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1、 三維立體巡檢在原水管渠管理中的應(yīng)用 摘要：近年來(lái)，上海原水供應(yīng)格局蓬勃發(fā)展，隨著青草沙水庫(kù)、金澤水庫(kù)的建立投運(yùn)，原水管渠總長(zhǎng)已達(dá)421公里，呈現(xiàn)出從中心城區(qū)往郊區(qū)延伸的態(tài)勢(shì)。原水管渠的增長(zhǎng)在給越來(lái)越多的上海市民帶來(lái)優(yōu)質(zhì)好水的同時(shí)，其管理風(fēng)險(xiǎn)和管理難度也正逐漸加大。單純依靠運(yùn)行維護(hù)人員的傳統(tǒng)巡檢模式已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)前以及未來(lái)發(fā)展的需求。在這種背景下，上海城投原水有限公司加強(qiáng)管理創(chuàng)新和探索力度，提出三維立體巡檢的新思路。本文對(duì)現(xiàn)階段在原水管渠巡查管理中存在的主要問(wèn)題進(jìn)行分析，同時(shí)闡述在面對(duì)這些問(wèn)題時(shí)三維立體巡檢所起到的作用，最后進(jìn)一步展望未來(lái)無(wú)人機(jī)在原水管渠管理中的應(yīng)用方向。關(guān)鍵詞：管渠；巡檢；違

2、章堆土；無(wú)人機(jī)1原水管渠現(xiàn)狀分析從施亮1對(duì)上海原水管渠爆管破壞的原因分析一文中可以發(fā)現(xiàn)，引起管渠爆管的原因主要有三個(gè)，一是違章堆土對(duì)管渠的影響，二是溫度應(yīng)力對(duì)管渠的影響，三是焊縫質(zhì)量對(duì)管渠的影響。除去溫度應(yīng)力及前期焊縫施工影響這兩項(xiàng)不可抗力因素外，違章堆土是原水管渠爆管最為重要誘因。然而由于原水管渠分布廣泛，其需要穿越高架道路、城市道路、河道、綠化帶等各種地形，且河岸、高架道路周邊由于其地點(diǎn)具有隱蔽特性，道路時(shí)常泥濘，巡查人員很多時(shí)候難以進(jìn)入，巡查范圍難以完全覆蓋，因此違章堆土等情況時(shí)有發(fā)生，這就給原水管渠的安全埋下了重大隱患。2三維立體巡檢2.1三維立體巡檢的含義眾所周知，三維即坐標(biāo)軸的三個(gè)

3、軸，即X軸、Y軸、Z軸，其中X表示左右空間，Y表示上下空間，Z表示前后空間。如果將在地平面上的平行視角作為一個(gè)以X軸和Z軸為軸線的二維視角的話，那么結(jié)合以Y軸方向的空中視角，則構(gòu)成了三維視角。因此，在三維視角下對(duì)原水管渠進(jìn)行巡檢的方法稱之為三維立體巡檢法。2.2三維立體巡檢的核心三維立體巡檢的實(shí)質(zhì)是對(duì)傳統(tǒng)巡檢模式的完善和補(bǔ)充，其核心是對(duì)無(wú)人機(jī)航拍器在巡檢管理中的運(yùn)用。無(wú)人機(jī)航拍器是將通過(guò)無(wú)線電遙控設(shè)備或機(jī)載計(jì)算機(jī)程控系統(tǒng)進(jìn)行操控的不載人飛行器（UAV：UnmannedAerialVehicle）作為空中平臺(tái)，以高分辨率CCD數(shù)碼相機(jī)、輕型光學(xué)相機(jī)等設(shè)備，是集成了高空拍攝、遙控、遙測(cè)技術(shù)、視頻影

4、像微波傳輸和計(jì)算機(jī)影像信息處理的新型應(yīng)用技術(shù)。目前，無(wú)人機(jī)航拍器的品種較多，其中四軸無(wú)人機(jī)航拍器從穩(wěn)定性、兼容性、經(jīng)濟(jì)性以及續(xù)航性能四個(gè)方面最能夠滿足管渠巡檢的需要。本文采用的四軸無(wú)人機(jī)航拍器型號(hào)為：大疆PHANTOM4。2.3三維立體巡檢中關(guān)于無(wú)人機(jī)航拍器的具體運(yùn)用根據(jù)2015年12月29日出臺(tái)的輕小無(wú)人機(jī)運(yùn)行規(guī)定（試行）中明確規(guī)定，無(wú)人機(jī)共劃分為7類。本文采用的大疆PHANTOM4屬于類無(wú)人機(jī)。因此，根據(jù)規(guī)定本其若在視距內(nèi)運(yùn)行無(wú)需取得相關(guān)飛行執(zhí)照，而超視距運(yùn)行時(shí)則需要取得相關(guān)飛行執(zhí)照。2.3.1三維立體巡檢飛行方案依據(jù)運(yùn)行規(guī)定的相關(guān)要求，三維立體巡檢按照無(wú)人機(jī)操作人員是否具有飛行執(zhí)照。采取

5、兩套飛行方案：一是短距離飛行方案；二是定點(diǎn)起降飛行方案。對(duì)于擁有ASFC或AOPA飛行員執(zhí)照的人員，可以采用短距離飛行方案。在短距離飛行方案中，無(wú)人機(jī)操作人員可以手動(dòng)控制無(wú)人機(jī)航拍器對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行飛行航拍巡查或者通過(guò)無(wú)人機(jī)App操控端預(yù)先錄入巡航軌跡進(jìn)行25min或者3km以內(nèi)的自動(dòng)航拍巡查，操作人員在發(fā)現(xiàn)違章情況后可及時(shí)于無(wú)人機(jī)操控端App中記錄GPS地理位置信息并攝錄相關(guān)影像資料，一旦發(fā)現(xiàn)情況可即刻安排地面巡檢人員前往實(shí)地查看情況并及時(shí)處理。對(duì)于未擁有ASFC或AOPA飛行員執(zhí)照的人員，則可以采取定點(diǎn)起降飛行方案。在定點(diǎn)起降飛行方案中，操作人員可以將無(wú)人機(jī)航拍器定點(diǎn)起飛并懸停至100米以內(nèi)

6、的高空，在調(diào)整航拍器拍攝角度后對(duì)目標(biāo)管段進(jìn)行航拍巡查，同時(shí)可以輔以視距內(nèi)運(yùn)行無(wú)人機(jī)來(lái)最大限度配合巡檢工作。根據(jù)實(shí)踐結(jié)果來(lái)看，此方案可以同樣能夠滿足日常巡檢查工作的基本需求。2.3.2原水管渠的分段管理為了進(jìn)一步提高巡檢工作效率，三維立體巡檢采用了管渠分段管理的辦法，將原水管渠以工作井和填埋井為節(jié)點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行劃分、歸類，最終根據(jù)每一段管段的統(tǒng)計(jì)結(jié)果得出該管段的基本屬性并按相應(yīng)的飛行頻率執(zhí)行空中巡檢的一種優(yōu)化管理手段。管段計(jì)分項(xiàng)目包含9項(xiàng)，其中包括（1）是否為閥門井區(qū)域管段；（2）是否為巡檢盲區(qū)管段；（3）是否為歷史漏水區(qū)域管段（1個(gè)月外）；（4）是否為近期修復(fù)的漏水管段；（5）是否為近期爆管區(qū)域

7、管段（1個(gè)月內(nèi)）；（6）是否為周邊施工區(qū)域管段；（7）管段周邊是否存在違章堆土、（8）管段周邊是否存在打樁等行為、（9）管段周邊是否存在沉降數(shù)據(jù)超標(biāo)的情況，總分合計(jì)30分。2.3.3遠(yuǎn)程畫面實(shí)時(shí)傳輸通過(guò)組建WIFI熱點(diǎn)+局域網(wǎng)+4G的組合網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)之后，還可以實(shí)現(xiàn)在任何地點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)觀看無(wú)人機(jī)航拍器所攝錄的同步畫面。這一特性讓無(wú)人機(jī)航拍器在管理和運(yùn)用上擁有了更多實(shí)用性。實(shí)現(xiàn)在原水管渠應(yīng)急搶修時(shí)，通過(guò)運(yùn)用無(wú)人機(jī)將航拍視頻實(shí)時(shí)傳輸回指揮中心，為現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急指揮人員提供及時(shí)、正確的決策支持。大大縮短事故應(yīng)急搶修的時(shí)間，降低漏損帶來(lái)的破壞和經(jīng)濟(jì)損失。圖1：遠(yuǎn)程畫面實(shí)時(shí)傳輸原理圖2.4安全保障按照運(yùn)行規(guī)

8、定以及長(zhǎng)期實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，無(wú)人機(jī)航拍器的使用需要配備至少3名人員，包括1名負(fù)責(zé)人員，1名操作人員以及1名輔助人員。其中，負(fù)責(zé)人員主要負(fù)責(zé)飛行許可、飛行安全以及飛行巡查的路線走向；操作人員主要負(fù)責(zé)無(wú)人機(jī)航拍器的操作與安全，輔助人員主要負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)安全以及觀察記錄GPS信息，無(wú)人機(jī)高度，巡航速度等相關(guān)數(shù)據(jù)信息。機(jī)組人員在使用無(wú)人機(jī)執(zhí)行工作任務(wù)前應(yīng)充分了解無(wú)人機(jī)系統(tǒng)相關(guān)工作的原理和基本操作要求，并進(jìn)行理論與操作培訓(xùn)。在無(wú)人機(jī)使用期間，機(jī)組人員要保持身體及精神狀態(tài)良好。任務(wù)前，須事先檢查無(wú)人機(jī)設(shè)備狀況，掌握飛行任務(wù)地形，確保處于禁飛區(qū)外，切實(shí)保障飛行線路安全可靠。在飛行巡查中，操作人員和輔助人員都應(yīng)關(guān)注電

9、量及操控信號(hào)強(qiáng)度，同時(shí)要避免經(jīng)過(guò)強(qiáng)干擾區(qū)域，一旦發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)自動(dòng)或手動(dòng)返航。此外，為了進(jìn)一步確保無(wú)人機(jī)事物的安全使用，每一臺(tái)無(wú)人機(jī)設(shè)備應(yīng)配備自動(dòng)式彈出降落傘，確保當(dāng)遇到突發(fā)情況時(shí)最大限度地避免對(duì)人群和設(shè)備的傷害。3、總結(jié)三維立體巡檢以工作效率高、視野覆蓋廣的優(yōu)勢(shì)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)人工巡檢的不足，同時(shí)還可承擔(dān)許多具有危險(xiǎn)場(chǎng)合的工作任務(wù)，保障了人員安全，為管渠管理提供了一種新的選擇。近年來(lái)，無(wú)人機(jī)技術(shù)逐漸趨于成熟，未來(lái)三維立體巡檢將繼續(xù)隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的革新而不斷優(yōu)化改進(jìn)，屆時(shí)必將在原水管渠巡檢管理上發(fā)揮出更大的作用。參考文獻(xiàn)：1施亮.上海市原水管渠爆管破壞的原因分析J.山西建筑，2015，41（19）：118-1192魯恒，李永樹，李何超，何敬，任志明.無(wú)人機(jī)影像數(shù)字處理及在地震災(zāi)區(qū)重建中的應(yīng)用J.西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，45（4）533-5383黃謹(jǐn)益無(wú)人機(jī)在電力輸電線路的各種應(yīng)用J.大眾科技，2015，17（193）：81-82 -全文完-