在陰暗潮濕的污水管道中向前爬行500多米，是電影《肖申克的救贖》中，男主通向自由的距離。而定期檢查城市地下管道，是保障供排水、供熱、供氣，守護(hù)城市可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。幸運(yùn)的是，與傳統(tǒng)人力手段不同，如今有了特種機(jī)器人來完成這一大量重復(fù)勞動(dòng)，還有了AI智能算法幫助快速分析。

2018年，中科院深圳先進(jìn)院與深圳博銘維技術(shù)股份有限公司聯(lián)手，成立國(guó)內(nèi)首個(gè)城市管網(wǎng)大數(shù)據(jù)AI聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，一起向守護(hù)城市“地下生命線”發(fā)起了挑戰(zhàn)。近日，深圳商報(bào)記者分別采訪了雙方科研人員。

管線衛(wèi)士，快速診斷城市“暗病”

在博銘維位于深圳龍華區(qū)的辦公區(qū)內(nèi)，走進(jìn)大廳就能看到形狀各異、大小不一的各種機(jī)器人，它們是城市管道檢測(cè)的“鋼鐵衛(wèi)士”。

“針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景，我們分別研發(fā)了相應(yīng)的機(jī)器人，比如高清無線潛望鏡，解決了大井深管道通信質(zhì)量差的問題;管網(wǎng)檢測(cè)全地形機(jī)器人，采用螺旋推進(jìn)設(shè)計(jì)，能應(yīng)對(duì)高水位、高淤積管道的檢測(cè);管中地質(zhì)雷達(dá)機(jī)器人，則能快速獲取信息，探測(cè)排水管道周邊病害。”博銘維研發(fā)總監(jiān)謝飛告訴記者。

為什么管道檢測(cè)如此重要?博銘維副總經(jīng)理陳增兵以供排水管道舉例。

“統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，不少城市里出現(xiàn)的地面塌陷，導(dǎo)火索就是供排水管道破損，造成周圍的水土流失，形成空洞，繼而引發(fā)塌陷。”他說，“如果將城市看作一個(gè)人，我們行業(yè)就是搭建管網(wǎng)‘醫(yī)院’，找出城市暗病。”

事實(shí)上，不止“診斷”，博銘維正在探索一條集機(jī)器人創(chuàng)新研發(fā)、柔性生產(chǎn)制造、管網(wǎng)檢測(cè)維護(hù)與修復(fù)以及數(shù)字化治理的全流程解決方案。

其中，來自深圳先進(jìn)院的AI算法，為行業(yè)注入了全新活力。

AI加身，透過現(xiàn)象看本質(zhì)問題

對(duì)深圳先進(jìn)院先進(jìn)計(jì)算與數(shù)字工程研究所副研究員王亞立來說，開發(fā)管線AI算法，既是發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢(shì)，又是全新挑戰(zhàn)。

“隨著特種機(jī)器人在管線領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生的視頻數(shù)據(jù)量也不斷增加，單純依靠人工，不僅效率較低，還有可能產(chǎn)生漏判、誤判的情況。因此，AI的入局是必然。”他告訴記者。

利用深度學(xué)習(xí)來解決計(jì)算機(jī)視覺問題，王亞立團(tuán)隊(duì)在業(yè)內(nèi)已有相當(dāng)?shù)姆e累。而管線算法卻與此前的應(yīng)用有些不同。“第一是由特種機(jī)器人拍攝的管道實(shí)況視頻，時(shí)長(zhǎng)普遍在半小時(shí)以上，分析難度大大提升;第二是在光線不足、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特殊環(huán)境下，如何教會(huì)AI正確判斷管線存在的問題，比如準(zhǔn)確區(qū)分錯(cuò)口和脫節(jié)。”他告訴記者。

為此，團(tuán)隊(duì)為博銘維量身打造了一個(gè)“基于不完全監(jiān)督多任務(wù)學(xué)習(xí)的管網(wǎng)視頻異常分析模型。”

據(jù)王亞立介紹，這個(gè)模型的創(chuàng)新點(diǎn)包括弱監(jiān)督定位、時(shí)空注意力和多任務(wù)學(xué)習(xí)。

“拿到視頻后，AI會(huì)通過多任務(wù)處理，漸進(jìn)式判斷管道缺陷。例如，AI通過視頻前后幀關(guān)聯(lián)，分析當(dāng)前幀是管道里還是管道外、是不是有異常、異常是什么類型的缺陷、缺陷等級(jí)如何、缺陷在哪個(gè)時(shí)鐘位置，從而實(shí)現(xiàn)管道異常的自動(dòng)精準(zhǔn)篩查。”王亞立說。

據(jù)悉，目前團(tuán)隊(duì)積累了超過一萬條來自真實(shí)世界的城市管道視頻。通過這一算法，原來需要5個(gè)人進(jìn)行的工作，現(xiàn)在1個(gè)人就可以完成，準(zhǔn)確率達(dá)到90%以上。

優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，為行業(yè)帶來全新想象

2018年，深圳先進(jìn)院與博銘維的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室正式成立。幾年來，兩個(gè)團(tuán)隊(duì)開展定期會(huì)議、年度總結(jié)，已成了一種傳統(tǒng)。雙方一起建的“城市管網(wǎng)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”微信群，成員更在不斷增加。

“合作中，雙方各自的優(yōu)勢(shì)都很突出，我們團(tuán)隊(duì)在算法上有很好的積累，而博銘維不僅能提供大量管線視頻數(shù)據(jù)，更是管網(wǎng)行業(yè)專家，對(duì)于我們算法模型的打造提供了專業(yè)知識(shí)方面的意見。”王亞立說。

談及AI對(duì)行業(yè)帶來的改變，謝飛則認(rèn)為，遠(yuǎn)不止于提高效率和安全性。“此前的管網(wǎng)檢測(cè)評(píng)估是一門經(jīng)驗(yàn)技術(shù)，相同的檢測(cè)視頻 ，不同的人評(píng)估的結(jié)果可能不一樣。借助AI，可以建立一種統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，讓行業(yè)的發(fā)展進(jìn)一步走向規(guī)范化。”他表示。

以實(shí)力鑄科技。就在不久前，由聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室打造的“面向復(fù)雜場(chǎng)景的排水管網(wǎng)智能檢測(cè)技術(shù)及裝置”，獲得了2022年度“機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)”。這是國(guó)內(nèi)機(jī)械行業(yè)唯一由國(guó)家批準(zhǔn)的面向全國(guó)機(jī)械行業(yè)的綜合性獎(jiǎng)項(xiàng),也是機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域最高的行業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)。

目前，聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室成果已在全國(guó)多個(gè)城市應(yīng)用落地，博銘維的特種機(jī)器人也成功進(jìn)軍海外，進(jìn)一步擴(kuò)大了業(yè)務(wù)范圍。

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