AI机器人守护城市地下管网 深圳先进院与博铭维成立国内首个城市管网AI联合实验室
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博铭维展厅的管网特种机器人。
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读特客户端·深圳新闻网2022年11月1日讯（深圳商报首席记者袁斯茹文/图）在阴暗潮湿的污水管道中向前爬行500多米，是电影《肖申克的救赎》中，男主通向自由的距离。而定期检查城市地下管道，是保障供排水、供热、供气，守护城市可持续发展的必经之路。幸运的是，与传统人力手段不同，如今有了特种机器人来完成这一大量重复劳动，还有了AI智能算法帮助快速分析。
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2018年，中科院深圳先进院与深圳博铭维技术股份有限公司联手，成立国内首个城市管网大数据AI联合实验室，一起向守护城市“地下生命线”发起了挑战。近日，深圳商报记者分别采访了双方科研人员。
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管线卫士，快速诊断城市“暗病”
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在博铭维位于深圳龙华区的办公区内，走进大厅就能看到形状各异、大小不一的各种机器人，它们是城市管道检测的“钢铁卫士”。
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“针对不同应用场景，我们分别研发了相应的机器人，比如高清无线潜望镜，解决了大井深管道通信质量差的问题；管网检测全地形机器人，采用螺旋推进设计，能应对高水位、高淤积管道的检测；管中地质雷达机器人，则能快速获取信息，探测排水管道周边病害。”博铭维研发总监谢飞告诉记者。
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为什么管道检测如此重要？博铭维副总经理陈增兵以供排水管道举例。
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“统计发现，不少城市里出现的地面塌陷，导火索就是供排水管道破损，造成周围的水土流失，形成空洞，继而引发塌陷。”他说，“如果将城市看作一个人，我们行业就是搭建管网‘医院’，找出城市暗病。”
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事实上，不止“诊断”，博铭维正在探索一条集机器人创新研发、柔性生产制造、管网检测维护与修复以及数字化治理的全流程解决方案。
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其中，来自深圳先进院的AI算法，为行业注入了全新活力。
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AI加身，透过现象看本质问题
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对深圳先进院先进计算与数字工程研究所副研究员王亚立来说，开发管线AI算法，既是发挥专业优势，又是全新挑战。
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“随着特种机器人在管线领域的广泛应用，产生的视频数据量也不断增加，单纯依靠人工，不仅效率较低，还有可能产生漏判、误判的情况。因此，AI的入局是必然。”他告诉记者。
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利用深度学习来解决计算机视觉问题，王亚立团队在业内已有相当的积累。而管线算法却与此前的应用有些不同。“第一是由特种机器人拍摄的管道实况视频，时长普遍在半小时以上，分析难度大大提升；第二是在光线不足、结构复杂的特殊环境下，如何教会AI正确判断管线存在的问题，比如准确区分错口和脱节。”他告诉记者。
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为此，团队为博铭维量身打造了一个“基于不完全监督多任务学习的管网视频异常分析模型。”
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据王亚立介绍，这个模型的创新点包括弱监督定位、时空注意力和多任务学习。
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“拿到视频后，AI会通过多任务处理，渐进式判断管道缺陷。例如，AI通过视频前后帧关联，分析当前帧是管道里还是管道外、是不是有异常、异常是什么类型的缺陷、缺陷等级如何、缺陷在哪个时钟位置，从而实现管道异常的自动精准筛查。”王亚立说。
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据悉，目前团队积累了超过一万条来自真实世界的城市管道视频。通过这一算法，原来需要5个人进行的工作，现在1个人就可以完成，准确率达到90%以上。
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优势互补，为行业带来全新想象
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2018年，深圳先进院与博铭维的联合实验室正式成立。几年来，两个团队开展定期会议、年度总结，已成了一种传统。双方一起建的“城市管网联合实验室”微信群，成员更在不断增加。
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“合作中，双方各自的优势都很突出，我们团队在算法上有很好的积累，而博铭维不仅能提供大量管线视频数据，更是管网行业专家，对于我们算法模型的打造提供了专业知识方面的意见。”王亚立说。
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谈及AI对行业带来的改变，谢飞则认为，远不止于提高效率和安全性。“此前的管网检测评估是一门经验技术，相同的检测视频，不同的人评估的结果可能不一样。借助AI，可以建立一种统一的评价标准，让行业的发展进一步走向规范化。”他表示。
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以实力铸科技。就在不久前，由联合实验室打造的“面向复杂场景的排水管网智能检测技术及装置”，获得了2022年度“机械工业科学技术奖”。这是国内机械行业唯一由国家批准的面向全国机械行业的综合性奖项,也是机械工业领域最高的行业科学技术奖。
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目前，联合实验室成果已在全国多个城市应用落地，博铭维的特种机器人也成功进军海外，进一步扩大了业务范围。
