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城市安全 | 创新无人机巡检方案,让管线开挖野蛮施工“无所遁形”!

地下管网,既是城市建设的“里子”工程,更是“良心”工程。近年来,由于第三方施工导致的管道破坏事故频发,给管线的安全运营带来了极大挑战。在管线运营管理中,各管线权属单位通常依赖于人工盯防的传统巡检方式,这种方式不仅效率低下,且极易因盯防不及时导致管线挖断事故。

针对这一行业痛点,我院地下工程探测研究所研发了一种基于无人机机巢网络的管线开挖巡检解决方案,这一方案能对涉管线开挖的线索进行精准识别和快速响应,大幅提升管线巡检效率和准确性,为地下管线的安全运营提供有力保障。



01

管线开挖巡检痛点


(1)管线开挖施工会签情况不理想

早在2017年,广州市便启用了全市地下管线开挖及会签管理系统(现升级为广州市地下管线建设管理系统),要求涉及道路、轨道交通、民防、管线(含架空线)、地下空间开发等建设项目,包含开挖、勘探、钻探、爆破、桩基施工等活动的其他项目,建设单位在施工前须将施工方案上传系统会签管线权属单位,与管线权属单位对接制定管线保护方案,落实管线开挖及施工安全交底。但实际情况是,每年仍有不少第三方开挖施工未在广州市地下管线建设管理系统发起会签,为管线保护工作带来极大挑战。

(2)人工盯防式巡检管理成本高

目前,管线权属单位大多采用“人工盯防”的传统作业模式,需投入大量巡检员开展管线开挖巡检工作,管理成本高。



02

三大基础上创新巡检方案


(1)我院支撑广州市完成地下市政基础设施普查,建立了现势性较好的地下市政基础设施综合管线数据库

受市住房和城乡建设局委托,我院于2023年7月完成了广州市城市地下市政基础设施普查工作。截至2024年8月,广州市已建立覆盖全广州3m以上主干道、总长度超9.7万公里的地下市政基础设施综合管线数据库,涵盖给水、排水、燃气、电力、通信、热力等十大类管线。


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我院承担完成广州市城市地下市政基础设施普查

图源:自摄


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广州市地下市政基础设施综合管线数据库(局部)

图源:自制


(2)国内首创管线脱敏共享模式,为管线开挖巡检场景创造了管线数据利用条件

为解决因地下管线数据涉密导致数据共享利用难的关键问题,我院在国内创新性提出地下管线数据脱敏共享解决方案,通过政务网为广州市各委办局提供数据共享服务。截至2024年8月,番禺区实景三维城市空间综合治理系统、番禺CIM平台、广州智慧水务一体化平台、广州市燃气设施(地下管线)规划建设综合管理平台、广州市城市体检评估信息系统、广城服GIS云平台等多个委办局的数字政务应用申请了排水、给水、通信、燃气、电力、热力、工业、石油管线等管线数据服务,累计访问次数超150000次。


(3)我院已搭建无人机飞控平台并在全市域布局无人机基站建设,为管线开挖巡检业务场景提供了基础设施条件

目前,我院已自研搭建了专业级的无人机飞控平台,并在各区布局无人机基站建设,为管线开挖巡检业务场景提供了坚实的基础设施条件。


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我院搭建的无人机飞控平台(局部)

图源:自制



03

实现精准识别第三方施工


地下工程探测研究所研发团队通过深入管线权属单位等一线开展调研,剖析管线开挖巡检面临的痛点,克服多项技术难题,大胆创新,研发了基于无人机机巢网络的管线开挖巡检解决方案,为管线安全运营保驾护航。  


(1)技术创新点

 应用深度学习算法YOLOv8,针对开挖施工事件识别,训练并优化基于YOLOv8的深度学习模型,采用Decoupled-Head方法将分类和回归任务分开进行,对无人机航片样本进行训练和识别,有效提升开挖施工事件识别的准确率。

 开发无人机航片坐标反算算法,通过反复迭代,不断修正由于天气、避障等因素带来的误差,大幅提升无人机航片的坐标反算精度。


(2)巡检工作流程

布设无人机机巢并设置自动巡检航线。


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在我院无人机飞控平台上进行航线规划

图源:自制


◉ 通过无人机飞控平台发出作业指令,控制无人机依照航线对监测区域进行巡检作业,按1周/次或2周/次的固定频次执行巡航任务,对监测区进行无人机全域航拍

 结合开挖施工事件AI识别模型与涉管线开挖分析算法,对涉管线的开挖施工线索进行识别,同时解算线索的精准空间位置,将最终线索通过院开发的“线索核查小程序”推送给相关管线权属单位进行快速处理。

◉ 管线权属单位巡检员在“线索核查小程序”上办理待办任务,通过精准的定位信息定位到线索现场进行核查。


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基于解决方案开发的“线索核查小程序”

图源:自绘


在此基础上,我院还从三方面对本方案进行提升优化,为管线安全运营提供更为高效智能的保障方案:

一是扩大覆盖范围,在全市全面推广无人机机巢系统,增加无人机基站覆盖范围,确保全市管线开挖巡检无盲区。二是持续提升识别精度,通过样本训练和模型修正,不断优化深度学习算法,进一步提升地面开挖施工事件识别的准确率,减少误报和漏报情况。三是开发更加智能的管线开挖线索综合处理系统平台,集成数据采集、分析、处理和可视化功能,提高管理效率和决策能力。



04

预期效益


(1)为全市管线权属单位提供管线开挖巡检运营服务,助其降本增效

我院提供的解决方案可精准识别地面开挖施工线索,并提供线索的高精度定位信息,应用于管线权属单位日常巡检工作后,可有效解决开挖施工“发现难”的关键问题,同时极大降低人工巡检工作量和人力投入,助力企业降本增效。


(2)服务住建、城管、水务等管理部门,为管线安全监管提供技术支撑

目前,广州市住建、城管、水务等管理部门主要通过广州市地下管线建设管理系统对管线的的安全运营进行监管,本解决方案推广后,可对接广州市地下管线建设管理系统并向其推送开挖施工线索,进一步发现和暴露不通过系统发起会签的开挖施工,促使第三方施工破坏管线事故进一步减少。


未来,我院将按照《广东省城市基础设施生命线安全工程三年行动方案》要求,依托广州市地下管线的数据优势,深化地下管线“探-测-监”全链条领域的技术研发,拓展管线数据要素应用场景的广度和深度,打造系列示范应用,同时,推进管线数据资产化研究,让管线数据真正“动起来、用起来、活起来”,推动社会经济发展实现乘数效应。



城市地下空间安全监测研究中心是院技术特色中心之一,是为实现“提升城市韧性,保障城市安全,推进城市地下空间高质量发展”而培育搭建的科技创新平台。中心依托地下工程探测研究所在城市地下空间及市政设施领域的长期研究积累,融合地球物理、测绘地理信息、人工智能、物联网、大数据等高新技术,开展地下空间安全监测领域创新研究,为城市地下空间的建设管理和安全监测提供全面、高效和智能的解决方案。



供稿|地下工程探测研究所 · 城市地下空间安全监测研究中心

技术审核|总工程师办公室

文图编辑|办公室



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原文始发于微信公众号(广州市规划院):城市安全 | 创新无人机巡检方案,让管线开挖野蛮施工“无所遁形”!

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