CCTV管道检测机器人——3D影像系统在排水溯源的实践

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2020-03-09
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澎湃新闻

近日,住建部、工信部、国家广播电视总局、国家能源局等四部委联合发布关于进一步加强城市地下管线建设管理有关工作的通知。通知表示,各地有关部门要把集约、共享、安全等理念贯穿于地下管线建设管理全过程,创新建设管理方式,推动地下管线高质量发展。


城市地下排水管网作为地下管线的重要组成部分,伴随城市的发展而发展,历史悠久。飞速发展的现代化城市中,生活污水、工业废水对自然水生态、土壤生态的污染越来越严重,为了使城市污水对生态环境的影响控制在一定的环境容量限度内,就要求对已有污水排放现状进行充分的了解、分析和研究,其中对污水源的溯源调查是摸清排水现状重要的基础性工作。


由于污水溯源调查工作环境的客观特殊性,常规开井调查方法并非处处适用,需要采取特殊新技术解决,其中CCTV管道检测机器人3D影像系统应用于排水管网溯源调查中,能够解决常规方法所不能解决的难题。我们对目前实际工作中对排水溯源的技术难点和高新技术“CCTV管道检测机器人3D影像系统”在排水溯源的实际应用进行探索,希望为正在做类似排水溯源工作的同行提供启迪意义或借鉴。


排水系统伴随城市化发展变得纷繁复杂


我国自1978年十一届三中全会以来,改革开放已走过四十多年的历程,城市规划建设可以说发生了翻天覆地的变化,之前的原始地貌经过多年工程建设已经演变成了路网密布、高楼林立、人口密集的城市建成区。如图1的某地段建设前的原始地形地貌Google卫星影像,图2为该地段规划建设后的Google卫星影像,从二者对比可以发现,近年来的高速度工程建设,彻底改变了曾经的地形地貌,直接影响了人们的衣食住行。随之而来的就是基础配套设施的建设,其中排水管网系统就成为了城市建设的重要组成部分,更是不可或缺。


CCTV管道检测机器人——3D影像系统在排水溯源的实践

▲图1:某地段建设前的Google卫星影像


CCTV管道检测机器人——3D影像系统在排水溯源的实践

▲图2:该地段建设后的Google卫星影像


排水系统分为不同的层级结构体系,每一层级相互联系、相互衔接,随着城市进程的不断发展,最终形成流域性、网络性、等级性、层级性及错综复杂的庞大城市排水结构体系系统。从污水源头分类,大的方面有城市生活排水源和城市工业排水源两大类。生活排水源包括数量庞大的居住区居民污水源、社会公共建筑污水源、服务产业污水源等类型。主城区人口将近1000万的特大城市重庆,排水源头数量庞大,分支细密,网络体系复杂。图3为重庆某流域局部排水管线网络,可见其复杂程度。


CCTV管道检测机器人——3D影像系统在排水溯源的实践

▲图3:某流域局部排水管线网络


在原始地貌上建设的排水管线因城市建设进程中的各种原因,部分检修井已被掩埋,有的埋深多达几十米,形成深埋老旧排水管线。排水管线内部污浊堆积,空气稀薄含氧量低,臭味极大,对工作人员人身健康和生命安全有威胁。有的管线管径较小,无法采用常规的开井调查追溯源头,给排水探测工作带来极大困难。这就要求采用一些非常规手段进行溯源调查。在这样的背景下,工作人员利用“CCTV管道检测机器人3D影像系统”对排水管进行溯源调查,能够解决实际难题,取得较好的效果。


3D影像系统“诊断”排水管线


CCTV管道检测机器人具有体积小、灵活性强、操作方便的特点,可对排水管道进行3D摄像检测和诊断。它由爬行机器人和便携式计算机控制系统两大部分组成。机器人系统和控制系统之间采用传输电缆进行联接,电缆最大长度最长可达100~300米。爬行机器人由爬行器、机座、车体及机头(机头集成高清防水摄像镜头和强力照明光源)、电缆、收线车、电源机架部分组成。机架部分采用螺旋进动的推进装置,装载韧性强、强度高、可弯曲的半刚性玻璃纤维线缆,能灵活准确地调节,推进前端探头顺利调查。爬行器可作360度旋转,遇到弯曲会自动转向,可穿过90度拐点弯头管道。高清防水摄像镜头能提供高清视频影像和照片,可实时传输到控制器,在显示器上显示,反映管道内部详细情况。计算机控制系统由显示器、CPU、鼠标、键盘、硬盘等组成。CCTV机器人系统携带有大容量可充锂电池、大屏幕液晶显示屏、记录存储系统,可通过视频对溯源调查的结果进行实时观看、记录和保存。


最终应用:形成最终排水溯源管线图


图4是地下小管径污水管线调查的实例,在工作人员无条件进入的情况下采用CCTV机器人进行内窥探索,搭载的高清防水摄像镜头可传回管道内部的实时影像,能够掌握管道内部污水流向、水质、水量情况和管道裂缝、塌陷、堵点、变形等灾害情况,从而达到排水溯源调查的目的。


CCTV管道检测机器人——3D影像系统在排水溯源的实践

▲图4:CCTV机器人内窥探索


通过管道内窥调查情况的分析,并搜集历年来该流域规划建设前的原始地形图资料进行一一比对,再经过数据采集、处理、编绘等工作后叠加现状地形图,最终形成准确、详实的排水溯源管线图。如图5为叠加原始地形图的排水管线情况,与原始地形上的排水洞口一致,说明溯源无误。图6为叠加现状建成区地形图的排水管线图。


CCTV管道检测机器人——3D影像系统在排水溯源的实践

▲图5:叠加原始地貌的排水溯源成果


CCTV管道检测机器人——3D影像系统在排水溯源的实践

▲图6:叠加现状地形的排水溯源成果


相对于常规普通地下排水管线调查测绘而言,当前非常规溯源新技术应用现状是实际操作成本普遍较高,所需工作人员较多,存在较复杂的准备工作,工作效率相对较低。CCTV管道检测机器人3D影像系统目前主要应用于无法进入管道内部或进入调查存在较大安全隐患的重、大、难工程项目。诸如排水管涵线路长、管内含氧量低、埋设深、管内淤积严重、存在有毒有害气体、空气质量差、断面尺寸小、作业面狭小等常规方式无法溯源的情况。


由于在管道内存有有毒有害气体及空气含氧量低而需配备专业防护装备,工作人员经过专门培训合格后方可进入。在上述特殊情况下,采用CCTV管道检测机器人3D影像系统新技术,基本能够满足工程项目的需要,获得较准确的诊断调查结果,从而为排水管线成功溯源。



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