高坡

摘要：本文在傳統(tǒng)的排水管道閉路電視（CCTV）檢測(cè)技術(shù)流程的基礎(chǔ)之上，優(yōu)化數(shù)據(jù)的采集方式，在生成檢測(cè)報(bào)告的同時(shí)，增加了空間數(shù)據(jù)庫概念。地理信息技術(shù)可為CCTV檢測(cè)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(shè)中發(fā)揮更大的作用。文章還結(jié)合上海市臨港新片區(qū)、上海市閔行區(qū)排水管道檢測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行相關(guān)研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：CCTV檢測(cè)技術(shù)；地理信息技術(shù)；空間數(shù)據(jù)庫

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，排水管道的運(yùn)行維護(hù)以及檢測(cè)技術(shù)也在不斷發(fā)展，出現(xiàn)了眾多先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)方法。在檢測(cè)方面，采用視頻檢測(cè)、聲納檢測(cè)等。在清淤疏通方面，國(guó)外已形成較完善的排水管道養(yǎng)護(hù)體系。國(guó)內(nèi)很多城市已認(rèn)識(shí)到排水管道檢測(cè)的重要性，引入了先進(jìn)的設(shè)備和方法，逐步建立相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及制度，相關(guān)檢測(cè)技術(shù)也在快速發(fā)展。

一、現(xiàn)有排水管道檢測(cè)方法介紹

上海市常用的排水管道檢測(cè)技術(shù)主要有CCTV檢測(cè)、QV檢測(cè)和聲納檢測(cè)等。其中，CCTV檢測(cè)是被采用最多的檢測(cè)方式。CCTV檢測(cè)即排水管道閉路電視檢測(cè)，與傳統(tǒng)的排水管道檢測(cè)技術(shù)相比，具有安全性高、圖像清晰直觀、圖像可存儲(chǔ)并可反復(fù)查看等優(yōu)點(diǎn)。QV檢測(cè)是通過錄像的方式拍攝管道內(nèi)部的沉積、管道破損以及滲漏等狀態(tài)，能在長(zhǎng)距離看清并記錄管道內(nèi)部的各種情況，存儲(chǔ)視頻，然后通過專業(yè)人員分析這些資料，為管道的維護(hù)和修復(fù)提供經(jīng)濟(jì)有效的檢測(cè)方法。聲納檢測(cè)是一種通過聲波反射原理分析管道淤泥情況的檢測(cè)技術(shù)，可以辨識(shí)管道中的沉積物、凝結(jié)物，發(fā)現(xiàn)管道的變形、破裂等問題，適用于不宜進(jìn)行CCTV檢測(cè)的、水位充滿度較高的污水管道。

本文主要研究CCTV檢測(cè)方式。在進(jìn)行CCTV檢測(cè)前，要收集該檢測(cè)區(qū)域的管道平面圖、管道竣工圖等技術(shù)資料，同時(shí)收集已有的檢測(cè)資料。在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察時(shí)，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(shí)核對(duì)資料中的管位、管徑、材質(zhì)。確定檢測(cè)技術(shù)方案，明確檢測(cè)的目的、范圍和期限，針對(duì)已有資料認(rèn)真分析確定檢測(cè)技術(shù)方案，包括管道如何封堵、管道清洗的方法、對(duì)已存在的問題如何解決以及制定安全措施等。檢測(cè)時(shí)，在檢測(cè)機(jī)器上安裝攝像機(jī)，機(jī)器小車在管道內(nèi)部爬行進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)對(duì)檢測(cè)情況進(jìn)行攝像存儲(chǔ)。當(dāng)檢測(cè)完成后，由專業(yè)技術(shù)人員總結(jié)數(shù)據(jù)，出具檢測(cè)報(bào)告，提交評(píng)估報(bào)告。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)排水管網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)中主要是使用被動(dòng)響應(yīng)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(huì)變得難以開展。美國(guó)環(huán)保局（EPA）研究發(fā)現(xiàn)，如果對(duì)官網(wǎng)進(jìn)行不定期的運(yùn)行維護(hù)，可能導(dǎo)致官網(wǎng)的惡化速度加快，與定期維護(hù)官網(wǎng)相比，產(chǎn)生的更換以及應(yīng)急響應(yīng)成本也往往更高。所以要強(qiáng)化對(duì)排水管網(wǎng)的運(yùn)維管理，對(duì)CCTV檢測(cè)工作進(jìn)行科學(xué)合理的臺(tái)賬管理，從被動(dòng)響應(yīng)變?yōu)橹鲃?dòng)響應(yīng)，延長(zhǎng)管線設(shè)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(cè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化研究

為了實(shí)現(xiàn)隱患點(diǎn)的空間信息化，本文結(jié)合地理信息技術(shù)，在新增檢測(cè)數(shù)據(jù)錄入、存量檢測(cè)數(shù)據(jù)整理兩方面對(duì)CCTV檢測(cè)流程進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化采集設(shè)計(jì)，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(cè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化采集機(jī)制

為了規(guī)范新開工的CCTV檢測(cè)項(xiàng)目，從項(xiàng)目的源頭把控，建立新增檢測(cè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化采集機(jī)制，將整個(gè)采集流程分為管段數(shù)據(jù)庫建設(shè)、管段視頻數(shù)據(jù)采集、CCTV檢測(cè)數(shù)據(jù)庫生成和報(bào)告輸出四個(gè)方面。

管段數(shù)據(jù)庫作為整個(gè)項(xiàng)目的基礎(chǔ)庫，管段數(shù)據(jù)庫的建設(shè)為項(xiàng)目CCTV檢測(cè)成果數(shù)據(jù)的自動(dòng)生成提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支撐。考慮到數(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(chǔ)倉(cāng)庫。它是一種簡(jiǎn)單易用的小型數(shù)據(jù)庫，適合工程類的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，主要采集排水管段的編號(hào)、所在道路、臨近道路、管種、管徑、材質(zhì)等基礎(chǔ)信息，同時(shí)預(yù)留坐標(biāo)字段，使用便攜式RTK設(shè)備，連接上海市測(cè)繪院SHCORS網(wǎng)，精確采集井點(diǎn)坐標(biāo)。

在管段視頻數(shù)據(jù)采集階段，按照傳統(tǒng)的CCTV檢測(cè)方式，使用檢測(cè)機(jī)器人對(duì)管道內(nèi)錄像拍攝。每?jī)蓚€(gè)排水井之間會(huì)進(jìn)行一次完整的拍攝，形成一段視頻資料。不同廠家生產(chǎn)的檢測(cè)機(jī)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(yīng)用的需求，使用視頻格式轉(zhuǎn)換工具，統(tǒng)一視頻格式為MP4格式。同時(shí)，對(duì)于剛采集到的視頻數(shù)據(jù)，一般以年月日時(shí)分秒的形式命名。為了便于后續(xù)更好的應(yīng)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(nèi)研發(fā)的CCTV地理信息化平臺(tái)軟件。基于采集、整理好的管段數(shù)據(jù)庫和視頻資料，實(shí)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(dòng)建立匹配?？砂凑展芏雾樞虿榭匆曨l資料，雙擊列表中的一條管段，系統(tǒng)自動(dòng)播放相應(yīng)視頻文件，并同步顯示管段基礎(chǔ)信息。技術(shù)人員可以通過管段信息和視頻信息進(jìn)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(shí)，填入隱患類別、隱患等級(jí)、相對(duì)距離、環(huán)向和長(zhǎng)度等信息。判讀完成后，系統(tǒng)內(nèi)嵌算法，根據(jù)起點(diǎn)坐標(biāo)、終點(diǎn)坐標(biāo)，隱患點(diǎn)相對(duì)距離，利用三角函數(shù)自動(dòng)計(jì)算隱患點(diǎn)空間坐標(biāo)，并保存圖片資料，將圖片相對(duì)路徑存入隱患點(diǎn)記錄中。

按照順序分析每段管段，直到對(duì)整條管線完成內(nèi)業(yè)處理。此時(shí)，每個(gè)隱患點(diǎn)都具有隱患類型、級(jí)別、坐標(biāo)、時(shí)鐘方向等信息。當(dāng)基礎(chǔ)隱患點(diǎn)數(shù)據(jù)完成采集后，要判斷每條管線的修復(fù)等級(jí)或養(yǎng)護(hù)等級(jí)，以此指導(dǎo)后續(xù)排水管線的維護(hù)任務(wù)制定。結(jié)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(zhì)影響參數(shù)，為不同參數(shù)因子賦予不同的權(quán)重，根據(jù)權(quán)重，自動(dòng)計(jì)算管段修復(fù)指數(shù)和養(yǎng)護(hù)指數(shù)，以此計(jì)算出完整的數(shù)據(jù)成果?；谄脚_(tái)開發(fā)的導(dǎo)出功能，將最終的隱患數(shù)據(jù)庫及提交給業(yè)主的報(bào)告導(dǎo)出，報(bào)告可以直接供管理單位查閱，數(shù)據(jù)庫可導(dǎo)入排水管網(wǎng)信息平臺(tái)中。完整的業(yè)務(wù)流程如圖1所示。

（二）存量檢測(cè)數(shù)據(jù)規(guī)范化整理

上海市每年都會(huì)分批次檢測(cè)排水管段，因此積累了大量的CCTV檢測(cè)報(bào)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(cè)數(shù)據(jù)那樣形成隱患數(shù)據(jù)庫，建立與管線的空間關(guān)聯(lián)，需要規(guī)范化整理存量檢測(cè)數(shù)據(jù)，分析不同區(qū)域、不同年份的報(bào)告，可以得到以下流程：

第一，根據(jù)報(bào)告中的路名信息，明確報(bào)告中的檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的空間范圍，劃定檢測(cè)區(qū)域范圍線，申請(qǐng)?jiān)搮^(qū)域內(nèi)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(cè)數(shù)據(jù)中的管段數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)則化整理后，導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中，建立空間數(shù)據(jù)庫關(guān)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(diǎn)號(hào)、管徑、長(zhǎng)度等信息標(biāo)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(cè)繪院調(diào)取相應(yīng)范圍的地理底圖服務(wù)，并將管線圖疊加到地理底圖服務(wù)中，得到參考依據(jù)，根據(jù)管線走向、所在道路和管徑，結(jié)合檢測(cè)報(bào)告中的隱患管段列表以及管線示意圖，分析定位報(bào)告中的檢測(cè)管道對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫中具體的數(shù)據(jù)。

第四，在圖上標(biāo)識(shí)確認(rèn)好的管線，當(dāng)報(bào)告中所有的管段完成標(biāo)記后，保存標(biāo)記好的管段，刪除其他管段，以此具備報(bào)告文件對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)管段數(shù)據(jù)庫。

第五，針對(duì)每個(gè)報(bào)告對(duì)應(yīng)的視頻資料，考慮不同作業(yè)隊(duì)伍用到的儀器設(shè)備不同，保存的視頻格式、碼率都有所不同，使用視頻格式轉(zhuǎn)換工具將視頻統(tǒng)一轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)的管線數(shù)據(jù)庫和標(biāo)準(zhǔn)的視頻文件。按照新增檢測(cè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化采集方式，處理存量數(shù)據(jù)，并可得到標(biāo)準(zhǔn)化的CCTV檢測(cè)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(diǎn)研究?jī)?nèi)容

（一）CCTV檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)流程梳理

標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)。本文主要在原有CCTV檢測(cè)流程基礎(chǔ)之上，引入地理信息空間化概念，最終在生成傳統(tǒng)檢測(cè)報(bào)告的同時(shí)，輸出檢測(cè)隱患點(diǎn)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(jìn)行無縫對(duì)接，進(jìn)而為智慧城市建設(shè)提供數(shù)據(jù)支撐。

（二）CCTV地理信息化平臺(tái)的研發(fā)

建立好標(biāo)準(zhǔn)采集流程后，為了使標(biāo)準(zhǔn)采集流程能規(guī)范化運(yùn)行，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)和地理信息技術(shù)，開發(fā)CCTV地理信息化平臺(tái)。用程序約束人為的操作，避免因粗心、業(yè)務(wù)不熟練等導(dǎo)致低級(jí)錯(cuò)誤。同時(shí)，內(nèi)嵌空間三角函數(shù)算法，根據(jù)起點(diǎn)坐標(biāo)、終點(diǎn)坐標(biāo)、相對(duì)距離，自動(dòng)計(jì)算隱患點(diǎn)的真實(shí)坐標(biāo)，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(tái)中集成管線評(píng)估算法，完成所有的數(shù)據(jù)采集后，根據(jù)管段隱患點(diǎn)，自動(dòng)關(guān)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(zhì)影響參數(shù)，同時(shí)將各參數(shù)加權(quán)計(jì)算管線修復(fù)等級(jí)或養(yǎng)護(hù)等級(jí)。算法的集成，不僅可以節(jié)約人工計(jì)算成本，還能提高工作效率。

管段修復(fù)指數(shù)計(jì)算公式：

RI=0.7×F+0.1×K+0.05×E+0.15×T ? （1）

F—隱患點(diǎn)結(jié)構(gòu)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(zhì)影響參數(shù)。

管道養(yǎng)護(hù)指數(shù)計(jì)算公式：

MI=0.8×G+0.15×K+0.05×E （2）

G—隱患點(diǎn)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(cè)數(shù)據(jù)成果應(yīng)用

排水管道CCTV檢測(cè)數(shù)據(jù)成果分為成果報(bào)告和隱患數(shù)據(jù)庫兩部分內(nèi)容，其中成果報(bào)告主要是Word文件，文檔中總結(jié)任務(wù)的管線位置、長(zhǎng)度、采用的儀器、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、隱患點(diǎn)等級(jí)、類型以及照片等信息，并給出具體修復(fù)建議和養(yǎng)護(hù)建議。根據(jù)報(bào)告，主管部門能清楚本次檢測(cè)任務(wù)的結(jié)論性成果。而隱患數(shù)據(jù)庫是本文新增加的內(nèi)容，通過隱患數(shù)據(jù)庫，使檢測(cè)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(wù)智慧排水、智慧城市等應(yīng)用場(chǎng)景。

自主研發(fā)的CCTV地理信息化平臺(tái)可提供給行業(yè)內(nèi)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(jí)錯(cuò)誤的產(chǎn)生，達(dá)到提質(zhì)增效的作用，促進(jìn)行業(yè)技術(shù)發(fā)展。該方法已在上海部分排水管道檢測(cè)項(xiàng)目中應(yīng)用，也取得了很好的效果。

五、結(jié)語

綜上所述，通過建立新的基于空間信息排水管道檢測(cè)數(shù)據(jù)采集流程，將地理信息技術(shù)應(yīng)用到CCTV檢測(cè)領(lǐng)域，可以促使檢測(cè)結(jié)果具有空間屬性，提高數(shù)據(jù)的可用性，同時(shí)為排水管線管理部門和排水管線權(quán)屬單位進(jìn)行業(yè)務(wù)分析提供數(shù)據(jù)支撐。

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