“问鼎智井”——地下管网命脉守护者

“问鼎智井”是一支来自南开大学的本科生创业团队,他们仅用不到一年时间开发的智能地下管网监测井盖,已成为国内业界领先产品。该团队实现了大量技术突破,并已成功将产品部署在北京城市管网,其中包括钓鱼台国宾馆和北京冬奥会场馆等重点场所。目前,该团队已实现三百余台井盖的销量,总销售额高达两百五十余万元人民币。

地下管网是城市稳定运转的“命脉”,然而这条命脉却潜藏着许多安全风险。2022年5月12日,西安市一名三岁男童不慎掉入窨井被冲走,引起社会各界广泛关注。事实上,每年全国窨井意外及施工事故造成的伤亡高达上千人。同时,伴随着电网入地、通信入地等工程,井下线缆及设备的安全成为保障电网安全和通信网络稳定的重要前提。机关、部队、其他保密单位等重点场所的井下线路携带大量涉密信息,防入侵、防窃听需求极为迫切。

为解决上述问题,电力、通信、水务、市政等领域的相关部门在综合成本、可管理性、易用性等多方面考虑,把目光投向了智能物联网井盖,并于2019年初面向全社会进行招标。这种智能井盖位于普通井盖下方,上方井盖异常离位则报警,彻底解决井口坠人问题。智井还装有锁具,维修人员才可开锁,阻断破坏或者窃密。更重要的是,它将不断采集环境数据,监测各类险情。然而,已有智能井盖产品存在的痛点问题使其缺乏实用性。主要表现为,产品功耗太高,其直接结果是每日仅能采集一次数据,数据时效性极差,异常无法及时发现;另一方面,其仅有两三年的待机时间使得更换电池的人力成本极高。除此之外,现有产品仅依靠粗放的阈值报警,极易形成误报和漏报。更重要的是,其数据传输上依托4G网络,不具备保密性。

南开大学“问鼎智井”团队针对智井功耗高和无法精确报警两大突出难题进行了不懈探索。经过团队内物联、通信、计算机等学科同学的通力协作,成功自主设计出节能网关,优化电路布局设计,将功耗降低到极致。该团队还创造性的开发出多设备局域组网通信方案,实现了均衡负载,建立了监控设备的端侧判断机制,设备根据所采数据自主决定是否报警,减少了通信频率,充分利用边缘算力,从而降低通信环节的功耗开销。

该团队成员敏锐的注意到智能井盖的报警条件会受到诸如环境、时间、地域等不同客观条件的影响。例如,树荫下的井盖的温度报警阈值就应显著低于日光直射场所,同理,冬季的温度报警阈值也应低于夏季,昼夜差异也是如此;在南北方等大地理环境差异下,报警条件差异将无疑被进一步放大,传统阈值报警的部署范围也就极大受限。于是该团队将目光集中到智能报警模型上,在进行大量测试后,团队成员通过自主的模型设计,集各预测模型之所长,解井盖之不足。团队内计算机、人工智能等专业同学形成合力,通过在校内采集数据和实际生产场景数据上反复测试,在业内首度设计出专用于智慧井盖的智能报警模型,一举消除阈值报警的短板。

该团队智能井盖产品性能表现不俗,创造了多个业内“第一”。功耗方面,其产品第一次将待机时间延长到十年以上。数据时效性第一次达到分钟级。数据传输方式上,第一次实现加密局域组网,因而可部署在保密要求极高的重点场所。更是第一次实现了智能预测精准报警,一举解决了阈值报警带来的问题,解放人力提高效率。

“问鼎智井”团队负责人张翊轩表示,团队未来将致力于将井盖带来的险情预警融入城市智慧大脑,如在暴雨天气使用井盖的水位监测功 能,控制交通信号灯使人们避开即将积水的区域。另外将进一步推广智能报警模型,计划与各大型物联网企业合作,将精准报警技术推广至国家电网、水利水务、智慧农业等更多领域,在抢险救灾上发挥更大的作用,服务国计民生和社会需要,真正发挥南开学子“允公允能,日新月异”的风范。

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责任编辑:yt421


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