管道雷達機器人在地面坍塌隱患檢測中的應用

鄒 坤，周 標，董毓良

（合肥澤眾城市智能科技有限公司，安徽 合肥 230601）

隨著城市建設的不斷發(fā)展，地下空間的利用越來越廣泛，伴隨而來的與人類活動關系密切的“城市地面坍塌”發(fā)生率也越來越高。以深圳市為例，根據(jù)深圳市規(guī)劃和自然資源局統(tǒng)計的2019 年417 起地面坍塌事故，其中183 起是由于排水管道及暗渠化河道破損導致的，約占事故總數(shù)的44%。因此，排水管道周邊的地下空洞的探測對于地面坍塌的防治工作尤為重要。傳統(tǒng)的管道周邊地下空洞隱患檢測以探地雷達車檢測和管道內(nèi)窺檢測為主。探地雷達車檢測效率較高，但受到管道埋深及道路與管道重合度的限制，無法對埋深較深的管道及非路面管道進行檢測；而管道內(nèi)窺檢測，主要以排查排水管網(wǎng)的結構性、功能性缺陷為主，無法對管道周邊是否存在地下空洞進行判斷。

管道雷達機器人以一種新型的方式對地面坍塌隱患做全面排查，能夠?qū)崿F(xiàn)CCTV 檢測和雷達探測兩種技術的融合，具有高效、無損、分辨率高及無縫掃描等優(yōu)勢，在一次檢測作業(yè)的時候能夠同時獲取兩類地面坍塌隱患數(shù)據(jù)，能夠?qū)煌ǖ缆放c地下排水管線不統(tǒng)一，管道埋設過深等復雜情況無法檢測的問題有很好的解決，適用性更強。本文結合管道雷達機器人在地面坍塌隱患排查中的應用實例，說明了管道雷達機器人對埋深較深的排水管道地面坍塌隱患檢測具有良好的應用效果。

1 管道雷達機器人工作原理及特點

如圖1、圖2 所示，管道雷達機器人由地質(zhì)雷達、攝像頭、爬行器及燈光系統(tǒng)組成，檢測內(nèi)容主要包括管道頂部腐蝕厚度變化探測、管道周邊土體病害探測（空洞或松散等）、管道接頭破損滲漏探測以及管道內(nèi)窺攝像檢測等。檢測信息主要包含探地雷達數(shù)據(jù)采集、CCTV視頻采集、里程信息采集、姿態(tài)信息采集。其中探地雷達數(shù)據(jù)采集功能用于實時采集雷達數(shù)據(jù)；CCTV 視頻采集用于實時采集高清視頻影像；里程信息采集在測距系統(tǒng)基礎上用于實時采集管道探測機器人的里程信息；姿態(tài)信息采集用于實時采集管道機器人的三維姿態(tài)信息。通過以上四個功能之間的配合使用精確定位管線病害的位置信息。

圖1 管道雷達機器人示意圖

圖2 管道雷達機器人工作示意圖

2 應用實例

2.1 工程概況

據(jù)統(tǒng)計，2013 年8 月至2019 年，某區(qū)共發(fā)生228 起地面坍塌事故，其中2013 年11 起、2014 年28 起、2015年7 起、2016 年29 起、2017 年32 起、2018 年50 起、2019 年71 起。除2015 年地面坍塌事故數(shù)量明顯低于其他年份外，該區(qū)地面坍塌事故整體處于高發(fā)勢態(tài)，且事故數(shù)量逐年增多，2019 年地面坍塌事故相比上年增加了42%，創(chuàng)歷年新高，其中最主要的致塌原因是排水管道和暗渠化河道破損導致的（70.42%），地面坍塌防治工作形勢嚴峻。針對排水管網(wǎng)引發(fā)的地面坍塌隱患，本項目選擇歷史隱患較多區(qū)域的排水管網(wǎng)進行管道雷達機器人的試點檢測作業(yè)，探測雨水管道周邊地下土體病害分布情況及管道內(nèi)部結構性、功能性缺陷分布情況。本次作業(yè)區(qū)域排水管道總長115m，共分為6 個作業(yè)段，如圖3 所示，管道埋深在1.2～3m 之間，管徑為DN500～DN600 之間，管道材質(zhì)為混凝土管道。

圖3 檢測區(qū)域雨水管網(wǎng)示意圖

本次項目，在滿足檢測深度的基礎上兼顧目標體尺寸的精度要求，使用管道雷達機器人型號為GRP400-600 型，集成三大功能：（1）高清視屏采集功能，配置了工業(yè)級高清攝像頭有效像素約408 萬，鏡頭可光學變焦10.5 倍，實時采錄視頻影像資料管道內(nèi)情況；（2）天線姿態(tài)記錄，實時掌握天線在行進過程中每個里程的具體位置和偏轉(zhuǎn)角度；（3）配置三個雷達，1500MHz 天線對管道拱頂腐蝕情況進行探測，750MHz對管道兩側土體病害情況進行探測，檢測時天線盡可能貼近管道內(nèi)底面，頂部探測深度約為40cm，管道兩側探測深度約為1.2m。

2.2 探測結果分析

將管道雷達機器人采集的雷達數(shù)據(jù)、CCTV 視頻、里程信息和姿態(tài)信息進行處理解釋和分析，共發(fā)現(xiàn)雨水管道周邊土體病害11 處，其中脫空/空洞隱患1 處，嚴重疏松2 處，一般疏松8 處，具體病害詳細信息如圖4 所示。同時發(fā)現(xiàn)管道結構性缺陷共11 處，均為管道接口裂隙，其中6 處管道接口裂隙缺陷與雷達檢測出的異常區(qū)域基本吻合。

圖4 管線雷達探測病害圖

3 結束語

用管道雷達機器人進行地面坍塌隱患的排查檢測實例表明，管道雷達機器人用于埋深較深的城市排水管道周邊的地面坍塌隱患的探測具有良好表現(xiàn)，利用其高效、無損、分辨率高、無縫掃描等優(yōu)勢，成功實現(xiàn)一次作業(yè)獲取兩類地面坍塌隱患信息，在市政道路與排水管網(wǎng)不重合、管道埋深過深等無法檢測的問題上給予了很好的解決方案，適用范圍更廣，效率更高。