城市基礎設施走向智能時代

胡正坤　田豐

在高鐵檢修領域，一名分析人員每天要判定8000張圖片，智能分析系統則結束了人工分析的繁瑣，推動檢測效率提升20倍;在城市供電系統作業現場，運維人員使用AR眼鏡代替肉眼，自動識別環境中的目標……

當前，加速推進的新基建，為城市道路、供水及供電系統等傳統基建帶來了煥發新生的難得機遇，不僅為基礎設施養護降本增效，還推動基礎設施實現自我感知、主動預警、輔助決策。

智能傳感器、智能分析系統……新基建與傳統基建的結合，正變得越來越緊密。

供水系統更安全

數據顯示，隨著我國城鎮化進程的深入發展，基礎設施養護成本在我國基礎設施建設投資中的占比將持續上升。如何延長基礎設施的安全使用壽命、降低養護成本，越來越成為我國城鎮化進程中面臨的重要挑戰。

對此，國外已有許多創新實踐。美國南卡羅來納州運輸部（SCDOT）發現，人工檢查員往往會低估橋梁的強度，進而導致不必要的更換和維護成本。

在橋梁上安裝上自動傳感器后，則能夠實時監測橋梁信息，使橋梁的安全使用壽命延長數年。并且，基于傳感器的數據分析，可以識別橋梁是需要重建還是僅需翻修，從而減少不必要的建設投資。

DC Water是美國首都華盛頓特區及其周邊地區的飲用水供應公司，管理著1300英里長的供水管道和1800英里長的下水管道，其中一些管道的使用壽命已經長達100多年，維護起來既昂貴又困難。

為了自動化檢測并識別管道異常情況，DC Water采用了微軟認知工具包系統。該系統使用傳感器、人工智能和物聯網對供水系統進行檢測分析，將檢測過程從數小時縮短至幾分鐘。并且，通過主動識別潛在的水管破裂情況和水質問題，大大降低了DC Water的養護成本，提升了供水系統的安全性和可靠性。

通過AR巡檢與遠程“ 孿生”指導技術，專家可以在電腦前標記，將三維空間物體標識和檢修說明推送到巡檢人員的AR眼鏡上，快速解決現場作業難題，提升協同效率。

在城市供水系統監測方面，美國密歇根州安娜堡則通過開源傳感器、硬件和算法，來測量和控制雨水。借助傳感器節點，系統可以收集有關水流和水質的數據，并通過蜂窩網絡傳輸數據，提供實時水情。在暴雨后，城市供水系統還可遠程控制開啟和關閉閥門，以釋放或保存雨水。

類似的傳感裝置，也被許多城市用于監測污水中的病毒和藥物等物質含量。在疫情蔓延的背景下，這項技術正變得越來越重要。通過污水監測，城市甚至能夠在病毒暴發之前就發現疫情，對公共衛生決策具備重要指導作用。

高鐵監測更智能

在國內，人工智能等新一代信息技術，也在加快走向基礎設施建設與養護的各環節。

作為國家名片“中國高鐵”的典型代表，京滬高鐵在運用人工智能技術實現鐵路電網檢測數據智能分析方面，走在了時代前沿。

牽引電力是高鐵列車運行的重要動力裝置，是確保列車運行的前提條件;其中，接觸網是牽引供電系統的關鍵組成部分。因此，做好接觸網運行狀態檢測、減少接觸網故障的發生，是保障牽引供電系統可靠運行的關鍵環節。

2013年，京滬高鐵在濟南維管段率先引入4C檢測設備（接觸網懸掛狀態檢測監測裝置），該設備能夠對接觸網零部件實施高精度成像檢測。2016年底，全線列車實現4C檢測常態化。

在4C檢測應用的過程中，京滬高鐵運維部門逐漸發現，單純依靠人工分析仍然存在諸多問題，突出表現為人工分析效率低、差異性大、漏檢率高等。

京滬高鐵每季度需分析300萬張圖片，20余人加班加點才能在20天內完成分析。如此一來，每人每天要判定8000張圖片、約30萬個零部件，不僅分析質量無法保證，還容易引發職業疾病。

與此同時，據測試，同樣300公里4C數據，兩組人分別分析，重復率不超過15%，差異性較大。

為解決京滬高鐵接觸網檢測面臨的問題，中鐵電氣化局集團有限公司京滬高鐵維管公司攜手商湯科技組建聯合研發團隊，開發出“4C智能分析系統”。

該系統基于智能視覺分析技術，推動檢測效率提升了20倍，不僅大大降低了檢測分析的勞動強度，提高了接觸網維管的智能化水平和檢測效率，也開啟了高鐵供電維管“智能時代”。

電網巡檢更便捷

新基建不僅在高鐵領域大展身手，也已在城市供電系統發揮重要作用，推動電網數字化、智能化發展。

在城市的輸電系統中，換流站檢修至關重要，對易發生故障的變電設備進行及時巡查，才能將故障隱患降到最低，切實提高變電運行的穩定性。

目前，商湯科技等企業開發出了智能換流站巡檢系統。借助基于增強現實技術的“AR巡檢”，換流站運維人員可提前根據工作任務，設定最優巡檢路線。

運維人員佩戴AR眼鏡等智能裝備，便可自動識別現場環境，實時獲知巡檢人員所在設備區域;借助人機交互技術，巡檢人員可全程記錄作業過程和巡檢數據，作業完畢后系統將自動分析處理，一鍵生成巡檢報告，有效提高電力運維效率，節省時間和人力成本。

此外，通過AR巡檢與遠程“孿生”指導技術，專家可以在電腦前標記，將三維空間物體標識和檢修說明推送到巡檢人員的AR眼鏡上，快速解決現場作業難題，提升協同效率。

并且，AR巡檢還能將運維過程中優質的作業過程儲存起來，提煉后形成標準、直觀的培訓課件，為企業高效開展技術、技能培訓等提供便利。

未來，在新基建的加持下，傳統基建將會變得更加綠色、智能、可持續，為城市實現高質量發展提供更加可靠的基礎支撐。