在陰暗潮濕的污水管道中向前爬行500多米，是《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，守護城市可持續發展的必經之路。幸運的是，與傳統人力手段不同，如今有了特種機器人來完成這一大量重復勞動，還有了AI智能算法幫助快速分析。
2018年，中科院深圳先進院與深圳博銘維技術股份有限公司聯手，成立國內首個城市管網大數據AI聯合實驗室，一起向守護城市“地下生命線”發起了挑戰。近日，深圳商報記者分別采訪了雙方科研人員。
管線衛士，快速診斷城市“暗病”
在博銘維位于深圳龍華區的辦公區內，走進大廳就能看到形狀各異、大小不一的各種機器人，它們是城市管道檢測的“鋼鐵衛士”。
“針對不同應用場景，我們分別研發了相應的機器人，比如高清無線潛望鏡，解決了大井深管道通信質量差的問題；管網檢測全地形機器人，采用螺旋推進設計，能應對高水位、高淤積管道的檢測；管中地質雷達機器人，則能快速獲取信息，探測排水管道周邊病害。”博銘維研發總監謝飛告訴記者。
為什么管道檢測如此重要？博銘維副總經理陳增兵以供排水管道舉例。
“統計發現，不少城市里出現的地面塌陷，導火索就是供排水管道破損，造成周圍的水土流失，形成空洞，繼而引發塌陷。”他說，“如果將城市看作一個人，我們行業就是搭建管網‘醫院’，找出城市暗病。”
事實上，不止“診斷”，博銘維正在探索一條集機器人創新研發、柔性生產制造、管網檢測維護與修復以及數字化治理的全流程解決方案。
其中，來自深圳先進院的AI算法，為行業注入了全新活力。
AI加身，透過現象看本質問題
對深圳先進院先進計算與數字工程研究所副研究員王亞立來說，開發管線AI算法，既是發揮專業優勢，又是全新挑戰。
“隨著特種機器人在管線領域的廣泛應用，產生的視頻數據量也不斷增加，單純依靠人工，不僅效率較低，還有可能產生漏判、誤判的情況。因此，AI的入局是必然。”他告訴記者。
利用深度學習來解決計算機視覺問題，王亞立團隊在業內已有相當的積累。而管線算法卻與此前的應用有些不同。“第一是由特種機器人拍攝的管道實況視頻，時長普遍在半小時以上，分析難度大大提升；第二是在光線不足、結構復雜的特殊環境下，如何教會AI正確判斷管線存在的問題，比如準確區分錯口和脫節。”他告訴記者。
為此，團隊為博銘維量身打造了一個“基于不完全監督多任務學習的管網視頻異常分析模型。”
據王亞立介紹，這個模型的創新點包括弱監督定位、時空注意力和多任務學習。
“拿到視頻后，AI會通過多任務處理，漸進式判斷管道缺陷。例如，AI通過視頻前后幀關聯，分析當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、缺陷等級如何、缺陷在哪個時鐘位置，從而實現管道異常的自動精準篩查。”王亞立說。
據悉，目前團隊積累了超過一萬條來自真實世界的城市管道視頻。通過這一算法，原來需要5個人進行的工作，現在1個人就可以完成，準確率達到90%以上。
優勢互補，為行業帶來全新想象
2018年，深圳先進院與博銘維的聯合實驗室正式成立。幾年來，兩個團隊開展定期會議、年度總結，已成了一種傳統。雙方一起建的“城市管網聯合實驗室”微信群，成員更在不斷增加。
“合作中，雙方各自的優勢都很突出，我們團隊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據，更是管網行業專家，對于我們算法模型的打造提供了專業知識方面的意見。”王亞立說。
談及AI對行業帶來的改變，謝飛則認為，遠不止于提高效率和安全性。“此前的管網檢測評估是一門經驗技術，相同的檢測視頻，不同的人評估的結果可能不一樣。借助AI，可以建立一種統一的評價標準，讓行業的發展進一步走向規范化。”他表示。
以實力鑄科技。就在不久前，由聯合實驗室打造的“面向復雜場景的排水管網智能檢測技術及裝置”，獲得了2022年度“機械工業科學技術獎”。這是國內機械行業唯一由國家批準的面向全國機械行業的綜合性獎項,也是機械工業領域最高的行業科學技術獎。
目前，聯合實驗室成果已在全國多個城市應用落地，博銘維的特種機器人也成功進軍海外，進一步擴大了業務范圍。
