管道雷达机器人在地面坍塌隐患检测中的应用

邹 坤，周 标，董毓良

（合肥泽众城市智能科技有限公司，安徽 合肥 230601）

随着城市建设的不断发展，地下空间的利用越来越广泛，伴随而来的与人类活动关系密切的“城市地面坍塌”发生率也越来越高。以深圳市为例，根据深圳市规划和自然资源局统计的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损导致的，约占事故总数的44%。因此，排水管道周边的地下空洞的探测对于地面坍塌的防治工作尤为重要。传统的管道周边地下空洞隐患检测以探地雷达车检测和管道内窥检测为主。探地雷达车检测效率较高，但受到管道埋深及道路与管道重合度的限制，无法对埋深较深的管道及非路面管道进行检测；而管道内窥检测，主要以排查排水管网的结构性、功能性缺陷为主，无法对管道周边是否存在地下空洞进行判断。

管道雷达机器人以一种新型的方式对地面坍塌隐患做全面排查，能够实现CCTV 检测和雷达探测两种技术的融合，具有高效、无损、分辨率高及无缝扫描等优势，在一次检测作业的时候能够同时获取两类地面坍塌隐患数据，能够对交通道路与地下排水管线不统一，管道埋设过深等复杂情况无法检测的问题有很好的解决，适用性更强。本文结合管道雷达机器人在地面坍塌隐患排查中的应用实例，说明了管道雷达机器人对埋深较深的排水管道地面坍塌隐患检测具有良好的应用效果。

1 管道雷达机器人工作原理及特点

如图1、图2 所示，管道雷达机器人由地质雷达、摄像头、爬行器及灯光系统组成，检测内容主要包括管道顶部腐蚀厚度变化探测、管道周边土体病害探测（空洞或松散等）、管道接头破损渗漏探测以及管道内窥摄像检测等。检测信息主要包含探地雷达数据采集、CCTV视频采集、里程信息采集、姿态信息采集。其中探地雷达数据采集功能用于实时采集雷达数据；CCTV 视频采集用于实时采集高清视频影像；里程信息采集在测距系统基础上用于实时采集管道探测机器人的里程信息；姿态信息采集用于实时采集管道机器人的三维姿态信息。通过以上四个功能之间的配合使用精确定位管线病害的位置信息。

图1 管道雷达机器人示意图

图2 管道雷达机器人工作示意图

2 应用实例

2.1 工程概况

据统计，2013 年8 月至2019 年，某区共发生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 年地面坍塌事故数量明显低于其他年份外，该区地面坍塌事故整体处于高发势态，且事故数量逐年增多，2019 年地面坍塌事故相比上年增加了42%，创历年新高，其中最主要的致塌原因是排水管道和暗渠化河道破损导致的（70.42%），地面坍塌防治工作形势严峻。针对排水管网引发的地面坍塌隐患，本项目选择历史隐患较多区域的排水管网进行管道雷达机器人的试点检测作业，探测雨水管道周边地下土体病害分布情况及管道内部结构性、功能性缺陷分布情况。本次作业区域排水管道总长115m，共分为6 个作业段，如图3 所示，管道埋深在1.2～3m 之间，管径为DN500～DN600 之间，管道材质为混凝土管道。

图3 检测区域雨水管网示意图

本次项目，在满足检测深度的基础上兼顾目标体尺寸的精度要求，使用管道雷达机器人型号为GRP400-600 型，集成三大功能：（1）高清视屏采集功能，配置了工业级高清摄像头有效像素约408 万，镜头可光学变焦10.5 倍，实时采录视频影像资料管道内情况；（2）天线姿态记录，实时掌握天线在行进过程中每个里程的具体位置和偏转角度；（3）配置三个雷达，1500MHz 天线对管道拱顶腐蚀情况进行探测，750MHz对管道两侧土体病害情况进行探测，检测时天线尽可能贴近管道内底面，顶部探测深度约为40cm，管道两侧探测深度约为1.2m。

2.2 探测结果分析

将管道雷达机器人采集的雷达数据、CCTV 视频、里程信息和姿态信息进行处理解释和分析，共发现雨水管道周边土体病害11 处，其中脱空/空洞隐患1 处，严重疏松2 处，一般疏松8 处，具体病害详细信息如图4 所示。同时发现管道结构性缺陷共11 处，均为管道接口裂隙，其中6 处管道接口裂隙缺陷与雷达检测出的异常区域基本吻合。

图4 管线雷达探测病害图

3 结束语

用管道雷达机器人进行地面坍塌隐患的排查检测实例表明，管道雷达机器人用于埋深较深的城市排水管道周边的地面坍塌隐患的探测具有良好表现，利用其高效、无损、分辨率高、无缝扫描等优势，成功实现一次作业获取两类地面坍塌隐患信息，在市政道路与排水管网不重合、管道埋深过深等无法检测的问题上给予了很好的解决方案，适用范围更广，效率更高。