城市地下排水管道智能检测系统探究

城市地下排水管道智能检测系统探究
摘要：在城市化发展的推动下，针对市政地下排水管网的检修与维护愈发重要，但是，当前既有的检测方式在多数情况下都不能较好的检测地下排水管道的具体情况，应该结合城市发展的具体需求，对地下排水管道进行智能检测系统的构建和完善。

文章中智能检测系统主要涉及智能机器人及与其相关的检测系统，前者在排水管道中负责数据的采集，后者实施数据的自动化分析。

利用相关实践验证了该智能检测系统应用的合理性与可行性。

关键词：地下排水管道；智能检测系统；智能管道机器人
早期，在地下排水管道检测中，应用的无损检测方式有很多种，比如，CCTV 检测法、红外温度记录仪法以及潜水检查法等。

在地下排水管道检测中发挥着至关重要的作用，然而其针对管道缺陷定位的精准性较差、工作效率不高，有些检测方式还要投入大量的人力、财力与物力。

随着信息自动化技术发展的推动，衍生了智能机器人技术，并获得了一定的推广和应用，这也为地下排水管道检测的智能化发展给予了新的机遇，有效弥补了既有管道检测技术存在的不足。

1、智能管道机器人系统的设计和实现
1.1硬件方面
第一，机器人机身设计。

在城市地下排水管道中，其内部环境不仅复杂而且恶劣，确保机器人在狭小空间中作业的安全性，就需要确保机身的质量与性能。

将0.3厘米厚的不锈钢材料应用到机身中，能够起到防尘、防水的作用，更加适应潮湿与各种污染情况，符合防火防爆要求。

该机器人应用的驱动系统是大功率电机，其中含有相同的两个转速与力矩。

为确保其可以在原地旋转，要把2个驱动设置在机体对角线的前轮与后轮位置上，在电机转向相反，而转速相同时，就可以展开旋转[1]。

此类车体转向，能够有效地操控车体行进。

想要使车体可以承受相应的质量，还要将承重轮分别添加在机身两侧，确保其行驶中的稳定性，防止车体因为重心偏移引起机器人翻倒。

第二，机器人控制单元。

城市地下排水管道颞部环境极为复杂，必须确保操
作和控制的精准性。

控制单元可以使机器人根据预期需求对排水管道的故障进行
有效的排除。

控制单元设计涵盖主控芯片应用、电源配置以及主控板、驱动电路、传输单元等方面的设计。

第三，机器人电源单元。

管道机器人应用的电源包含一组串联的三节4.2伏
充电锂电池构成的电池组，具有充足的电量，能够反复应用，消耗的成本不高。

该电源通过MC7812稳压管变成12后为直流电机进行供电，接着通过二次降压，
对控制电路稳压供电。

第四，机器人电机和驱动单元的选择。

该机器人应用的驱动电机是直流电机，其具有极大的转动扭力，较小的体积，装配和操作简单、方便，并且，还可以集
成编码器，完成电机监控与转向控制的目标。

第五，机器人通信单元。

即同上位机展开无线通信，将WiFi单元有效连接
微处理器串口，实施相关指令的传输，还能够与摄像单元有效连接，既能够对机
器人运行进行控制，还能够利用摄像头展开图像的实时发送与接收，有效提升了
在未知环境下机器人的工作状况。

利用WiFi单元与上位机设备进行有效连接，
还可以对相关信息进行存储，以便后续的应用与分析。

第六，机器人传感器单元。

为进一步提高排水管道的检测效率与效果，需要
特殊定制机器人系统的传感器及与其相适应的单元，首先，要配备管道危险气体
报警单元，加设危险气体传感装置。

其次，安装管道实时图像数据采集单元，加
设高清摄像头与可调节亮度的LED装置。

最后，装设十轴加速度传感装置以及编
码装置，加设激光雷达
实施三维扫描，为排水管道3D建模给予数据支撑。

感器单元采集的数据利
用传输单元属输送到上位机中，其操控者能够实时监测管道内部环境，控制机器
人运行。

最后将检测到的各项数据传输到管道检测系统中实施后续分析。

1.2软件方面
智能管道机器人系统利用移动平台具有的App实施控制，其控制界面中包含
视频、雷达扫描状况、路径等显示区域，以及校准与控制、可燃性气体报警、设
置等区域[2]。

利用WiFi连接，可以在视频显示区域内实时呈现摄像头采集到的图像，可以在雷达扫描状况显示区域内呈现管道轮廓，在路径显示区域中呈现气死
人行进中的轨迹。

2、地下排水管道系统的设计和实现
该系统具有的关键功能主要用来对机器人采集的视频数据进行分析，并对管
道缺陷故障实施自动检测、识别与存档。

当前在管道缺陷检测领域，业界众多学
者进行了广泛的研究，应用了大量的检测算法，为管道缺陷检测起到了推动作用。

2.1管道检测系统的设计和实现
在地下排水管道缺陷检测中引入YOLOv3模型，同时结合数据管理等诸多功
能构成较为健全的独立检测系统。

第一，数据的标注、建模与训练的实现。

构建具有实用价值的深度神经网络
模型要有庞大的数据支撑，顾及到机器人初始应用中没有充足的图片数据支撑，
其应用的视频数据同高频新闻数据接近。

以高频新闻数据模式采集的庞大历史管
道检测数据为根据实施训练，结合既有检测规程，主要侧重结构性与功能性缺陷。

结构性缺陷涉及破裂、形变、移位、渗漏、腐蚀以及异物入侵等，而功能性缺陷
涉及沉积、结垢、阻碍物、树根以及积水等。

结合以上缺陷类型汇总出与之相对
的检测图片，并手动标注出图片中的缺陷位置，标注结束后进行模型训练。

第二，检测系统的开发。

利用计算机Window系统构建深度学习缺陷检测模型，结合具体需求对相应的单元进行开发，构成较为健全的地下排水管道检测系
统[3]。

其中涉及到缺陷检测单元（自动检测缺陷）、文件管理单元（展示机器人
采集到的数据、存档缺陷数据），以便后期应用和分析。

3、管道智能检测系统的实践应用
为了对该管道机器人智能检测系统应用的合理性与可行性进行实践验证，某
市政工程选取了一路段的雨水与污水管道展开了检测工作。

在检测工作开始前，
先对试验路段施工现场用护栏和锥桶实施安全维护，接着封堵管道进行抽水，也
就是应用气囊封堵管道半径小于60厘米的雨污管道，选择用砖封堵管道半径大
于60厘米雨污管道。

选用相应型号的水泵实施排水操作，确保管道内的积水程
度满足管道机器人实施检测的要求。

应用智能管道检测系统分析获取的视频数据，取得各类缺陷信息及有代表性的缺陷识别效果图。

结合检测结果可知，该路段的
管道结构整体情况较差，功能性状况不足。

通过实践能够证明，该智能管道检测系统可以在地下排水管道内复杂恶劣的
环境下实施检测作业，具有自动巡航、单独作业、视频传送与接收、GPS 定位与
轨迹绘制、三维扫描成像以及气体检测等优势，同时，还能够自动精准地识别视
频数据内缺陷，缓解人工作业压力[4]。

通过数据的不断积累，能够有效训练深度
学习模型，从而识别更多的管道缺陷，提升城市地下排水管网利用率。

4、结束语
总而言之，随着城市化进程的不断加快，要进行检测的城市地下排水管道愈
发增加，然而，当前既有的管道检测方式尚无法全面实现检修与维护的实际需求，而智能管道机器人检测系统可以在地下排水管道内传输和控制无线通信视频，可
以全方位扫描整个地下管道情况，凭借三维建模方式精准展示地下管道的轮廓。

该智能管道机器人检测系统有效融合了YOLOv3深度神经网络（DNN）模型，利用
其具有的数据训练功能，可以对地下排水管道内的多种缺陷故障实施自动检测和
精准识别，其具有的较高精准度可以满足实际需求。

并且该系统具备的数据呈现
以及文件管理等相关功能，更能够高效率地完成常规地下排水管道检测的目标。

该智能管道机器人检测系统通过在具体路段的实践验证，确定了系统应用的合理
性和可行性。

参考文献
[1]王伟栋,陈安东,余建民,等.地下排水管道智能监测系统在城市中推广应
用的建议—以杭州为例[J].现代城市,2018(02):33-34.
[2]曹淑上,贺建旺.CCTV检测技术在新建排水管道竣工验收中的应用[J].科
技创新与应用,2016(34):289-290.
[3]王大成,谭军辉,彭述刚,等.利用深度学习模型智能识别地下排水管道缺陷[J].测绘通报,2021(09):65-66.
[4]余凯华,徐禅.基于管道检测的船型智能机器人设计[J].电子制
作,2019(19):326-326.。