城市地下綜合管廊智能化運維新技術(shù)

綜合管廊是城市重要的市政基礎(chǔ)設(shè)施，可實現(xiàn)給水、排水、電力、通信、燃氣等各類市政管線的集成化管理，便于后期維護與檢修，保障城市“生命線”的正常運行。自2015年以來，我國綜合管廊建設(shè)規(guī)模和里程已達到世界前列，目前已將重心從建設(shè)轉(zhuǎn)移到運維上，周期智能化管理已成為今后我國綜合管廊運維中需要實踐和貫徹的重要理念，而智能化運維新技術(shù)應用，旨在實現(xiàn)管廊的智能化管理，提升運維效率及水平。

城市綜合管廊運維中需要達到的目標是：保障結(jié)構(gòu)及管線正常運行、與城市綜合防災機制聯(lián)動和確保城市地下國土的安全；直觀顯示運維情況和精細管理資產(chǎn)情況；節(jié)省能量開支和減少管道漏損。提升運維管理水平的新技術(shù)有BIM+可視化技術(shù)和大數(shù)據(jù)+人工智能技術(shù)。

1 智能巡檢機器人

智能巡檢機器人（Intelligentinspection Robot）系統(tǒng)利用掛軌式或輪式機器人在綜合管廊內(nèi)進行巡檢等任務(wù)，可有效減輕巡檢人員的工作量，還能彌補監(jiān)控系統(tǒng)只能定點監(jiān)控的缺陷。

結(jié)合人工智能技術(shù)，目前智能巡檢機器人可以做到：

1. 自主完成巡檢任務(wù)并出具體檢報告

智能巡檢機器人可設(shè)定基本任務(wù)，運維人員通過選擇任務(wù)、編排順序、選擇巡檢管段等操作，定義日檢內(nèi)容并由機器人自主執(zhí)行。機器人工作過程中，無須人工干預，系統(tǒng)自動將數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器進行數(shù)據(jù)分析。在體檢報告中可展示隱患點現(xiàn)狀以及異常數(shù)據(jù)。

2. 智能識別滲漏水等管廊病災

經(jīng)過大量真實照片的訓練后，系統(tǒng)可針對該條管廊的特征滲漏水作出標示，幫助巡檢人員篩選出隱患點，并且記錄該隱患點的歷史變化趨勢，巡檢人員只需對篩選出的隱患點作重點補救或監(jiān)控病災的演變趨勢。

3. 完整、準確的巡檢數(shù)據(jù)采集

智能巡檢機器人系統(tǒng)可實現(xiàn)連續(xù)且完整數(shù)據(jù)采集的方式。從依靠巡檢人員經(jīng)驗判斷隱患轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)閾值判定進行隱患告警。從沒有數(shù)據(jù)檔案的維護歷史轉(zhuǎn)變?yōu)榇髷?shù)據(jù)分析進行歷史重現(xiàn)和趨勢預判。

4.應急狀態(tài)下的高速馳援和現(xiàn)場實時監(jiān)控

當出現(xiàn)緊急狀況時，機器人可通過高速馳援，先于救援人員到達事故現(xiàn)場，回傳現(xiàn)場實況畫面和現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)（如O2、CO、H2S、CH4氣體濃度，溫濕度等），以協(xié)助制定救援方案，自帶的語音通話功能可提高救援效率。

5.對接綜合管理平臺，提升智慧化水平

智能巡檢機器人系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、實時監(jiān)控和應急處理上的優(yōu)勢，必將成為綜合管廊運維平臺的有效補充。靈活的接口對接能力，還可以將信息數(shù)據(jù)對接至更高一級的智慧管理平臺，尤其為突發(fā)事件的多部門協(xié)同解決提供了技術(shù)支持。如果將智能巡檢機器人與現(xiàn)有的弱電、安防系統(tǒng)對接，則可實現(xiàn)多系統(tǒng)聯(lián)動，提升整體管廊運維系統(tǒng)的智能化。

下表為傳統(tǒng)人工巡檢+固定傳感器的巡檢方式，和智能巡檢機器人巡檢方式的效率優(yōu)化對比。

2 BIM+AR技術(shù)

增強現(xiàn)實（AugmentedReality, AR），在人們的生產(chǎn)生活的現(xiàn)實環(huán)境中疊加由計算機生產(chǎn)的圖像、視頻、3D模型等。增強現(xiàn)實硬件作為人工智能的核心硬件之一，集成了大量的人工智能技術(shù)，例如通過物體識別技術(shù)識別和理解現(xiàn)實環(huán)境、依靠語音識別技術(shù)檢測和分析用戶指令、利用空間同時定位及建圖判別所在空間中的位置等等。

目前，在現(xiàn)有AR設(shè)備的基礎(chǔ)上，針對BIM行業(yè)的特殊工作環(huán)境，研制適用于BIM行業(yè)工作環(huán)境的AR分體式設(shè)備，搭建具有物體識別、基于深度學習的異常目標檢測、BIM模型輕量化、3D內(nèi)容管理的云服務(wù)平臺，開發(fā)面向BIM行業(yè)的基于AR技術(shù)的智能化應用，并進行產(chǎn)業(yè)化示范，從而協(xié)助工程設(shè)計、施工監(jiān)理、工程維保等企業(yè)人員提高工作效率，具體的建設(shè)工作如圖所示:

運用到綜合管廊運維的BIM+AR可以實現(xiàn)以下功能：

1.基于視覺的異常檢測

基于視覺的異常檢測功能利用BIM匹配和深度學習檢測技術(shù)進行協(xié)同決策，智能檢測場景中的異常。基于BIM匹配技術(shù)的異常檢測即將建筑的三維模型疊加到真實場景之上，通過真實場景與三維模型的1:1匹配，檢測出建筑中存在的異常。通過對異常樣本的大量學習，能夠得到不同類型異常的本質(zhì)特征，從而對真實場景中的異常進行檢測。基于深度學習的異常目標檢測對于位置的要求不高，因此能夠很好地補充BIM匹配技術(shù)的不足。真實場景圖像在同時經(jīng)過上述兩種檢測方式處理后，再通過智能化的協(xié)同決策系統(tǒng)進行最終的決策處理，智能判定異常類型和異常位置。

2.智能化BIM信息呈現(xiàn)

智能化BIM信息呈現(xiàn)基于增強現(xiàn)實系統(tǒng)中的多種人工智能技術(shù)，將BIM模型直接嵌入到真實場景中，通過虛實融合的方式，實現(xiàn)智能化BIM信息呈現(xiàn)。首先，增強現(xiàn)實系統(tǒng)中的物體識別技術(shù)識別場景中的目標，其次通過SLAM技術(shù)估計當前的位置和姿態(tài)，最后通過虛擬融合技術(shù)，將虛擬的BIM信息以特定的大小和姿態(tài)固定到真實場景中。使用者通過增強現(xiàn)實設(shè)備可以實時全方位觀察BIM模型，即可以在設(shè)計階段與客戶共同探討設(shè)計實例和模型展示，也可以在施工階段及時了解當前施工進度和剩余進度，更可以在維保階段作為維修參考基準。

3.智能化BIM 信息標注

智能化BIM信息呈現(xiàn)通過AR虛實疊加等人工智能技術(shù)，把工程設(shè)計、施工以及維保過程中發(fā)現(xiàn)的問題和其他相關(guān)內(nèi)容，實時標注到BIM模型中。支持的標注類型包括任意畫圈、高亮顯示、文字標注等。

4.智能化BIM多人協(xié)同

智能化BIM多人協(xié)同交互功能，搭建了一個包含多個用戶的全息交流場景，支持隨時隨地“面對面溝通”，同時每個參與者都能以自己的獨有視角學習、體驗、互動，并且支持多用戶通過手勢操作等方式對同一個BIM模型進行交互操作。

3 結(jié)語

綜合管廊運維需要提升信息化和智能化，最終促進城市的科學化、精細化、智能化管理。

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