文／傅巍 深圳市龍華排水有限公司 廣東深圳 518000

引言：

城市的正常運(yùn)轉(zhuǎn)表現(xiàn)之一是排水系統(tǒng)的暢通運(yùn)行，而排水系統(tǒng)運(yùn)行受多因素綜合影響，需要加強(qiáng)日常的排水管道檢測和系統(tǒng)巡查。傳統(tǒng)的排水檢測多采取人工方式，需要作業(yè)人員佩戴專業(yè)設(shè)備進(jìn)入到管道井內(nèi)檢查，或者使用反光鏡、量泥桿等工具進(jìn)行檢測，耗費(fèi)大力的人力物力，檢測時(shí)效性差，且適用范圍較窄。在一些河道擋墻區(qū)域也存在邊坡坍塌風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于排水檢測來說是不小的挑戰(zhàn)。隨著技術(shù)的創(chuàng)新，新型數(shù)字化檢測技術(shù)問世，特別是雷達(dá)探測技術(shù)、數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)的問世，為排水檢測提供數(shù)字化技術(shù)支持，也突破了邊坡檢測的局限。

1、排水系統(tǒng)檢測概述

排水系統(tǒng)檢測必不可少，這是因?yàn)殡S著排水系統(tǒng)使用年限的增加，排水管道及附屬設(shè)備等很容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)受損、性能下降的情況，如果檢測不及時(shí)、隱患處理不到位，很容易出現(xiàn)排水事故。而使用先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行排水檢測具有現(xiàn)實(shí)必要性，可以發(fā)揮數(shù)字化自動(dòng)檢測優(yōu)勢(shì)，及時(shí)獲知排水系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況及對(duì)周邊地質(zhì)影響，及時(shí)明確故障區(qū)域，根據(jù)一定的優(yōu)選原則對(duì)存在嚴(yán)重缺陷的管道進(jìn)行維修，以減少事故的發(fā)生，減少經(jīng)濟(jì)損失。目前，隨著排水系統(tǒng)檢測工作深化開展，在檢測中根據(jù)區(qū)域?qū)嶋H選擇先進(jìn)的數(shù)字化檢測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了排水管道的科學(xué)檢測與評(píng)估，實(shí)現(xiàn)了非開挖修復(fù)的嘗試。在實(shí)際的排水系統(tǒng)檢測中常見的檢測技術(shù)有傳統(tǒng)方法類目下的直接目測法、反光鏡法、潛水員檢查法等。而在儀器檢測類目下主要對(duì)應(yīng)CCTV、聲吶檢測。一些新型的管道檢測技術(shù)也相繼問世，如SSET、SAM。不僅實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模、高效率的檢測作業(yè)，也能有效應(yīng)對(duì)邊坡坍塌風(fēng)險(xiǎn)。

2、龍華區(qū)排水系統(tǒng)檢測現(xiàn)狀

龍華地區(qū)排水檢測任務(wù)較重，不僅排水系統(tǒng)分布廣泛、管網(wǎng)復(fù)雜，且邊坡類型復(fù)雜，不僅有漿砌石擋墻、混凝土擋墻、加固擋墻，也有自然山體邊坡，給檢測帶來了很大的難度。隨著技術(shù)的創(chuàng)新和管理部署的優(yōu)化，龍華區(qū)排水管道檢測也逐漸步入正軌，一些新技術(shù)逐漸得到有效運(yùn)用，取得一定的檢測實(shí)效。如在管網(wǎng)內(nèi)部檢測方面，檢測作業(yè)班組熟練運(yùn)用QV（管道無線潛望鏡）、CCTV（閉路電視檢測）檢測工具，對(duì)轄區(qū)內(nèi)大部分排水管道做到快速、高效檢測。與此同時(shí)重點(diǎn)引進(jìn)探地雷達(dá)、管中雷達(dá)等先進(jìn)設(shè)備，提前探測地下空洞，及時(shí)發(fā)現(xiàn)，避免塌陷，取得了理想的排水管道檢測效果。其中建立三維城市空間地質(zhì)綜合管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了一張圖的監(jiān)管布局和一個(gè)平臺(tái)下的聯(lián)動(dòng)檢測。一張圖檢測布局既關(guān)注地上設(shè)施全要素，如邊坡、擋墻、壩體、巖土。也關(guān)注地下設(shè)施全要素，如供排水管網(wǎng)、燃?xì)夤艿琅c供電管道。以統(tǒng)籌監(jiān)管保證檢測監(jiān)管的全面性。在一個(gè)平臺(tái)的支持下則實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一監(jiān)測、全周期管理、聯(lián)動(dòng)分析、精準(zhǔn)預(yù)警與調(diào)控的統(tǒng)籌。龍華區(qū)在數(shù)字化排水檢測技術(shù)的應(yīng)用探索中也建立了四大技術(shù)支撐體系，四大技術(shù)分別為探地雷達(dá)技術(shù)（主攻地面塌陷防治）、管中雷達(dá)技術(shù)（主攻在超深管網(wǎng)隱患排查）、邊坡雷達(dá)（主攻立體地質(zhì)排查）、智能形變監(jiān)測儀技術(shù)（支持全天候智實(shí)時(shí)監(jiān)測、實(shí)時(shí)感知邊坡結(jié)構(gòu)變化），在高水位管道、箱涵檢測，滿水位管道檢測，大埋深管道外部缺陷檢測中實(shí)現(xiàn)了新突破，也實(shí)現(xiàn)了漿砌石擋墻、混凝土擋墻、加固擋墻以及自然山體邊坡坡面整體全覆蓋的滑動(dòng)面檢測，實(shí)現(xiàn)坡體中的病害體，包括脫空、空洞、過水通道的檢測。對(duì)比傳統(tǒng)的人工檢測技術(shù)，改變了巡查效率低，無法對(duì)邊坡進(jìn)行全天候監(jiān)測的情況。突破了邊坡縱深大，探測手段無法掌握內(nèi)部地質(zhì)情況的局限。在數(shù)字化檢測技術(shù)的支持下也實(shí)現(xiàn)了科學(xué)的災(zāi)害預(yù)警，排水管道事故應(yīng)急處置能力明顯提升。

3、龍華區(qū)排水管道數(shù)字化檢測——管中雷達(dá)

龍華區(qū)早期規(guī)劃建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)偏低，汛期受連續(xù)強(qiáng)降雨天氣影響，極易誘發(fā)邊坡、擋墻垮塌、地面坍塌等次生災(zāi)害，排水管道檢測難度較大。龍華地區(qū)排水系統(tǒng)檢測通過運(yùn)用博銘維全地形機(jī)器人設(shè)備Gator-S1 及博銘維動(dòng)力聲吶檢測機(jī)器人設(shè)備OTTER-S1（鴨嘴獸），雖然在技術(shù)的支持下解決了管道高水位、高淤積等復(fù)雜工況下水上水下的全覆蓋檢測，但也存在諸多不足，特別是大埋深管道外部缺陷檢測中具有一定的應(yīng)用局限，亟待新型數(shù)字化檢測技術(shù)的檢測支持。而管中雷達(dá)檢測技術(shù)發(fā)揮實(shí)效。

3.1 管中雷達(dá)檢測技術(shù)概述

管中雷達(dá)作為一種新型的雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)，兼容多種頻率天線，實(shí)現(xiàn)360 度無死角全空間檢測，且不受管道埋深限制，在多管徑中靈活作業(yè)。既支持管道周邊地質(zhì)病害的探測、管道周邊土壤回填密實(shí)度的探測，也支持管道周邊灌漿密實(shí)度探測。其主要通過下井獲取管道外部雷達(dá)圖并提取雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最終通過數(shù)據(jù)分析形成檢測報(bào)告，檢測作業(yè)更高效。

管中雷達(dá)發(fā)揮其人性化操作優(yōu)勢(shì)和信息集成優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行全空間檢測。設(shè)備搭載的集成高清攝像頭與地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)同步，沿管道軸向及徑向進(jìn)行雙向檢測，實(shí)現(xiàn)管道周邊隱患的全空間檢測與排查。設(shè)備從管中對(duì)管道周邊進(jìn)行探測，距離探測目標(biāo)更近，更有效地解決地面探測時(shí)地質(zhì)雷達(dá)探測深度與分辨率的取舍問題，能精準(zhǔn)探測空洞、脫空、疏松體等病害，明確其形狀、大小、分布及位置。而其具備高清攝像功能，實(shí)現(xiàn)360 度旋轉(zhuǎn)，更方便查明管道內(nèi)部缺陷。例如龍華區(qū)管網(wǎng)普查中，利用特種管網(wǎng)機(jī)器人技術(shù)，通過其搭載的可視云臺(tái)和雷達(dá)，對(duì)管道周邊存在的空洞、脫空、疏松體、富水體等病害檢測。

3.2 應(yīng)用實(shí)踐

龍華區(qū)使用在排水檢測中使用博銘維管中雷達(dá)機(jī)器人設(shè)備SmartMole-PPR。管中地質(zhì)雷達(dá)機(jī)器人SmartMole-PPR (Pipe Penetrating Radar) 搭載CCTV 高清攝像頭和地質(zhì)雷達(dá),進(jìn)入非金屬管道中，向管道周邊發(fā)射電磁波進(jìn)行探測,同步采集管道內(nèi)部視覺影像和機(jī)器人坐標(biāo)位置等信息，有效可靠的探測地下管道周邊存在的空洞、脫空、疏松體、富水體等病害的大小與分布以及管道周邊土壤回填密實(shí)度或灌漿密實(shí)度，為城市地下安全維護(hù)、管線管理、基建施工等提供依據(jù)，有效預(yù)防城市道路塌陷。

4、龍華區(qū)排水管道數(shù)字化檢測——邊坡雷達(dá)、邊坡感知監(jiān)測儀

4.1 龍華區(qū)邊坡檢測痛點(diǎn)

通過實(shí)地的調(diào)研，目前龍華區(qū)的邊坡大致可以分為4大類，漿砌石擋墻、混凝土擋墻、加固擋墻以及自然山體邊坡。每種邊坡分布的場景也比較復(fù)雜，有分布在河道兩側(cè)的，公路兩側(cè)的，以及工業(yè)區(qū)和居住區(qū)的。整體邊坡的種類多，場景復(fù)雜，給檢測帶來了很大的難度。檢測時(shí)需要從三個(gè)方面出發(fā)，對(duì)坡面整體全覆蓋的滑動(dòng)面檢測。對(duì)坡體中的病害體，包括脫空、空洞、過水通道的檢測。以及對(duì)坡面防護(hù)墻的厚度、寬度等的結(jié)構(gòu)檢測?，F(xiàn)行的邊坡檢測主要依賴定期的巡檢，以及人工的雷達(dá)檢測。若邊坡坡面陡峭，而且人工檢測大部分情況需要下到河道，危險(xiǎn)度很高。此外人工檢測的覆蓋面不足，對(duì)中高部坡面難以檢測。整體的邊坡檢測效率比較低。是現(xiàn)行邊坡檢測的痛點(diǎn)與難點(diǎn)。

4.2 邊坡雷達(dá)、邊坡感知監(jiān)測儀應(yīng)用

邊坡雷達(dá)使用機(jī)械設(shè)備代替人工，實(shí)現(xiàn)更安全的檢測。通過多檢測模式與多通道雷達(dá)同步檢測，實(shí)現(xiàn)對(duì)邊坡坡面的高效全覆蓋檢測。通過邊坡雷達(dá)車的不同功能設(shè)計(jì)，以適應(yīng)更多的邊坡場景，達(dá)到普適性的效果。邊坡雷達(dá)從上往下與從下往上的兩種檢測模式可自由調(diào)節(jié)。多個(gè)功能的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)不同的檢測姿態(tài)。設(shè)備搭載了兩個(gè)高清攝像頭，不僅可以實(shí)時(shí)監(jiān)測雷達(dá)對(duì)坡面的檢測過程，也同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測邊坡雷達(dá)車運(yùn)行前進(jìn)后退方向上的路況。邊坡雷達(dá)車的懸臂角度可以通過電控來調(diào)整，以貼合不同坡度的坡面。搭載了多通道的雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)一掃一面，同時(shí)對(duì)邊坡內(nèi)部深淺并探?；诙嗤ǖ览走_(dá)的數(shù)據(jù)，借助數(shù)據(jù)后處理軟件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)邊坡內(nèi)部的三維動(dòng)畫展示，這樣更有助于作業(yè)人員對(duì)邊坡內(nèi)部病害的判斷。

龍華區(qū)也推出了邊坡感知監(jiān)測儀，進(jìn)行系統(tǒng)化的監(jiān)測，利用監(jiān)測手段做好邊坡?lián)鯄Φ膶?shí)時(shí)關(guān)注，獲取邊坡?lián)鯄?dòng)態(tài)變化，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)警值發(fā)出預(yù)警報(bào)告。在實(shí)踐中建設(shè)福城街道城市邊坡?lián)鯄χ腔郾O(jiān)測系統(tǒng)，通過系統(tǒng)三維可視化功能，對(duì)建設(shè)福城街道城市邊坡?lián)鯄η闆r進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬，通過遠(yuǎn)程操作了解邊坡狀況，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急指揮與決策。通過對(duì)邊坡進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測了解邊坡動(dòng)態(tài)變化情況，為政府職能部門邊坡應(yīng)急處理提供詳實(shí)的數(shù)據(jù)支持。應(yīng)用中先建立基礎(chǔ)臺(tái)賬，進(jìn)行隱患點(diǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的管理和隱患點(diǎn)可視化分布管理。前者對(duì)隱患點(diǎn)兩卡一按數(shù)據(jù)、歷年工程資料等進(jìn)行統(tǒng)籌歸納，后者則通過可視化分布手段展示隱患點(diǎn)分布情。巡查人員對(duì)隱患點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并上傳到監(jiān)測系統(tǒng)，由監(jiān)測平臺(tái)對(duì)巡查數(shù)據(jù)進(jìn)行管理及核實(shí)。傳入的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)、設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一管理，數(shù)據(jù)一鍵導(dǎo)入與導(dǎo)出。在監(jiān)測平臺(tái)的作用下，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能化監(jiān)測設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程升級(jí)、指令下發(fā)，并做到流量監(jiān)控、自費(fèi)監(jiān)控，使得設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好。監(jiān)測平臺(tái)具有完整的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)分析機(jī)制及四級(jí)聯(lián)動(dòng)預(yù)警機(jī)制，當(dāng)設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)值分析設(shè)備存在問題時(shí)發(fā)出預(yù)警，促進(jìn)問題的快速解決。

5、龍華區(qū)排水管道數(shù)字化檢測——探地雷達(dá)

5.1 探地雷達(dá)檢測技術(shù)概述

探地雷達(dá)檢測技術(shù)主要利用電磁穿透地面原理，進(jìn)行地下排水管道及周圍土層檢測，是當(dāng)前應(yīng)用效果較好的無損檢測技術(shù)。一般配有雷達(dá)的移動(dòng)電臺(tái)會(huì)沿著排水管網(wǎng)持續(xù)移動(dòng)，使用不同頻率天線完成反射信號(hào)的收集，并對(duì)探明的不同位置的觀測值進(jìn)行連接，生成管道及周圍圖層的圖像，及時(shí)幫助工作人員了解地下排水管道實(shí)際情況及周圍土壤現(xiàn)狀。雷達(dá)探測技術(shù)探測深度與波長呈正相關(guān)關(guān)系，但波長過大會(huì)導(dǎo)致分辨率降低，在使用該技術(shù)時(shí)應(yīng)做到分辨率與穿透深度之間的合理權(quán)衡。目前探地雷達(dá)無損檢測技術(shù)在淺層地下排水管道普查中發(fā)揮實(shí)效，可以查明排水管道是否存在暗管、暗溝等系列問題，在城市地下排水管道探測中具有高效、無損、分辨率高等優(yōu)勢(shì)。探地雷達(dá)檢測技術(shù)也支持對(duì)排水管道周圍土質(zhì)的檢查，及時(shí)探明管道是否存在坍塌風(fēng)險(xiǎn)，具體表現(xiàn)為探明管道周圍土質(zhì)是否為疏松質(zhì)，及時(shí)判斷分管道破裂引起的空洞體問題。無論是磚砌排水管還是輸水渠、小管徑排水管都可使用該技術(shù)，應(yīng)用場景多元。目前龍華區(qū)使用探地雷達(dá)檢測技術(shù)排查地面塌陷隱患取得了理想效果。探測任務(wù)于2021年1月中旬正式開展，至2021年12月對(duì)龍華區(qū)內(nèi)六個(gè)街道（觀湖街道、民治街道、龍華街道、大浪街道、福城街道、觀瀾街道）探測測線長度達(dá)257km。提供了探測所得地下空洞情況數(shù)據(jù)資料，為制定隱患點(diǎn)的整治方案制定和工程實(shí)施提供了技術(shù)依據(jù)。龍華區(qū)土類以赤紅壤為主，土層較厚，質(zhì)地較黏重，肥力較差，呈酸性，潮濕赤紅壤對(duì)電磁波有較強(qiáng)吸收能力，實(shí)測深圳市市政道路地質(zhì)雷達(dá)探測有效深度約為2.5-3m。

5.2 龍華區(qū)探地雷達(dá)檢測裝備

采用加拿大Sensors & Software Inc 公司提供的SPIDAR 系列天線雷達(dá)，見圖1，以及中科院電子所CAS 雙頻雷達(dá)。其使用方法和原理是通過向地下發(fā)射高頻電磁波，根據(jù)接收到的電磁波的波型、振幅強(qiáng)度和時(shí)間的變化特征推斷地下介質(zhì)的空間位置、結(jié)構(gòu)、形態(tài)和埋藏深度。由探地雷達(dá)系統(tǒng)中的窄脈沖發(fā)射源通過發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻寬頻域單脈沖，該地下脈沖在向探測物體內(nèi)部傳播過程中，遇到不同電性介質(zhì)界面產(chǎn)生不同強(qiáng)度的反射，通過接收天線在全時(shí)域上的接收后向散射及反射電磁波，再利用接收到的反射電磁波電磁學(xué)特征及發(fā)、收天線幾何位置關(guān)系經(jīng)過數(shù)據(jù)圖像信號(hào)處理，得出探測體內(nèi)的反射體空間位置及形態(tài)。

圖1 SPIDAR 系列天線雷達(dá)

5.3 龍華區(qū)探地雷達(dá)檢測流程

首先進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定采集參數(shù)后，開始正式數(shù)據(jù)采集工作，在采集的數(shù)據(jù)圖像正常時(shí)盡量保持采集參數(shù)不變。在道路主干道上采用車載進(jìn)行探測，車速小于10km/h；在道路步道上采用手推車進(jìn)行探測，速度為1m/s 左右。數(shù)據(jù)采集時(shí)盡量避開流動(dòng)干擾源，交通繁忙地段無法避開時(shí)采用夜間施工的方法。各個(gè)路口、橋區(qū)路段、歷年塌陷區(qū)域和現(xiàn)狀路面缺陷區(qū)域作為重點(diǎn)探測區(qū)段采用詳查的探測方式。采集出現(xiàn)不合格原始數(shù)據(jù)時(shí)，及時(shí)分析原因，如因人為原因造成的不合格應(yīng)及時(shí)返工，并采取預(yù)防和糾正措施。

其次進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。采集到的數(shù)據(jù)使用配套的EKKO_Project V5 基礎(chǔ)版進(jìn)行分析。EKKO_Project V5 可運(yùn)行于Windows 操作系統(tǒng)上，用于對(duì)采集的雷達(dá)探測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。雷達(dá)探測經(jīng)過軟件的濾波，背景吸收，增益，比例調(diào)整，速度分析等處理，即可呈現(xiàn)出較為清晰直觀的圖像。根據(jù)反射波的強(qiáng)弱、波形等特征，在圖像上確定出對(duì)應(yīng)的探測異常區(qū)域，并對(duì)其性質(zhì)進(jìn)行初步判定。分析雷達(dá)波的相位、頻率與振幅等特性，識(shí)別出土層擾動(dòng)異常，并根據(jù)異常特征確定道路病害等級(jí)。結(jié)合地質(zhì)資料、道路結(jié)構(gòu)信息、市政工程信息、被探測體的性質(zhì)和規(guī)模等進(jìn)行綜合分析?！渡钲谑械孛嫣[患探測技術(shù)導(dǎo)則》，道路雷達(dá)病害等級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn)表見表1。

表1 道路雷達(dá)病害等級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn)表

結(jié)語：

隨著技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，新型數(shù)字化檢測技術(shù)不斷問世，在城市地下排水系統(tǒng)及邊坡?lián)鯄z測中發(fā)揮實(shí)效。而在實(shí)際的檢測工作中人們也更加清晰地認(rèn)識(shí)到單一的檢測技術(shù)無法滿足現(xiàn)實(shí)中綜合檢測作業(yè)要求。為加強(qiáng)排水系統(tǒng)和邊坡?lián)鯄z測力度，保證檢測實(shí)效，必須多種技術(shù)靈活選用、合理組合，特別是管中雷達(dá)、探地雷達(dá)檢測技術(shù)、邊坡雷達(dá)等多重組合、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化檢測技術(shù)價(jià)值的最大化發(fā)揮，才能帶來我國排水檢測的高質(zhì)與高效。