隨著社會的日益發(fā)展，中國城鎮(zhèn)化程度越來越高，城市市政管網(wǎng)的規(guī)模也越來越大。這些管網(wǎng)里既有已經(jīng)工作了五六十年的老舊管網(wǎng)，也有即將投入使用的新建管網(wǎng)。它們規(guī)模龐大，老化程度參差不齊，建設(shè)質(zhì)量和維護(hù)保養(yǎng)的質(zhì)量也不盡相同，導(dǎo)致我們不能簡單地評估管道的實際狀態(tài)。市政管網(wǎng)就像一座城市的排泄系統(tǒng)，管道擁堵或滲漏等缺陷，將會造成諸如土體地下水污染、城市內(nèi)澇、地表下沉等傷害，對城市的運營發(fā)展、人們的生命財產(chǎn)安全、生活出行等造成不小的影響。

城市地下管網(wǎng)由于內(nèi)部空間和內(nèi)部環(huán)境條件等各種因素，不便于直接進(jìn)行人工檢測。管道爆炸或工人下井后中毒死亡事件頻有發(fā)生，這些事故都警示我們，人工進(jìn)行管道檢測具有不可預(yù)測的危險性。為了避免類似悲劇發(fā)生，可協(xié)助和代替人類進(jìn)行排水管道檢測、養(yǎng)護(hù)、修護(hù)的機(jī)器人成為發(fā)展趨勢。

01

城市地下管道的特點

1. 空間的局限性

地下管道埋設(shè)于地面以下，由豎井與地面相通，除了大直徑的主管道以外，大多數(shù)尺寸較小，不利于人員直接下井進(jìn)入管道進(jìn)行相關(guān)作業(yè)；

2. 管內(nèi)有水

地下管道往往建成之后即通水運行，常年維持有水的狀態(tài)；

3. 存在有害氣體

對于污水管道，由于管道內(nèi)部物質(zhì)成分復(fù)雜，環(huán)境潮濕，多數(shù)會充斥著易燃易爆的有毒氣體；

4. 無可見光

 管道深埋地下，光線難以射入，故下水管道內(nèi)部基本無可見光；

5. 無線信號難以長距離傳輸

鑒于無線電信號的衰減規(guī)律，在狹小的管道內(nèi)部，常規(guī)功率的無線信號難以做到有效穩(wěn)定地長距離傳輸。

下面將從檢測技術(shù)入手，以服務(wù)于排水管道的正常運行為目的來引入和介紹排水管道檢測機(jī)器人，同時找出現(xiàn)有狀況的不足，對未來的發(fā)展提出更高的要求。

02

排水管道檢測

鑒于城市排水管道可能出現(xiàn)的種種問題，在西方發(fā)達(dá)國家，對城市地下水排水管道的檢測和普查平均5年進(jìn)行一次。國內(nèi)各大城市逐步認(rèn)識到排水管道檢測的重要性，引進(jìn)了內(nèi)窺檢測設(shè)備和技術(shù)，已開始對管道進(jìn)行系統(tǒng)的普查和檢測。

>>  排水管道檢測作用

通過排水管道的檢測可以查找排水系統(tǒng)隱藏或被覆蓋的檢修井或去向不明管段；查找和確定非法排放污水的源頭及接駁口；可直接對排放污水與需要處理污水的合流情況進(jìn)行檢測；對管路淤積、排水不暢等原因進(jìn)行調(diào)查；對管道的腐蝕、破損、接口錯位、淤積、污水泄漏污染等進(jìn)行檢測；同時還能處理新建排水系統(tǒng)的竣工驗收和排水系統(tǒng)改造或疏通的竣工驗收等等。

>>  排水管道檢測缺陷分類

排水管道檢測缺陷可以分為兩類，一類是結(jié)構(gòu)性缺陷，包括破裂、變形、腐蝕、錯口、起伏、脫節(jié)、接口材料脫落、支管暗接、異物入侵、滲漏等10種；

一類是功能性缺陷，包括沉積、結(jié)垢、障礙物、樹根、殘墻壩根、壩頭和浮渣等6種。通常我們通過時鐘表示法來表述管道的缺陷環(huán)繞位置。

>>  排水管道檢測技術(shù)分類

根據(jù)現(xiàn)代檢測技術(shù)的工作原理和采用的檢測設(shè)備，排水管道檢測技術(shù)可分為管道外檢測技術(shù)和管道內(nèi)窺檢測技術(shù)，這些技術(shù)能通過模塊化結(jié)構(gòu)安置于排水管道機(jī)器人上。

管道外檢測技術(shù)

包括如下幾種方法：

1. 紅外溫度記錄儀法，其原理是利用排水管道滲漏點與周邊土壤形成的溫度差，使用紅外溫度儀進(jìn)行測量和記錄， 測定溫度變化并產(chǎn)生自動溫度圖像。此方法可探測管壁表面和周圍土壤層中的空隙和滲漏情況，但不能查明孔隙尺寸。紅外溫度記錄儀法可用于定位管道泄漏點和腐蝕出現(xiàn)的孔洞。然而整個技術(shù)依賴于單一的傳感器，而且在解釋紅外圖像上對技術(shù)人員的經(jīng)驗要求至關(guān)重要；

2. 探地雷達(dá)法，此法用于測量土壤層的孔洞深度和尺寸，混凝土管的層理和飽和水滲出的范圍，以及管道下的基礎(chǔ)。但輸出圖像復(fù)雜，需要經(jīng)驗豐富的人進(jìn)行判斷；

3. 撞擊回聲法，常用于檢測大口徑的排空混凝土管和磚砌管道；

4. 表面波光譜分析法，可以區(qū)分管壁和周圍土壤引起的問題，同時可以檢測管壁和土壤情況。主要用于檢測大口徑的管道。

管道內(nèi)窺檢測技術(shù)及CCTV機(jī)器人的應(yīng)用

>>  管道CCTV檢測

它是采用閉路電視采集圖像，通過有線傳輸方式，進(jìn)行影像顯示和記錄的集成系統(tǒng)，主要由主控制器、繞線車，攝像爬行器三個部分構(gòu)成，多用于管徑200～2000mm的排水管道。檢測人員通過手柄操控爬行器在管道內(nèi)的行進(jìn)速度和方向，控制攝像頭的旋轉(zhuǎn)、變焦及燈光照明等，并將管道內(nèi)部的高清影像信號通過線纜傳輸?shù)街骺厣?，檢測人員可實時地監(jiān)測管道內(nèi)部狀況，同時將原始圖像記錄存儲下來，當(dāng)完成管道內(nèi)窺檢測工作后，根據(jù)檢測的錄像資料進(jìn)行管道缺陷的分析和抓圖，并對資料進(jìn)行處理，編寫檢測報告，對管道修復(fù)工作提出建議。該項檢測為目前管道檢測行業(yè)里面應(yīng)用最廣泛的項目，數(shù)據(jù)客觀可靠，檢測手段成熟，效率較高。

>>  管道聲納檢測

它采用聲波反射技術(shù)對管道內(nèi)的水下物體進(jìn)行探測和定位，能夠提供準(zhǔn)確的量化數(shù)據(jù)，從而檢測和鑒定管道的破損情況。主要利用管道成像聲納檢測儀以水為介質(zhì)對管道內(nèi)壁進(jìn)行掃描，聲納系統(tǒng)包括發(fā)射探頭、電纜繞線車和主控三個部分。這種方法無需排水就可以對管道輪廓成像，但只能檢測液面以下的管道狀況，不能檢測管道一般的結(jié)構(gòu)性問題。

>>  潛望鏡

潛望鏡為便攜式視頻檢測系統(tǒng)，該檢測系統(tǒng)所運用的鏡頭具備高變焦倍數(shù)和高效的照明燈光系統(tǒng)，操作人員將鏡頭安裝在可伸縮連接桿上，然后將鏡頭下放至管口位置，通過控制器來調(diào)節(jié)攝像頭和照明以獲取清晰的錄像或圖像。該設(shè)備對窨井、靠近窨井的管道檢測十分有效，常應(yīng)用于管徑150mm～2000mm的排水管道。潛望鏡因檢測便捷，多用于管道的普查，但因其無法進(jìn)入管道，所以對管道內(nèi)部缺陷的檢測，還是管道CCTV檢測機(jī)器人更具可行性。