为响应国家实景三维中国建设的号召，各地正大力建设地下管线三维动态系统，随之而来的是对地下管线普查和探测的要求越发提高。传统的人工下井调查和量测的作业方式由于效率较低，无法适应多元数据的采集，为此，我院地下工程探测研究所在2022年成功研发“电力井内窥探测仪”的基础上，针对暗渠、"凸"型排水井及通信井量测困难等问题，再次组织技术攻关，并于近期成功研发“管线井内窥探测系统”，扩大了管线测量的应用场景。两款设备均实现了“免下井”完成对管线数据的快速采集，消除了人工下井的安全隐患，可大幅提升管线探测工作效率。
首次研发
“电力井内窥探测仪”
2022年，院地探所自主研发“电力井内窥探测仪”投入使用。仪器集照明、摄像、激光测距、测角、测深于一体，探头可通过井盖上的检修孔伸入电力井内，作业人员于地面进行可视化操控，实现“免开井”和“免下井”完成对管线数据的快速采集，极大减轻劳动强度，消除了人工下井的安全隐患。该设备曾获广东省计量科学研究院校准证书、发明专利及计算机软件著作权。
电力井内窥探测仪作业
图源：自摄
在2023年琶洲国际管线会议上宣介“电力井内窥探测仪”
图源：自摄
针对解决
深井、暗渠和地下管线三维建模难题
经实际生产和调研分析，目前，在地下管线探测方面仍存在急需解决的难题：
● 通信人孔和城市排水井为“凸”型结构，其“上窄下宽”，调查人员无法在地面上观察到井内情况，仍需人工下井调查，存在缺氧、毒气中毒、溺水、电击等安全隐患。如何安全快捷探测通信人孔、排水井等深井，是实际测量中急需解决的问题。
人工下井调查
图源：自摄
● 地下暗渠的精确测量是另一道难题。通过传统的QV内窥镜仅能大致确定暗渠走向，对暗渠的宽度及准确边线均无法确定。
暗渠特征点测量
图源：自摄
● 随着城市地下管线的信息化管理、表达和应用逐步从二维向三维延伸，我们提出可利用“三维激光点云建模技术”开展地下管线三维模型重建工作，从而解决传统二维管线空间关系不明晰、显示效果不直观等问题。
暗渠建模效果
图源：自制
全链条推进技术攻关
成功研发“管线井内窥探测系统”
综上，在成功研发“电力井内窥探测仪”基础上，地探所再次组织进行技术攻关，历经新设备的设计、制造、测试、优化等多个阶段，克服了无线传输、信号增强、探头旋转控制、系统集成等多项技术难题，最终成功研发新一代“管线井内窥探测系统”，该系统可用于通信人孔调查、排水井测量、暗渠定边、管网扫描等，相关成果已在《中国给水排水》期刊发表，并获实用新型专利证书和软件著作权。
“管线井内窥探测系统”由硬件和软件两部分组成，系统硬件由安卓平盘电脑、高清变焦镜头、井上/井下激光测距仪、灯光组件、水平/垂直测角器、气体传感器、激光扫描固定件、主控盒等组成，镜头与主控盒WIFI连接，平板与主控蓝牙连接。
管线井内窥探测系统硬件组成
图源：自摄
管线井内窥探测系统软件操作界面
图源：自摄
为实现可视化操控仪器，本项目还开发了配套软件——管道井内窥探测定位系统，软件具有新建、保存项目、调节设备远近光灯及亮度、控制探头垂直方向旋转、控制镜头变焦、控制激光测距仪测距、记录管线相关数据、控制镜头拍照及录像、气体浓度检测等，并具备“井下镜头除雾”功能。
“管线井内窥探测系统”
应用案例
案例一：
通信人孔、排水深井测量
通信人孔井下空间大，管线分布凌乱，人在地面很难准确测量管线的埋深和规格，通常需要下井测量；而城市排水管道极深，最深可达10米以上，人在地面测量管道难度非常大。使用“管线井内窥探测系统”后，无需人工下井，作业人员只需要将镜头下放至井内，借助高清镜头与测量系统即可完成通信人孔、排水深井的调查与测量。
“管线井内窥探测系统”对通信人孔调查测量
图源：自摄
“管线井内窥探测系统”对排水深井调查测量
图源：自摄
案例二：
地下暗渠的精确测量
为解决地下暗渠的精确测量难题，本系统在测量杆同一竖直面的顶部和底部均安装了测距仪，通过地上地下同步测量可在地面上精确定位暗渠的边点。
暗渠定边作业图
图源：自摄
地上地下同步测量示意图
图源：自摄
案例三：
管网三维激光扫描
为支撑做好运用三维激光点云建模技术开展地下管线三维模型重建工作，“管线井内窥探测系统”预留了激光扫描固定件，可结合三维激光扫描仪进行管网扫描。
“管线井内窥探测系统”管网扫描效果
图源：自摄
“管线井内窥探测系统”暗渠定边与激光扫描对比图
图源：自摄
案例四：
管道病害及有害气体检测
本设备配备了240倍的高清变焦镜头（20倍光学变焦+12倍数字变焦）、6颗功率1瓦的近光灯和2颗10瓦的远光灯，能清晰显示管道内部的完好情况，准确测量管道破损的位置和规模数据，以视频和照片的形式存储。
“管线井内窥探测系统”检测照片
图源：自摄
“管线井内窥探测系统”安装有甲烷、一氧化碳、硫化氢三种有害气体传感器，可实时、有效检测有害气体浓度，为生产提供安全保障。
“管线井内窥探测系统”有害气体检测
图源：自摄
摸清管线底数，做好城市体检、守护城市“生命线”是我们的重要使命。地下工程探测研究所将坚持科技创新引领，扎实推进科研创新与实际生产相结合，推动管线事业高质量发展。
城市地下空间安全监测研究中心是院技术特色中心之一，是为实现“提升城市韧性，保障城市安全，推进城市地下空间高质量发展”而培育搭建的科技创新平台。中心融合地球物理、测绘地理信息、人工智能、物联网、大数据等高新技术，依托地下工程探测研究所在城市地下空间及市政设施领域的长期研究积累，开展地下空间安全监测领域创新研究，为城市地下空间的建设管理和安全监测提供全面、高效和智能的解决方案，推动城市治理体系和治理能力现代化。
供稿｜地下工程探测研究所 · 城市地下空间安全监测研究中心
技术审核｜总工程师办公室
文图编辑｜办公室
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