果。基于平臺開發(fā)的導出功能，將最終的隱患數(shù)據(jù)庫及提交給業(yè)主的報告導出，報告可以直接供管理單位查閱，數(shù)據(jù)庫可導入排水管網(wǎng)信息平臺中。完整的業(yè)務流程如圖1所示。

（二）存量檢測數(shù)據(jù)規(guī)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(shù)據(jù)庫，無法集成到現(xiàn)有排水管網(wǎng)信息系統(tǒng)中。為了像新增排水檢測數(shù)據(jù)那樣形成隱患數(shù)據(jù)庫，建立與管線的空間關聯(lián)，需要規(guī)范化整理存量檢測數(shù)據(jù)，分析不同區(qū)域、不同年份的報告，可以得到以下流程：

第一，根據(jù)報告中的路名信息，明確報告中的檢測數(shù)據(jù)對應的空間范圍，劃定檢測區(qū)域范圍線，申請該區(qū)域內排水管網(wǎng)矢量數(shù)據(jù)資料。

第二，將矢量數(shù)據(jù)按照新增檢測數(shù)據(jù)中的管段數(shù)據(jù)庫的標準進行規(guī)則化整理后，導入標準數(shù)據(jù)庫中，建立空間數(shù)據(jù)庫關聯(lián)。使用專業(yè)GIS軟件，例如，ArcMap、QGIS等，將空間數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(jù)，根據(jù)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(shù)據(jù)庫中具體的數(shù)據(jù)。

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(shù)據(jù)庫。

第五，針對每個報告對應的視頻資料，考慮不同作業(yè)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(tǒng)一轉為MP4格式。根據(jù)整理好的管線數(shù)據(jù)路，為視頻重新命名。

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

圖2 ?存量數(shù)據(jù)地理信息化流程

三、重點研究內容

（一）CCTV檢測標準業(yè)務流程梳理

標準化的采集流程有助于數(shù)據(jù)的統(tǒng)一歸集，為數(shù)據(jù)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(tǒng)檢測報告的同時，輸出檢測隱患點空間數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫可與排水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)進行無縫對接，進而為智慧城市建設提供數(shù)據(jù)支撐。

（二）CCTV地理信息化平臺的研發(fā)

建立好標準采集流程后，為了使標準采集流程能規(guī)范化運行，結合計算機技術和地理信息技術，開發(fā)CCTV地理信息化平臺。用程序約束人為的操作，避免因粗心、業(yè)務不熟練等導致低級錯誤。同時，內嵌空間三角函數(shù)算法，根據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集后，根據(jù)管段隱患點，自動關聯(lián)隱患類型參數(shù)、管徑參數(shù)、地區(qū)重要性參數(shù)、管道重要性參數(shù)、土質影響參數(shù)，同時將各參數(shù)加權計算管線修復等級或養(yǎng)護等級。算法的集成，不僅可以節(jié)約人工計算成本，還能提高工作效率。

管段修復指數(shù)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(shù)；

K—地區(qū)重要性參數(shù)；

E—管道重要性參數(shù)；

T—管道周圍的土質影響參數(shù)。

管道養(yǎng)護指數(shù)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(shù)；

K—地區(qū)重要性參數(shù)；

E—管道重要性參數(shù)。

四、排水管道CCTV檢測數(shù)據(jù)成果應用

排水管道CCTV檢測數(shù)據(jù)成果分為成果報告和隱患數(shù)據(jù)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(yǎng)護建議。根據(jù)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(shù)據(jù)庫是本文新增加的內容，通過隱患數(shù)據(jù)庫，使檢測數(shù)據(jù)空間信息化，增加了數(shù)據(jù)的利用方向，使數(shù)據(jù)更好地服務智慧排水、智慧城市等應用場景。

自主研發(fā)的CCTV地理信息化平臺可提供給行業(yè)內單位使用，既能確保數(shù)據(jù)的輸出統(tǒng)一化，又能節(jié)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(yè)技術發(fā)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(yè)務分析提供數(shù)據(jù)支撐。

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