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蘇大學子發明管網智慧監控系統實現對管網的智能化管理
城市地下管網是指城市范圍內供水、排水、燃氣、熱力、電力、通信、廣播電視、工業等管線及其附屬設施，是保障城市運行的重要基礎設施和生命線，各類管線像人的血管一樣，重要卻難以觸及。隨著城市的不斷發展，地下各類管線已經形成了縱橫交錯的復雜管線網絡，由于缺乏統一管理與實時監控，導致管網事故頻發，經常出現“拉鏈馬路”現象，嚴重影響了人民的生命財產安全，管網安全也時刻牽動各級政府的心。
蘇州大學計算機科學與技術學院嵌入式人工智能與物聯網實驗室懷著用科學技術提升城市人民幸福感的使命，在王宜懷教授的細心指導下，歷經一年半成功研發出了一款低功耗、自動化、應用性強的國產管網智慧監控系統。該系統能同時監測管網內的供水、排水、供熱以及燃氣四類管線，并能對管線異常情況進行預警，輔助管理人員準確迅速的定位和排除故障，真正實現了對管網的主要管線的全周期監控。
研發團隊負責人劉中華介紹說，研發的智慧管網監控系統充分融合了傳感器技術、無線傳感網絡技術、NB-IoT通信技術以及遠程升級技術等，提出了“一張網一朵云一個圖”的解決方案，通過管網內安裝監控設備，形成實時監測管網的無線傳感網絡，基于阿里云研發云服務器偵聽軟件，實時接收傳感器網絡數據，在系統的監控平臺中對所接受的管網數據進行可視化，可更直觀的方式實時顯示管網狀況，時刻保障管網安全。值得一提的是，為突破國外的技術封鎖，整個系統研發采用國產芯片與國產操作系統，為了進一步提升監控系統的性能以及降低成本，團隊自研了終端多跳路由轉發算法實現終端數據自組網傳輸，通過應用低功耗技術降低系統的運維開銷，結合遠程更新技術提高可維護性，同時還應用了GA-BP神經網絡算法，使系統具備預警功能。
“學生通過完整的參與整個物聯網項目的研發，能極大的鍛煉動手能力，并且讓學生更加深刻的理解如何攻克技術難題，提高其創新能力。”研發團隊指導老師王宜懷教授說。研發團隊的學生們告訴記者，在項目研發過程中遇到了不少的技術難題，曾多次在實驗室里通宵達旦的寫代碼、做測試，直至成功研發出管網智慧監控系統。“在蘇州管廊進行實地系統安裝時，為了更好的測試系統的性能，我們親自過去指導安裝。”劉中華說，這個研發項目凝聚了團隊每個人的心血，特別是王宜懷老師的耐心指導，能成功研發并運行，是我們最開始的事情，也希望管網智慧監控系統能提升城市運維水平，為城市治理貢獻一份力量。
 右－為蘇州市政協常委、蘇州大學嵌入式系統與物聯網研究所所長、博導王宜懷教授
蘇大學生發明綜合管廊智慧監控系統
我們知道，地下管網是城市生命線，起到了維持城市正常運轉的重要作用。而綜合管廊作為管網行業發展的新興產物，將成為未來城市管網發展建設的方向。多年以來，我國已經設置了25座城市作為試點，建設了數千公里的綜合管廊，未來里程還將不斷攀升。但同時，管網的安全尚未得到保障，我國仍然缺少一種成本低、精度高、有預測功能的地下管網智慧監控系統，以保障人民生命財產安全。
在這樣的背景下，幾位蘇州大學計算機科學與技術學院的研究生在導師的指導下，自主研發了一款適用于綜合管廊的城市管網智慧監控系統。該系統能夠以較高的準確率與較低的成本，實現管廊事故的監測和預警，徹底改變以往依靠人工巡檢、視頻監控、機器人巡檢等方式進行地下管網監控的現狀，達到了經濟實惠與精準智能相平衡的效果。除此以外，設備還同時擁有遠程更新技術，鼠標一點，即可調整鋪設在幾十公里道路上的設備，大幅降低了設備維護成本。同時，在我國面臨科技封鎖的當下，這套由學生自主研發完成的系統，完全建立在國產技術與設備的基礎上，這也成為了本項目的亮點之一。
項目負責人劉中華同學在向我們介紹時提到，“我們的產品是通過傳感器收集管道周邊的各個物理量，并進行智能化分析，來預測事故發生的概率。通過模型的調整，我們的事故預測準確率已經達到了80%，處于行業內的領先水平。”這幾位蘇州大學計算機科學與技術學院的研究生利用自己的課余時間，參與社會實踐，了解社會需求，并利用自身的技術特長成功地解決了社會性的難題。
這樣一種先進的產品，一經問世就自然地受到了蘇州市地下管線和道路停車管理所的青睞。在政府部門的幫助下，該產品已經在蘇州的綜合管廊進行了試應用，并取得了良好的效果。未來，這幾名學生希望能夠將產品推廣到全市，全省乃至周邊各省，最終覆蓋全國。這件產品被學生們稱作“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現守護全國人民生命財產安全的目標！
 實現對城市管網的智能化管理示意圖
蘇大成功研發新型綜合管廊監控系統
自2015年起，國家多次發文在多個城市內推進綜合管廊的試點工作。截止目前，國內已有超過9000公里的綜合管廊落地成功并投入使用。相較于傳統的管網鋪設方式，綜合管廊具有多種優勢，比如多種管網統一管理、避免反復填挖的問題等。很明顯，城市綜合管廊是未來城市管網的發展趨勢。
綜合管廊因為其特殊的地理位置和社會地位，需要更加精準與智慧的監控。相較于以前的多采用人工巡檢、機器人巡檢以及視頻巡檢的管廊監控方式，蘇州大學計算機科學與技術學院嵌入式人工智能與物聯網實驗室提供了一種國產化、自動化的完整的綜合管廊監控系統。該系統由終端設備、云偵聽程序以及人機交互系統三部分組成。相比于以前，該系統最具突破性的方面在于實現了終端設備遠程升級的方式，工作人員不再需要到管廊現場對終端設備進行維護或者升級，而只需要利用PC機，即可實現對終端設備的維護升級工作。除此之外，該系統還具有諸多亮點，如：利用多傳感器融合技術實現同時對供水管、排水管、供暖管以及天然氣管道的同時監測；優化BP神經網絡算法，對異常情況的發生達到精準預測的效果；考慮到綜合管廊位于地下，數據傳輸需要經過地上與地下兩種不同的地理環境，因此該系統將WSN與NB－IoT兩種傳輸技術完美的融合，首創WSN多條路由轉發算法解決其傳輸距離有限的問題，保證了數據的可靠穩定傳輸；研發設備低功耗策略采用電池計量芯片以及高精度電阻大大延長了硬件的使用壽命等等。
據了解，從去年開始，他們研發的產品就已經在蘇州的綜合管廊投入測試運行，從目前的運行結果和蘇州地下管線管理所的反饋來看，他們的產品質量穩定，能夠很好地實現對管廊的監控管理，在精度與穩定方面都達到較高的程度，統計后的平均月故障率也基本小于千分之一。
在參與整個研發過程中，學生們刻苦鉆研、不斷創新，動手能力已經相當于在企業中工作１到２年的程度。”該研發團隊指導老師王宜懷教授說。研發團隊的學生們和記者交流時說到，他們在研發過程中確實吃了不少的苦，在實驗室夜以繼日的寫代碼，做測試，產品進行測試運行時，還親自進入管廊中進行安裝與調試觀察。但是他們也提到，雖然付出了很多的艱辛，但收獲的也很多，對他們的成長帶來了非常大的好處。項目負責人劉中華說：“這個研發項目傾注了團隊中每個人的心血，能夠研發成功并且運行是我們最大的也是最開心的收獲。”
(責任編輯：白雪松)
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