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蘇大學(xué)子發(fā)明管網(wǎng)智慧監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)的智能化管理
城市地下管網(wǎng)是指城市范圍內(nèi)供水、排水、燃?xì)狻崃Α㈦娏Α⑼ㄐ拧V播電視、工業(yè)等管線及其附屬設(shè)施，是保障城市運(yùn)行的重要基礎(chǔ)設(shè)施和生命線，各類管線像人的血管一樣，重要卻難以觸及。隨著城市的不斷發(fā)展，地下各類管線已經(jīng)形成了縱橫交錯(cuò)的復(fù)雜管線網(wǎng)絡(luò)，由于缺乏統(tǒng)一管理與實(shí)時(shí)監(jiān)控，導(dǎo)致管網(wǎng)事故頻發(fā)，經(jīng)常出現(xiàn)“拉鏈馬路”現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，管網(wǎng)安全也時(shí)刻牽動(dòng)各級(jí)政府的心。
蘇州大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院嵌入式人工智能與物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室懷著用科學(xué)技術(shù)提升城市人民幸福感的使命，在王宜懷教授的細(xì)心指導(dǎo)下，歷經(jīng)一年半成功研發(fā)出了一款低功耗、自動(dòng)化、應(yīng)用性強(qiáng)的國(guó)產(chǎn)管網(wǎng)智慧監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能同時(shí)監(jiān)測(cè)管網(wǎng)內(nèi)的供水、排水、供熱以及燃?xì)馑念惞芫�，并能對(duì)管線異常情況進(jìn)行預(yù)警，輔助管理人員準(zhǔn)確迅速的定位和排除故障，真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)管網(wǎng)的主要管線的全周期監(jiān)控。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人劉中華介紹說(shuō)，研發(fā)的智慧管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)充分融合了傳感器技術(shù)、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、NB-IoT通信技術(shù)以及遠(yuǎn)程升級(jí)技術(shù)等，提出了“一張網(wǎng)一朵云一個(gè)圖”的解決方案，通過(guò)管網(wǎng)內(nèi)安裝監(jiān)控設(shè)備，形成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管網(wǎng)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，基于阿里云研發(fā)云服務(wù)器偵聽(tīng)軟件，實(shí)時(shí)接收傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)的監(jiān)控平臺(tái)中對(duì)所接受的管網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化，可更直觀的方式實(shí)時(shí)顯示管網(wǎng)狀況，時(shí)刻保障管網(wǎng)安全。值得一提的是，為突破國(guó)外的技術(shù)封鎖，整個(gè)系統(tǒng)研發(fā)采用國(guó)產(chǎn)芯片與國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)，為了進(jìn)一步提升監(jiān)控系統(tǒng)的性能以及降低成本，團(tuán)隊(duì)自研了終端多跳路由轉(zhuǎn)發(fā)算法實(shí)現(xiàn)終端數(shù)據(jù)自組網(wǎng)傳輸，通過(guò)應(yīng)用低功耗技術(shù)降低系統(tǒng)的運(yùn)維開(kāi)銷，結(jié)合遠(yuǎn)程更新技術(shù)提高可維護(hù)性，同時(shí)還應(yīng)用了GA-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，使系統(tǒng)具備預(yù)警功能。
“學(xué)生通過(guò)完整的參與整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的研發(fā)，能極大的鍛煉動(dòng)手能力，并且讓學(xué)生更加深刻的理解如何攻克技術(shù)難題，提高其創(chuàng)新能力。”研發(fā)團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)老師王宜懷教授說(shuō)。研發(fā)團(tuán)隊(duì)的學(xué)生們告訴記者，在項(xiàng)目研發(fā)過(guò)程中遇到了不少的技術(shù)難題，曾多次在實(shí)驗(yàn)室里通宵達(dá)旦的寫(xiě)代碼、做測(cè)試，直至成功研發(fā)出管網(wǎng)智慧監(jiān)控系統(tǒng)。“在蘇州管廊進(jìn)行實(shí)地系統(tǒng)安裝時(shí)，為了更好的測(cè)試系統(tǒng)的性能，我們親自過(guò)去指導(dǎo)安裝。”劉中華說(shuō)，這個(gè)研發(fā)項(xiàng)目凝聚了團(tuán)隊(duì)每個(gè)人的心血，特別是王宜懷老師的耐心指導(dǎo)，能成功研發(fā)并運(yùn)行，是我們最開(kāi)始的事情，也希望管網(wǎng)智慧監(jiān)控系統(tǒng)能提升城市運(yùn)維水平，為城市治理貢獻(xiàn)一份力量。
 右－為蘇州市政協(xié)常委、蘇州大學(xué)嵌入式系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)研究所所長(zhǎng)、博導(dǎo)王宜懷教授
蘇大學(xué)生發(fā)明綜合管廊智慧監(jiān)控系統(tǒng)
我們知道，地下管網(wǎng)是城市生命線，起到了維持城市正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要作用。而綜合管廊作為管網(wǎng)行業(yè)發(fā)展的新興產(chǎn)物，將成為未來(lái)城市管網(wǎng)發(fā)展建設(shè)的方向。多年以來(lái)，我國(guó)已經(jīng)設(shè)置了25座城市作為試點(diǎn)，建設(shè)了數(shù)千公里的綜合管廊，未來(lái)里程還將不斷攀升。但同時(shí)，管網(wǎng)的安全尚未得到保障，我國(guó)仍然缺少一種成本低、精度高、有預(yù)測(cè)功能的地下管網(wǎng)智慧監(jiān)控系統(tǒng)，以保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全。
在這樣的背景下，幾位蘇州大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的研究生在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，自主研發(fā)了一款適用于綜合管廊的城市管網(wǎng)智慧監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠以較高的準(zhǔn)確率與較低的成本，實(shí)現(xiàn)管廊事故的監(jiān)測(cè)和預(yù)警，徹底改變以往依靠人工巡檢、視頻監(jiān)控、機(jī)器人巡檢等方式進(jìn)行地下管網(wǎng)監(jiān)控的現(xiàn)狀，達(dá)到了經(jīng)濟(jì)實(shí)惠與精準(zhǔn)智能相平衡的效果。除此以外，設(shè)備還同時(shí)擁有遠(yuǎn)程更新技術(shù)，鼠標(biāo)一點(diǎn)，即可調(diào)整鋪設(shè)在幾十公里道路上的設(shè)備，大幅降低了設(shè)備維護(hù)成本。同時(shí)，在我國(guó)面臨科技封鎖的當(dāng)下，這套由學(xué)生自主研發(fā)完成的系統(tǒng)，完全建立在國(guó)產(chǎn)技術(shù)與設(shè)備的基礎(chǔ)上，這也成為了本項(xiàng)目的亮點(diǎn)之一。
項(xiàng)目負(fù)責(zé)人劉中華同學(xué)在向我們介紹時(shí)提到，“我們的產(chǎn)品是通過(guò)傳感器收集管道周邊的各個(gè)物理量，并進(jìn)行智能化分析，來(lái)預(yù)測(cè)事故發(fā)生的概率。通過(guò)模型的調(diào)整，我們的事故預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率已經(jīng)達(dá)到了80%，處于行業(yè)內(nèi)的領(lǐng)先水平。”這幾位蘇州大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的研究生利用自己的課余時(shí)間，參與社會(huì)實(shí)踐，了解社會(huì)需求，并利用自身的技術(shù)特長(zhǎng)成功地解決了社會(huì)性的難題。
這樣一種先進(jìn)的產(chǎn)品，一經(jīng)問(wèn)世就自然地受到了蘇州市地下管線和道路停車(chē)管理所的青睞。在政府部門(mén)的幫助下，該產(chǎn)品已經(jīng)在蘇州的綜合管廊進(jìn)行了試應(yīng)用，并取得了良好的效果。未來(lái)，這幾名學(xué)生希望能夠?qū)a(chǎn)品推廣到全市，全省乃至周邊各省，最終覆蓋全國(guó)。這件產(chǎn)品被學(xué)生們稱作“城市慧眼”，那么就讓我們共同期待這雙眼睛有一天能夠真正實(shí)現(xiàn)守護(hù)全國(guó)人民生命財(cái)產(chǎn)安全的目標(biāo)！
 實(shí)現(xiàn)對(duì)城市管網(wǎng)的智能化管理示意圖
蘇大成功研發(fā)新型綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)
自2015年起，國(guó)家多次發(fā)文在多個(gè)城市內(nèi)推進(jìn)綜合管廊的試點(diǎn)工作。截止目前，國(guó)內(nèi)已有超過(guò)9000公里的綜合管廊落地成功并投入使用。相較于傳統(tǒng)的管網(wǎng)鋪設(shè)方式，綜合管廊具有多種優(yōu)勢(shì)，比如多種管網(wǎng)統(tǒng)一管理、避免反復(fù)填挖的問(wèn)題等。很明顯，城市綜合管廊是未來(lái)城市管網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。
綜合管廊因?yàn)槠涮厥獾牡乩砦恢煤蜕鐣?huì)地位，需要更加精準(zhǔn)與智慧的監(jiān)控。相較于以前的多采用人工巡檢、機(jī)器人巡檢以及視頻巡檢的管廊監(jiān)控方式，蘇州大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院嵌入式人工智能與物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室提供了一種國(guó)產(chǎn)化、自動(dòng)化的完整的綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)由終端設(shè)備、云偵聽(tīng)程序以及人機(jī)交互系統(tǒng)三部分組成。相比于以前，該系統(tǒng)最具突破性的方面在于實(shí)現(xiàn)了終端設(shè)備遠(yuǎn)程升級(jí)的方式，工作人員不再需要到管廊現(xiàn)場(chǎng)對(duì)終端設(shè)備進(jìn)行維護(hù)或者升級(jí)，而只需要利用PC機(jī)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)終端設(shè)備的維護(hù)升級(jí)工作。除此之外，該系統(tǒng)還具有諸多亮點(diǎn)，如：利用多傳感器融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)供水管、排水管、供暖管以及天然氣管道的同時(shí)監(jiān)測(cè)；優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，對(duì)異常情況的發(fā)生達(dá)到精準(zhǔn)預(yù)測(cè)的效果；考慮到綜合管廊位于地下，數(shù)據(jù)傳輸需要經(jīng)過(guò)地上與地下兩種不同的地理環(huán)境，因此該系統(tǒng)將WSN與NB－IoT兩種傳輸技術(shù)完美的融合，首創(chuàng)WSN多條路由轉(zhuǎn)發(fā)算法解決其傳輸距離有限的問(wèn)題，保證了數(shù)據(jù)的可靠穩(wěn)定傳輸；研發(fā)設(shè)備低功耗策略采用電池計(jì)量芯片以及高精度電阻大大延長(zhǎng)了硬件的使用壽命等等。
據(jù)了解，從去年開(kāi)始，他們研發(fā)的產(chǎn)品就已經(jīng)在蘇州的綜合管廊投入測(cè)試運(yùn)行，從目前的運(yùn)行結(jié)果和蘇州地下管線管理所的反饋來(lái)看，他們的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，能夠很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)管廊的監(jiān)控管理，在精度與穩(wěn)定方面都達(dá)到較高的程度，統(tǒng)計(jì)后的平均月故障率也基本小于千分之一。
在參與整個(gè)研發(fā)過(guò)程中，學(xué)生們刻苦鉆研、不斷創(chuàng)新，動(dòng)手能力已經(jīng)相當(dāng)于在企業(yè)中工作１到２年的程度。”該研發(fā)團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)老師王宜懷教授說(shuō)。研發(fā)團(tuán)隊(duì)的學(xué)生們和記者交流時(shí)說(shuō)到，他們?cè)谘邪l(fā)過(guò)程中確實(shí)吃了不少的苦，在實(shí)驗(yàn)室夜以繼日的寫(xiě)代碼，做測(cè)試，產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試運(yùn)行時(shí)，還親自進(jìn)入管廊中進(jìn)行安裝與調(diào)試觀察。但是他們也提到，雖然付出了很多的艱辛，但收獲的也很多，對(duì)他們的成長(zhǎng)帶來(lái)了非常大的好處。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人劉中華說(shuō)：“這個(gè)研發(fā)項(xiàng)目?jī)A注了團(tuán)隊(duì)中每個(gè)人的心血，能夠研發(fā)成功并且運(yùn)行是我們最大的也是最開(kāi)心的收獲。”
(責(zé)任編輯：白雪松)
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