CCTV檢測與評估技術在水庫排水涵管檢測中的應用

馮成會，鄭洪標

(武漢中儀物聯技術有限公司，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進行地下排水管道檢測的方法。

國家住房和城鄉(xiāng)建設部于2012年07月19日發(fā)布了《城鎮(zhèn)排水管道檢測與評估技術規(guī)程》(CJJ 181—2012)，對管道CCTV檢測設備的功能和性能指標、檢測作業(yè)步驟和方法、現場數據的采集記錄、視頻資料的判讀處理、管道結構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。

本文結合CCTV檢測技術與城鎮(zhèn)排水管道檢測與評估技術規(guī)程，從檢測方法、數據記錄、判讀評估和成果輸出等方面介紹了管道CCTV機器人在水庫排水涵管檢測與評估中的應用。

二、管道CCTV檢測方法

管道CCTV檢測設備即管道CCTV機器人，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、電纜線等管內作業(yè)部件為IP68防水標準。

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、后退、轉向、停止、速度調節(jié)，鏡頭座的抬升、下降、燈光調節(jié)，鏡頭的水平或垂直旋轉、調焦、變倍等、前后視切換等。在檢測過程中，主控制器可實時顯示、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構，以便在檢測過程中更加準確、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，在進行CCTV檢測前，需對被檢測管道進行封堵、吸污、清洗、疏通、導流等輔助性工作，使得管道內部無阻礙爬行器前進的障礙物，無影響成像質量的大量水霧或氣體，管道內壁無污物遮蔽且管內水位不超過管道直徑的20%。

在檢測過程中應將爬行器的行進速度控制在0.15 m/s以內，并調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。當發(fā)現缺陷時，應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。當爬行器經過管道接頭時應停止前進，旋轉攝像頭至側視角度并調節(jié)好焦距，順時針360°勻速掃視接縫(至少10 s/圈)。

檢測作業(yè)現場，應采用表格記錄被檢測管道的屬性信息及檢測過程中發(fā)現的缺陷和特殊結構，并應注明對應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)現場錄制的檢測視頻文件，還應結合現場紀錄的相關檢測信息、依照相關評估標準進行評估判讀、輸出檢測報告。

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

在《建標》中，管道缺陷被按性質劃分為10個結構性缺陷(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、結垢、樹根、障礙物)，并定義了缺陷對應的分值。

套用建標中定義的計算公式，按缺陷性質分別統計缺陷數量、長度、分值，并計算出結構性缺陷平均分值S、結構性缺陷最大分值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構性缺陷參數F，并根據管段結構性缺陷等級評定對照表來確定結構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G，并根據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行狀況說明。

套用公式計算結構性缺陷密度SM、功能性缺陷密度YM，分別根據管段結構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K值表、管道重要性參數E值表、土質影響參數T值表中定義的參數值，并根據管段修復等級劃分表來確定修復等級和修復建議及說明;套用公式 RI=0.7F+0.1K+0.05E+0.15T算得管段修復指數 RI，套用公式 MI=0.8G+0.15K+0.05E算得管段養(yǎng)護指數 MI，并根據管段養(yǎng)護等級劃分表來確定養(yǎng)護等級和養(yǎng)護建議及說明。

由于人工進行缺陷評估判讀和報告編制工作的計算復雜、過程繁瑣、工作量大且容易出錯，為了提高效率和準確性，各評估標準均提倡使用計算機軟件來進行管道缺陷評估判讀和報告輸出工作，推薦使用PipeSight管道檢測視頻判讀報告軟件，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)護與修復指數計算、電子地圖生成預覽、檢測報告及ShapeFile文件生成輸出，其內置了國內現有的4套評估標準。

將檢測視頻文件導入到軟件中進行播放，編輯視頻文件對應的檢測信息(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。軟件會根據所設置的管道直徑、所處位置和土質類別來自動判定其管道重要性參數值、地區(qū)重要性參數值和土質影響系數值，并根據所判定的缺陷分類、級別、縱向長度、縱向距離來自動判定缺陷性質和缺陷分值。

根據所選擇的評估標準，軟件自動套用評估公式計算出結構性缺陷密度、功能性缺陷額度及養(yǎng)護指數、修復指數，并生成圖文并茂的檢測報告(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、結構性缺陷統計表、功能性缺陷統計表、缺陷匯總統計圖、缺陷狀況評估表、養(yǎng)護與修復建議、缺陷詳細圖表等內容)。

此外，軟件還提供電子地圖查閱功能，可在電子地圖中標注出檢測作業(yè)點的位置，查看作業(yè)點對應的檢測數據、判讀信息、缺陷圖片和檢測視頻;將缺陷分布地圖導出為網頁格式，可在未安裝軟件的計算機上使用網頁瀏覽器打開，便于數據上報、分閱;還能為GIS平臺輸出ShapeFile格式的接口數據，導入GIS平臺后將以新建點狀圖層的方式來展現檢測、評估結果。

四、管道CCTV機器人在水庫排水涵管檢測中的應用案例

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機器人對大冶市上多個小I型水庫的排水涵管進行了檢查(如圖2所示)，此次檢查的目的是對前期完成的排水涵管內襯鋼管工程成果進行驗收。主要檢測作業(yè)步驟如下:

圖2 水庫排水涵管CCTV檢測現場照片

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

2)安裝調試設備:現場準備好220 V發(fā)電機供電;將CCTV機器人組裝完畢后，在地面上開機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時需要補壓);通過主控制器進行各項操作，檢查其功能是否正常;完成安裝調試后，將爬行器從出水口送入排水涵管的管口位置。

3)清零距離計數: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)調節(jié)照明燈光:在主控制器上觀察屏幕顯示的管道內部影像，通過控制面板上的“燈光控制”旋鈕調節(jié)爬行器的照明燈光至適合亮度。

5)調節(jié)視線高度:在主控制器上觀察屏幕顯示的管道內部影像，通過控制面板上的“鏡頭升降架控制”按鈕調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位置)。

6)開始數據采集:將視頻記錄儀(MP5)連接至主控制器接口面板上的AV OUT接口，開機預覽視頻圖像正常后選擇進入錄像模式開始錄像。采用1根USB轉RS232數據線將主控器與計算機連接，在計算機上運行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擊開始采集按鈕，軟件將實時自動采集、存儲爬行器的傾角和方位角數據，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告。

7)爬行器前進:在主控制器控制面板上將“速度控制”旋鈕調至最低檔位，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”指示燈會亮起，此時緩慢調節(jié)“速度控制”旋鈕，使爬行器低速(速度控制在0.15 m/s以內)前進，如遇管道轉彎，可通過方向控制四向操縱桿控制爬行器左轉、右轉，在爬行器前進期間應確保電纜線保持自然緊繃狀態(tài)。

8)側向環(huán)視攝影:由于此次檢測的目的是驗收排水涵管內襯的鋼管，需重點對接口焊縫進行檢查。當爬行器經過管道接頭時應停止前進，旋轉攝像頭至側視角度并調節(jié)好焦距;從12點鐘方向起順時針360°勻速旋轉掃視接縫，完成整圈接縫掃視的時間不應少于10 s，當發(fā)現缺陷時停止鏡頭旋轉，對缺陷處保持靜止10 s攝像后再繼續(xù);完成一圈掃視后，點擊控制面板上的“一鍵回正”按鈕，將攝像頭姿態(tài)調整為正向攝影后繼續(xù)前進。

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

10)停止數據采集:待爬行器到達排水涵管末端時，將“速度控制”旋鈕調至最低檔位停止前進，在計算機上停止PipelineTracer軟件的數據采集，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告輸出:導入檢測視頻文件至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，設置地區(qū)重要性參數K值為最大值)后進行判讀處理，由軟件自動生成和輸出檢測評估報告、缺陷分布地圖、ShapeFile數據;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個已完成鋼管內襯，管道狀況良好，焊縫完好;1個水庫未按要求完成鋼管內襯，且管道缺陷非常嚴重，其檢測評估報告節(jié)選內容見表1。

表1 管道檢測評估報告節(jié)選內容

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告

五、結論與建議

實踐證明，現有的CCTV檢測技術和相關設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規(guī)程》(CJJ 181—2012)，可準確地對排水涵管缺陷進行評估分析、計算養(yǎng)護與修復，并得到養(yǎng)護與修復建議。采用符合評估技術規(guī)程要求的管道檢測視頻判讀報告軟件，可對檢測視頻進行快速判讀，自動化生成符合規(guī)程要求的管道缺陷評估報告，使得檢測成果的輸出更加快速、便捷、準確、高效、規(guī)范、翔實。

在建議水利檢測行業(yè)采用CCTV技術進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規(guī)程》(CJJ 181—2012)編制和發(fā)布專用于水庫水利設施輸水、排水、分流、泄洪等管(涵)道檢測與評估的技術規(guī)程，使得行業(yè)內的CCTV檢測有據可依、有技可施。

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