無(wú)人機(jī)在地下廢水隧道檢查應(yīng)用

背景

擁有 600 萬(wàn)人口的馬德里大都市區(qū)擁有歐洲最 大的污水管網(wǎng)之一。這個(gè)龐大的基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)擁有超過(guò) 15,000 公里的污水管道，其中超過(guò) 2,400 公里為大直徑管道，在西班牙首都的日常生活和環(huán)境影響中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

與其他城市一樣，這些隧道的維護(hù)至關(guān)重要，以盡量減少水損失，防止地下污染以及最終可能導(dǎo)致坍塌的結(jié)構(gòu)損壞。為此，需要定期檢查，以便：

1. 評(píng)估隧道整體狀況，盡早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

2. 識(shí)別無(wú)記錄的連接和非法泄漏

3. 準(zhǔn)確繪制這些復(fù)雜隧道的確切軌跡

問(wèn)題

過(guò)去，井道清潔工在相當(dāng)危險(xiǎn)的條件下進(jìn)行檢查。在沒(méi)有光線、無(wú)法接觸地面、存在有毒氣體的密閉空間中，任何小事故都可能造成致命后果。

出于 安全原因，勞動(dòng)法不允許更多員工穿過(guò)此類隧道，或者當(dāng)允許時(shí)，要求采取極端的安全措施來(lái)降低風(fēng)險(xiǎn)，這使得檢查過(guò)程成本高昂且耗時(shí)。

在小直徑的隧道中，輪式機(jī)器人的使用使工作變得更加方便，可以提供內(nèi)部幾十分之一米的實(shí)時(shí)圖像。然而，對(duì)于大直徑的隧道，這些設(shè)備缺乏穿越深水、淤泥覆蓋區(qū)域和越過(guò)障礙物的能力，因此空中機(jī)器人（一種無(wú)人機(jī)）是唯 一的選擇。

然而，載人無(wú)人機(jī)并不是一個(gè)好的選擇，因?yàn)椴僮鲉T和機(jī)器人之間的無(wú)線電連接通常會(huì)因路徑上的幾個(gè)陰影區(qū)域而丟失，這主要是由于長(zhǎng)距離和隧道追蹤中現(xiàn)有的曲線以及成堆的落石造成的。

因此， 無(wú)需飛行員、無(wú)需無(wú)線電通信、無(wú)需 GPS/GNSS 和無(wú)需燈光即可操作的自主無(wú)人機(jī) 是確保安全和完整地繪制隧道地圖的唯 一解決方案。

解決方案

伊莎貝爾二世運(yùn)河是負(fù)責(zé)處理馬德里整個(gè)水循環(huán)的公共實(shí)體，它是采用新技術(shù)的先驅(qū)，也是第 一個(gè)推動(dòng)使用自動(dòng)無(wú)人機(jī)進(jìn)行地下檢查的城市。

在一次設(shè)有多個(gè)截止期限的創(chuàng)新公開招標(biāo)中，Hovering Solutions 的技術(shù)得分明顯高于其他任何替代方案，并最終被選為唯 一完全滿足大型下水道自主檢查要求的提案。

憑借這一支持以及其他早期采用者和項(xiàng)目，Hovering Solutions 已將其尖端解決方案推向了當(dāng)前階段，

其 專有的硬件和軟件 可以 在沒(méi)有飛行員的情況下執(zhí)行任務(wù)， 與任何外部設(shè)備進(jìn)行無(wú)線電通信 ，甚至可以 在沒(méi)有 GPS/GNSS 信號(hào)或 環(huán)境光的情況下執(zhí)行任務(wù)。到目前為止，Hovering Solutions 已經(jīng)在十幾個(gè)城市檢查并數(shù)字化了數(shù)百公里的下水道和管道，并進(jìn)入了這些管道網(wǎng)絡(luò)中最 具挑戰(zhàn)性的部分。

在所有這些任務(wù)中，無(wú)人機(jī)飛越了 一個(gè)世紀(jì)前修建的 、三十年來(lái)無(wú)人進(jìn)入的 隧道，幫助識(shí)別了數(shù)百起未經(jīng)記錄或非法的泄漏 和連接，還提供了 原始圖紙丟失或不可靠的隧道的確切路徑 。

 典型任務(wù)一次飛行 可覆蓋 3 公里，飛行時(shí)間長(zhǎng)達(dá)30 分鐘，從某個(gè)沙井發(fā)射無(wú)人機(jī)，并在上游或下游的偏遠(yuǎn)地區(qū)回收。當(dāng)無(wú)法在偏遠(yuǎn)地區(qū)回收時(shí)，也可以設(shè)置往返飛行。

 Hovering Solutions 正在研發(fā)一款小型機(jī)器人，旨在在小直徑管道中飛行。這款緊湊型無(wú)人機(jī)的轉(zhuǎn)子間距僅為 22 厘米，到 2023 年底將能夠 沿著 80-120 厘米（31-47 英寸）的管道飛行。

結(jié)果

對(duì)于客戶來(lái)說(shuō)， 安全 優(yōu)勢(shì)從第 一刻起就顯而易見，當(dāng)沒(méi)有人需要進(jìn)入下水道時(shí)，他們配備了通風(fēng)面罩，并且救援隊(duì)在外面等候。

除此之外，主要優(yōu)勢(shì)在于 收集的高質(zhì)量數(shù)據(jù)量，包括捕捉每平方厘米的完整測(cè)量級(jí) 3D 模型。這允許對(duì)隧道狀況、橫截面形狀和尺寸進(jìn)行整體評(píng)估，并通過(guò)比較不同的檢查 來(lái)跟蹤它。

檢查結(jié)果主要包括三個(gè)部分：

l地理參考彩色 3D 點(diǎn)云：它們以絕 對(duì)坐標(biāo)提供三維數(shù)據(jù)。其數(shù)百萬(wàn)個(gè)點(diǎn)中的每一個(gè)都有緯度、經(jīng)度和海拔單位，與激光站收集的其他地形數(shù)據(jù)類似。此類信息與估計(jì)橫截面形狀、尺寸、體積、變形和流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算相關(guān)。

l高分辨率全景圖像：同樣帶有地理參考，可提供點(diǎn)云中沒(méi)有的關(guān)鍵信息，可用于評(píng)估表面狀況并識(shí)別損壞情況。圖像既簡(jiǎn)單又全景（180o FOV），后者更適合在可視化工具中進(jìn)行沉浸式檢查，類似于在 Google 街景中穿過(guò)隧道。

l損壞報(bào)告：一份全面的文件，其中包含在隧道中發(fā)現(xiàn)的所有損壞，根據(jù)歐盟標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類和量化，可以更輕松地處理和綜合檢查產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)。

Hovering Solutions 還提供了一個(gè)在線（基于 Web）3D 可視化平臺(tái)， 可顯示圖像和點(diǎn)云以及它們?cè)诘貓D上的絕 對(duì)位置。此工具可通過(guò)任何設(shè)備或操作系統(tǒng)訪問(wèn)，是可視化數(shù)據(jù)的最敏捷、最靈活的工具，無(wú)需使用特定軟件打開笨重的點(diǎn)云文件（通常有數(shù)百 MB）。輸出數(shù)據(jù)格式是標(biāo)準(zhǔn)的，可以使用測(cè)量員和工程師通常使用的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)云軟件導(dǎo)出和訪問(wèn)。圖像也具有標(biāo)準(zhǔn)格式，可在任何筆記本電腦或平板電腦中查看，包括嵌入的地理參考 EXIF 標(biāo)簽。

與其他應(yīng)用領(lǐng)域一樣，無(wú)人機(jī)正在改變檢查方式，提供 更準(zhǔn)確的 數(shù)據(jù) ，同時(shí)提高 安全性。隨著城市地區(qū)向智慧城市轉(zhuǎn)型，這項(xiàng)技術(shù)正在成為一種標(biāo)準(zhǔn)工具。