无人机在地下废水隧道检查应用

背景

拥有 600 万人口的马德里大都市区拥有欧洲最 大的污水管网之一。这个庞大的基础设施网络拥有超过 15,000 公里的污水管道，其中超过 2,400 公里为大直径管道，在西班牙首都的日常生活和环境影响中发挥着关键作用。

与其他城市一样，这些隧道的维护至关重要，以尽量减少水损失，防止地下污染以及最终可能导致坍塌的结构损坏。为此，需要定期检查，以便：

1. 评估隧道整体状况，尽早发现问题

2. 识别无记录的连接和非法泄漏

3. 准确绘制这些复杂隧道的确切轨迹

问题

过去，井道清洁工在相当危险的条件下进行检查。在没有光线、无法接触地面、存在有毒气体的密闭空间中，任何小事故都可能造成致命后果。

出于 安全原因，劳动法不允许更多员工穿过此类隧道，或者当允许时，要求采取极端的安全措施来降低风险，这使得检查过程成本高昂且耗时。

在小直径的隧道中，轮式机器人的使用使工作变得更加方便，可以提供内部几十分之一米的实时图像。然而，对于大直径的隧道，这些设备缺乏穿越深水、淤泥覆盖区域和越过障碍物的能力，因此空中机器人（一种无人机）是唯 一的选择。

然而，载人无人机并不是一个好的选择，因为操作员和机器人之间的无线电连接通常会因路径上的几个阴影区域而丢失，这主要是由于长距离和隧道追踪中现有的曲线以及成堆的落石造成的。

因此， 无需飞行员、无需无线电通信、无需 GPS/GNSS 和无需灯光即可操作的自主无人机 是确保安全和完整地绘制隧道地图的唯 一解决方案。

解决方案

伊莎贝尔二世运河是负责处理马德里整个水循环的公共实体，它是采用新技术的先驱，也是第 一个推动使用自动无人机进行地下检查的城市。

在一次设有多个截止期限的创新公开招标中，Hovering Solutions 的技术得分明显高于其他任何替代方案，并最终被选为唯 一完全满足大型下水道自主检查要求的提案。

凭借这一支持以及其他早期采用者和项目，Hovering Solutions 已将其尖端解决方案推向了当前阶段，

其 专有的硬件和软件 可以 在没有飞行员的情况下执行任务， 与任何外部设备进行无线电通信 ，甚至可以 在没有 GPS/GNSS 信号或 环境光的情况下执行任务。到目前为止，Hovering Solutions 已经在十几个城市检查并数字化了数百公里的下水道和管道，并进入了这些管道网络中最 具挑战性的部分。

在所有这些任务中，无人机飞越了 一个世纪前修建的 、三十年来无人进入的 隧道，帮助识别了数百起未经记录或非法的泄漏 和连接，还提供了 原始图纸丢失或不可靠的隧道的确切路径 。

 典型任务一次飞行 可覆盖 3 公里，飞行时间长达30 分钟，从某个沙井发射无人机，并在上游或下游的偏远地区回收。当无法在偏远地区回收时，也可以设置往返飞行。

 Hovering Solutions 正在研发一款小型机器人，旨在在小直径管道中飞行。这款紧凑型无人机的转子间距仅为 22 厘米，到 2023 年底将能够 沿着 80-120 厘米（31-47 英寸）的管道飞行。

结果

对于客户来说， 安全 优势从第 一刻起就显而易见，当没有人需要进入下水道时，他们配备了通风面罩，并且救援队在外面等候。

除此之外，主要优势在于 收集的高质量数据量，包括捕捉每平方厘米的完整测量级 3D 模型。这允许对隧道状况、横截面形状和尺寸进行整体评估，并通过比较不同的检查 来跟踪它。

检查结果主要包括三个部分：

l地理参考彩色 3D 点云：它们以绝 对坐标提供三维数据。其数百万个点中的每一个都有纬度、经度和海拔单位，与激光站收集的其他地形数据类似。此类信息与估计横截面形状、尺寸、体积、变形和流体动力学计算相关。

l高分辨率全景图像：同样带有地理参考，可提供点云中没有的关键信息，可用于评估表面状况并识别损坏情况。图像既简单又全景（180º FOV），后者更适合在可视化工具中进行沉浸式检查，类似于在 Google 街景中穿过隧道。

l损坏报告：一份全面的文件，其中包含在隧道中发现的所有损坏，根据欧盟标准进行分类和量化，可以更轻松地处理和综合检查产生的大量数据。

Hovering Solutions 还提供了一个在线（基于 Web）3D 可视化平台， 可显示图像和点云以及它们在地图上的绝 对位置。此工具可通过任何设备或操作系统访问，是可视化数据的最敏捷、最灵活的工具，无需使用特定软件打开笨重的点云文件（通常有数百 MB）。输出数据格式是标准的，可以使用测量员和工程师通常使用的标准点云软件导出和访问。图像也具有标准格式，可在任何笔记本电脑或平板电脑中查看，包括嵌入的地理参考 EXIF 标签。

与其他应用领域一样，无人机正在改变检查方式，提供 更准确的 数据 ，同时提高 安全性。随着城市地区向智慧城市转型，这项技术正在成为一种标准工具。