苏大学子发明管网智慧监控系统实现对管网的智能化管理

    城市地下管网是指城市范围内供水、排水、燃气、热力、电力、通信、广播电视、工业等管线及其附属设施，是保障城市运行的重要基础设施和生命线，各类管线像人的血管一样，重要却难以触及。随着城市的不断发展，地下各类管线已经形成了纵横交错的复杂管线网络，由于缺乏统一管理与实时监控，导致管网事故频发，经常出现“拉链马路”现象，严重影响了人民的生命财产安全，管网安全也时刻牵动各级政府的心。

    苏州大学计算机科学与技术学院嵌入式人工智能与物联网实验室怀着用科学技术提升城市人民幸福感的使命，在王宜怀教授的细心指导下，历经一年半成功研发出了一款低功耗、自动化、应用性强的国产管网智慧监控系统。该系统能同时监测管网内的供水、排水、供热以及燃气四类管线，并能对管线异常情况进行预警，辅助管理人员准确迅速的定位和排除故障，真正实现了对管网的主要管线的全周期监控。

    研发团队负责人刘中华介绍说，研发的智慧管网监控系统充分融合了传感器技术、无线传感网络技术、NB-IoT通信技术以及远程升级技术等，提出了“一张网一朵云一个图”的解决方案，通过管网内安装监控设备，形成实时监测管网的无线传感网络，基于阿里云研发云服务器侦听软件，实时接收传感器网络数据，在系统的监控平台中对所接受的管网数据进行可视化，可更直观的方式实时显示管网状况，时刻保障管网安全。值得一提的是，为突破国外的技术封锁，整个系统研发采用国产芯片与国产操作系统，为了进一步提升监控系统的性能以及降低成本，团队自研了终端多跳路由转发算法实现终端数据自组网传输，通过应用低功耗技术降低系统的运维开销，结合远程更新技术提高可维护性，同时还应用了GA-BP神经网络算法，使系统具备预警功能。

    “学生通过完整的参与整个物联网项目的研发，能极大的锻炼动手能力，并且让学生更加深刻的理解如何攻克技术难题，提高其创新能力。”研发团队指导老师王宜怀教授说。研发团队的学生们告诉记者，在项目研发过程中遇到了不少的技术难题，曾多次在实验室里通宵达旦的写代码、做测试，直至成功研发出管网智慧监控系统。“在苏州管廊进行实地系统安装时，为了更好的测试系统的性能，我们亲自过去指导安装。”刘中华说，这个研发项目凝聚了团队每个人的心血，特别是王宜怀老师的耐心指导，能成功研发并运行，是我们最开始的事情，也希望管网智慧监控系统能提升城市运维水平，为城市治理贡献一份力量。
 

右－为苏州市政协常委、苏州大学嵌入式系统与物联网研究所所长、博导王宜怀教授
 

    苏大学生发明综合管廊智慧监控系统

    我们知道，地下管网是城市生命线，起到了维持城市正常运转的重要作用。而综合管廊作为管网行业发展的新兴产物，将成为未来城市管网发展建设的方向。多年以来，我国已经设置了25座城市作为试点，建设了数千公里的综合管廊，未来里程还将不断攀升。但同时，管网的安全尚未得到保障，我国仍然缺少一种成本低、精度高、有预测功能的地下管网智慧监控系统，以保障人民生命财产安全。

    在这样的背景下，几位苏州大学计算机科学与技术学院的研究生在导师的指导下，自主研发了一款适用于综合管廊的城市管网智慧监控系统。该系统能够以较高的准确率与较低的成本，实现管廊事故的监测和预警，彻底改变以往依靠人工巡检、视频监控、机器人巡检等方式进行地下管网监控的现状，达到了经济实惠与精准智能相平衡的效果。除此以外，设备还同时拥有远程更新技术，鼠标一点，即可调整铺设在几十公里道路上的设备，大幅降低了设备维护成本。同时，在我国面临科技封锁的当下，这套由学生自主研发完成的系统，完全建立在国产技术与设备的基础上，这也成为了本项目的亮点之一。

    项目负责人刘中华同学在向我们介绍时提到，“我们的产品是通过传感器收集管道周边的各个物理量，并进行智能化分析，来预测事故发生的概率。通过模型的调整，我们的事故预测准确率已经达到了80%，处于行业内的领先水平。”这几位苏州大学计算机科学与技术学院的研究生利用自己的课余时间，参与社会实践，了解社会需求，并利用自身的技术特长成功地解决了社会性的难题。

    这样一种先进的产品，一经问世就自然地受到了苏州市地下管线和道路停车管理所的青睐。在政府部门的帮助下，该产品已经在苏州的综合管廊进行了试应用，并取得了良好的效果。未来，这几名学生希望能够将产品推广到全市，全省乃至周边各省，最终覆盖全国。这件产品被学生们称作“城市慧眼”，那么就让我们共同期待这双眼睛有一天能够真正实现守护全国人民生命财产安全的目标！
 

实现对城市管网的智能化管理示意图
 

    苏大成功研发新型综合管廊监控系统

    自2015年起，国家多次发文在多个城市内推进综合管廊的试点工作。截止目前，国内已有超过9000公里的综合管廊落地成功并投入使用。相较于传统的管网铺设方式，综合管廊具有多种优势，比如多种管网统一管理、避免反复填挖的问题等。很明显，城市综合管廊是未来城市管网的发展趋势。

    综合管廊因为其特殊的地理位置和社会地位，需要更加精准与智慧的监控。相较于以前的多采用人工巡检、机器人巡检以及视频巡检的管廊监控方式，苏州大学计算机科学与技术学院嵌入式人工智能与物联网实验室提供了一种国产化、自动化的完整的综合管廊监控系统。该系统由终端设备、云侦听程序以及人机交互系统三部分组成。相比于以前，该系统最具突破性的方面在于实现了终端设备远程升级的方式，工作人员不再需要到管廊现场对终端设备进行维护或者升级，而只需要利用PC机，即可实现对终端设备的维护升级工作。除此之外，该系统还具有诸多亮点，如：利用多传感器融合技术实现同时对供水管、排水管、供暖管以及天然气管道的同时监测；优化BP神经网络算法，对异常情况的发生达到精准预测的效果；考虑到综合管廊位于地下，数据传输需要经过地上与地下两种不同的地理环境，因此该系统将WSN与NB－IoT两种传输技术完美的融合，首创WSN多条路由转发算法解决其传输距离有限的问题，保证了数据的可靠稳定传输；研发设备低功耗策略采用电池计量芯片以及高精度电阻大大延长了硬件的使用寿命等等。

    据了解，从去年开始，他们研发的产品就已经在苏州的综合管廊投入测试运行，从目前的运行结果和苏州地下管线管理所的反馈来看，他们的产品质量稳定，能够很好地实现对管廊的监控管理，在精度与稳定方面都达到较高的程度，统计后的平均月故障率也基本小于千分之一。

    在参与整个研发过程中，学生们刻苦钻研、不断创新，动手能力已经相当于在企业中工作１到２年的程度。”该研发团队指导老师王宜怀教授说。研发团队的学生们和记者交流时说到，他们在研发过程中确实吃了不少的苦，在实验室夜以继日的写代码，做测试，产品进行测试运行时，还亲自进入管廊中进行安装与调试观察。但是他们也提到，虽然付出了很多的艰辛，但收获的也很多，对他们的成长带来了非常大的好处。项目负责人刘中华说：“这个研发项目倾注了团队中每个人的心血，能够研发成功并且运行是我们最大的也是最开心的收获。”

　　(责任编辑：白雪峰)