城市基础设施走向智能时代

胡正坤　田丰

在高铁检修领域，一名分析人员每天要判定8000张图片，智能分析系统则结束了人工分析的繁琐，推动检测效率提升20倍;在城市供电系统作业现场，运维人员使用AR眼镜代替肉眼，自动识别环境中的目标……

当前，加速推进的新基建，为城市道路、供水及供电系统等传统基建带来了焕发新生的难得机遇，不仅为基础设施养护降本增效，还推动基础设施实现自我感知、主动预警、辅助决策。

智能传感器、智能分析系统……新基建与传统基建的结合，正变得越来越紧密。

供水系统更安全

数据显示，随着我国城镇化进程的深入发展，基础设施养护成本在我国基础设施建设投资中的占比将持续上升。如何延长基础设施的安全使用寿命、降低养护成本，越来越成为我国城镇化进程中面临的重要挑战。

对此，国外已有许多创新实践。美国南卡罗来纳州运输部（SCDOT）发现，人工检查员往往会低估桥梁的强度，进而导致不必要的更换和维护成本。

在桥梁上安装上自动传感器后，则能够实时监测桥梁信息，使桥梁的安全使用寿命延長数年。并且，基于传感器的数据分析，可以识别桥梁是需要重建还是仅需翻修，从而减少不必要的建设投资。

DC Water是美国首都华盛顿特区及其周边地区的饮用水供应公司，管理着1300英里长的供水管道和1800英里长的下水管道，其中一些管道的使用寿命已经长达100多年，维护起来既昂贵又困难。

为了自动化检测并识别管道异常情况，DC Water采用了微软认知工具包系统。该系统使用传感器、人工智能和物联网对供水系统进行检测分析，将检测过程从数小时缩短至几分钟。并且，通过主动识别潜在的水管破裂情况和水质问题，大大降低了DC Water的养护成本，提升了供水系统的安全性和可靠性。

通过AR巡检与远程“ 孪生”指导技术，专家可以在电脑前标记，将三维空间物体标识和检修说明推送到巡检人员的AR眼镜上，快速解决现场作业难题，提升协同效率。

在城市供水系统监测方面，美国密歇根州安娜堡则通过开源传感器、硬件和算法，来测量和控制雨水。借助传感器节点，系统可以收集有关水流和水质的数据，并通过蜂窝网络传输数据，提供实时水情。在暴雨后，城市供水系统还可远程控制开启和关闭阀门，以释放或保存雨水。

类似的传感装置，也被许多城市用于监测污水中的病毒和药物等物质含量。在疫情蔓延的背景下，这项技术正变得越来越重要。通过污水监测，城市甚至能够在病毒暴发之前就发现疫情，对公共卫生决策具备重要指导作用。

高铁监测更智能

在国内，人工智能等新一代信息技术，也在加快走向基础设施建设与养护的各环节。

作为国家名片“中国高铁”的典型代表，京沪高铁在运用人工智能技术实现铁路电网检测数据智能分析方面，走在了时代前沿。

牵引电力是高铁列车运行的重要动力装置，是确保列车运行的前提条件;其中，接触网是牵引供电系统的关键组成部分。因此，做好接触网运行状态检测、减少接触网故障的发生，是保障牵引供电系统可靠运行的关键环节。

2013年，京沪高铁在济南维管段率先引入4C检测设备（接触网悬挂状态检测监测装置），该设备能够对接触网零部件实施高精度成像检测。2016年底，全线列车实现4C检测常态化。

在4C检测应用的过程中，京沪高铁运维部门逐渐发现，单纯依靠人工分析仍然存在诸多问题，突出表现为人工分析效率低、差异性大、漏检率高等。

京沪高铁每季度需分析300万张图片，20余人加班加点才能在20天内完成分析。如此一来，每人每天要判定8000张图片、约30万个零部件，不仅分析质量无法保证，还容易引发职业疾病。

与此同时，据测试，同样300公里4C数据，两组人分别分析，重复率不超过15%，差异性较大。

为解决京沪高铁接触网检测面临的问题，中铁电气化局集团有限公司京沪高铁维管公司携手商汤科技组建联合研发团队，开发出“4C智能分析系统”。

该系统基于智能视觉分析技术，推动检测效率提升了20倍，不仅大大降低了检测分析的劳动强度，提高了接触网维管的智能化水平和检测效率，也开启了高铁供电维管“智能时代”。

电网巡检更便捷

新基建不仅在高铁领域大展身手，也已在城市供电系统发挥重要作用，推动电网数字化、智能化发展。

在城市的输电系统中，换流站检修至关重要，对易发生故障的变电设备进行及时巡查，才能将故障隐患降到最低，切实提高变电运行的稳定性。

目前，商汤科技等企业开发出了智能换流站巡检系统。借助基于增强现实技术的“AR巡检”，换流站运维人员可提前根据工作任务，设定最优巡检路线。

运维人员佩戴AR眼镜等智能装备，便可自动识别现场环境，实时获知巡检人员所在设备区域;借助人机交互技术，巡检人员可全程记录作业过程和巡检数据，作业完毕后系统将自动分析处理，一键生成巡检报告，有效提高电力运维效率，节省时间和人力成本。

此外，通过AR巡检与远程“孪生”指导技术，专家可以在电脑前标记，将三维空间物体标识和检修说明推送到巡检人员的AR眼镜上，快速解决现场作业难题，提升协同效率。

并且，AR巡检还能将运维过程中优质的作业过程储存起来，提炼后形成标准、直观的培训课件，为企业高效开展技术、技能培训等提供便利。

未来，在新基建的加持下，传统基建将会变得更加绿色、智能、可持续，为城市实现高质量发展提供更加可靠的基础支撑。