躺在地下的：揭示被埋基础设施的技术

撰稿人 Laurie Winkless

Aug 11, 2023,07:00am EDT

SCIENCE

基于新西兰的公司创建的地下公用设施的详细3D地图

几周前，我的朋友T.J在一条推文中标记了我。就是这个关于最近在惠灵顿已经完成的一个地下公用事业测绘项目，新西兰的首都是我目前称之为家的地方。随附的图像是一个密集的明亮色彩的波浪线网络------每种颜色代表一个不同类型的公用事业------被埋在一条繁忙的大道下。这次测绘调查是为准备一个名为“让我们让惠灵顿动起来”的重大基础设施项目的关键部分。让我们让惠灵顿动起来的总体目标是通过优先投资可持续公共交通服务以及步行和自行车基础设施以及对私家车关闭一些街道来改善经常拥挤的首都的交通。如果你是我专栏的常客，你可能会猜到我会被这个项目激动。

这是来自勒维尔公司（Reveal）的惠灵顿市中心地下公用设施地图的屏幕截图。它显示一个复杂的公用设施网络。在此图像中，红色是废水，蓝色是饮用水，绿色是雨水，橙色是天然气，黄色是电力，紫色是电信，粉红色是未知）。IMAGE PROVIDED BY REVEAL

但回到公用事业。早在你能开始挖掘道路和建造轻轨等地表基础设施之前你需要详细了解地下正在发生的。水和煤气管道在哪里？这些管道的尺寸是多少，它们是由什么材料制成的？关于电缆和电信光纤呢？有任何不应该的东西吗？

获得这些问题的答案并不像你可能期望的那么简单。在所有项目中信息都被以零碎的方式收集。第一步是与所有相关的网络公用事业运营商的一个讨论。如果他们有一块基础设施穿过感兴趣的区域，他们会被要求提供计划和它的示意图。地方议会或州机构通常也有自己的该地区记录，因此，它们也会在项目规划阶段进行审查。

在某些情况下，此数据以 CAD 工程图或 GIS 数据的形式提供。但令人惊讶的是这些计划通常仅以PDF形式存在。如果这还不够糟糕，PDF能只是一个打印图像的扫描副本，偶尔会手动注释。当萨姆维芬向我展示其中一份文件的示例时，我的下巴掉了下来。他笑着说，“这是正确的面部表情，你能在这里看到这句话吗？他们只是用荧光笔画了那个出来。这幅画上没有关于深度的内容。现在这是一个标准流程”。

维芬是勒维尔公司的首席执行官和创始人，勒维尔公司是一家基于惠灵顿的公司，他在Twitter上制作了引起了我注意的3D地下公用事业地图。我已经被地区议员托马斯·纳什介绍给他们，现在正坐在勒维尔公司的会议室里，参观他们的地图平台。惠灵顿的调查已经被描述为“...世界上最全面的地下公用设施模型（很大程度上）”，因此我想更多了解它们是如何组合在一起的。

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勒维尔公司的雷达阵列被安装在高端四边形的前部------这种车辆更常见于农场和越野赛道。维芬说，“我们过去常常将阵列拖到车辆后面，但ATV为我们提供远更短的转弯圈”。

对勒维尔公司，第一步是探地雷达（GPR）调查。首席技术官 提姆拉斯塔尔在向我展示他们系统的照片时解释说，“我们用超宽带、多天线可拖曳雷达阵列，这是我们应用到这些场所的第一件事。这是一种对地下状态进行分类的方法来快速评估什么在那里”，他们的系统能以15公里/小时的速度收集雷达数据。

探地雷达的工作原理是将高频无线电波脉冲发射进地面并检测返回的任何反射。就像可见光、雷达波在击中物体时会反射一样，它们能在物体后面投射阴影。与可见光不同，雷达波也能穿过许多材料。波被该材料扭曲的程度依靠材料是多导电的或多绝缘的。例如，金属在雷达图上往往看起来特别“明亮”。 探地雷达能“看到”的深度和反射强度依靠许多不同的因素，包括信号频率和土壤的成分。

所有这些相互作用结合在一起来产生一个原始信号，乍一看它看起来很混乱并充满了噪音。但对维芬和拉斯塔尔，这是一个宝贵数据的宝库。通过仔细的处理和分析，信号能被打开来提供各种信息，从路面厚度到空隙的存在。在一次调查中，他们甚至设法找到了埋在惠灵顿最繁忙街道下的被遗忘的电车轨道。

但当然，勒维尔公司最感兴趣的是绘制公共设施网络。因此，一旦他们已经收集了他们的雷达数据，他们首先着手将它与由公用事业运营商和地方议会提供的信息比较。在某些情况下，他们还可能访问航空影像。他们也进入了现场。维芬向我展示了他们在电信箱中拍摄的一些高分辨率照片以及一个雨水接入室内部的激光雷达扫描。他们还拍摄项目现场任何开放沟渠的地理参考照片，并将其添加到他们的数据流中。

雷达数据被与高分辨率照片和激光雷达扫描相结合来构建一个公共设施网络的综合地图。PROVIDED BY REVEAL

 [题外话：我没有意识到的是容纳地下公用设施的管道被用颜色编码，正如拉斯塔尔解释的那样，“它们在标记服务的方式上并不总是一致的。天然气通常是黄色的，电信通常是绿色的，电力几乎总是橙色的。以这种方式编码意味着当有人破土动工并找到一个管道时，他们应该能够一目了然的识别它的内容。这种颜色编码也延伸到表面。在新西兰，如果你在人行道上看到一个蓝色喷漆旁边是字母“W”的标记，这告诉你在那个地方的某个地方有一根水管。]

结果并不总是匹配的。拉斯塔尔说，“无论我们走到哪里，无论是在新西兰境内还是在国际上，我们都会看到地中的文件中的内容与实际内容之间的不一致”。在采访中探索的一张地图中，可以看到一条关键的电信线路比官方示意图中记录的向东近五米。

造成这种情况的部分原因是在计划中电力总管只能被可视化为一维线，或将电信盒可视化为单个点。实际上，这些对象存在于一个复杂的3D空间中。此外，正如拉斯塔尔解释的那样，“这些资产中的许多是在GPS真正成为日常事物之前被投入的。因此，它们记录位置的方式依赖于用一个从表面或边缘的测量。这些特征可以随时间移动或更改。它们不是一个可靠的参考”。

关于地下公用设施的过时、不准确或不完整的信息不仅对建设项目不方便。它能导致延误和预算井喷。

在悉尼轻轨项目的规划阶段，该州交通部使用传统的坑洞方法绘制了 5000 个地下公用设施的地图------有效的沿着 12 公里的路线钻了一系列勘探孔，看看那里有什么。由此，他们识别了需要重新布线的 500 条线路以便为新轨道床腾出空间。然而，在建设阶段的一年中，他们又发现了400家公用事业公司，这些公用事业公司没有出现在从公用事业提供商那里收集的数据中，也没有出现在他们的坑洞调查中。

这些未知的公用事业中的每一个都必须被视为“活着”，直到可以收集到更多信息为止。正如该州交通局发言人在2016年向ABC解释的那样，这造成了延误并花费了项目资金，“对于每一个多余的公用事业发现，我们必须经历两到四周的过程来验证它，因为如果我们剪掉它，可能会发生一些非常糟糕的事情”。

这促使项目经理沿路线进行基于雷达的测绘 ------类似于勒维尔公司使用的技术。结果是更详细的了解什么躺在悉尼街道下方。在那之后，该项目经历了很少（如果有的话）地下惊奇。澳大利亚咨询公司ACIL Allen对该项目进行了审查，得出的结论是如果在规划阶段有完整的地下基础设施3D地图，该项目本可以提前18个月完成，成本更低，风险水平低得多。

维芬说，“这就是我们的客户来找我们的原因。他们不想击中公用事业公司并经历项目延误，以让我们让惠灵顿动起来我们将活动带到了最前面------尽早到达那里并绘制一切。这样，项目团队最终会在施工开始之前很久就更好地了解情况”。

这些 3D 地图揭示了一个丰富而密集的地下。它们能构成城市数字孪生的基础，以帮助城市维护、未来发展和升级。PROVIDED BY REVEAL

勒维尔公司为他们的客户生产的东西与一张突出显示的纸相去甚远。它是一个视觉丰富的交互式在线工具，能有选择的显示来自不同来源的数据层。用户可以根据自己的优先级和需求在这些层之间切换，但所有信息都在那里，存储在一个地方。它还以符合开放地理空间联盟定义的国际标准的方式提供。拉斯塔尔说，“在数据格式方面，我们从头开始是没有意义的。我们希望确保在如何描述地下三维物体方面与许多利益相关者有良好的互操作性”。

他们的产品似乎引起了人们的注意。除惠灵顿外，勒维尔公司目前正在澳大利亚和新加坡开展大型建筑项目。维芬告诉我，他们还与美国两家主要的公用事业运营商和芝加哥交通部进行了对话。“事情是我们不仅仅是一家初创科技公司。我们已经这样做了很长时间——超过 10 年。我们这里有很多非常聪明的人，不仅是地球物理学家，还有工程师、科学家、物联网专家、测量员。我们的一些团队来自战壕------他们是“地面上人的靴子”。这也是我来自的地方。我们的知识来自一个对地下问题的深位理解。我们在这方面是长期的”。

Laurie Winkless

现在，世界上一半以上的人口是城市居民，这一趋势必将加速。没有.. 我们就不能..

https://www.forbes.com/sites/lauriewinkless/2023/08/11/what-lies-beneath-the-tech-that-reveals-buried-infrastructure/?sh=533ac83350d8