城市下水道的守護者 | HKCLR 首創不倒翁下水道檢測機器人

香港城市高樓林立，人口數量持續攀升，污水量也不斷增加。城市下方超過1700公裏的下水道網絡，正為全港約93%的人口提供污水收集和處理服務。

然而，污水和空氣作用產生的腐蝕性反應，令這些管道更容易老化和損耗，直接影響到城市的環境衛生和市民的健康安全。在香港科學園附近的吐露港輸水隧道也面臨同樣的問題。1998年，為有效改善吐露港水質，渠務署（DSD）實施「吐露港經處理排放水輸送計劃」，將污水在大埔及沙田污水處理廠經二級處理後，經吐露港輸水隧道傳輸到啟德渠，然後再排放至維多利亞港。

該輸水隧道直徑3.2米、全長7.4公裏，已投入使用超過30年，亟待檢修和維護。然而，污水處理是24小時不間斷的過程，渠務署無法為了檢測而關閉管道；管道全長7.4公裏，只可從兩端出入，再加上水流急促，令傳統的輪式檢測機器人顯得力不從心，人手檢測就更是難上加難。

2022年5月，渠務署與HKCLR展開合作，委托HKCLR研發一款機器人，在無需關閉管道的前提下，解決吐露港污水管道的檢測難題。然而吐露港大型污水管道情況特殊，要研發這樣一款機器人並非易事，擺在科研人員們面前的挑戰不勝枚舉：

·吐露港輸水隧道長達7.4公裏，無法接入電纜，更無GPS訊號

·設備需要具有超高的續航能力以保持長時間不間斷運作

·整個設備及其嵌入式傳感器需要防水防霧，且能在潮濕的環境下作業

·需具有超高的穩定性，能有效避免側翻、卡阻或停止運行

·需具有超高的智能性，能在高速、不可預測的動態水域中穩定地收集管道內部數據... ...

經過一年多夜以繼日的研究和調試，HKCLR的研究員們銳意創新，打破常規，首創球形
「不倒翁下水道檢測機器人」，為下水道檢測帶來新的思路。

這款機器人靈感來源於浮船和不倒翁，能在高速水流中穩定運作，借助水流前行，無需動力推進，能有效地提高檢測效率並減輕人員的工作負擔，除此之外還具備以下優點：

01穩定。利用不倒翁效應，在湍急的水流中具有天然的穩定性，能有效對抗波浪的沖擊和幹擾，同時保持攝像頭的水平位置，還能有效避免側翻和卡阻等意外情況；采用復合材料3自由度穩定器，有效減少畫面抖動和模糊，讓視頻平穩流暢

02高清。利用正交空間配置的雙360°相機，可冗余拍攝穩定而識別率高的視頻

03智能。裝配高信噪比IMU和高可靠工控機，能有效識別機器人空間位置和姿態，為圖像處理系統提供必要的數據信息；利用智能算法，全景視頻投影變換和圖像融合處理技術，可以辨識出隧道管壁缺陷及位置信息0

4防水。利用防水塗層，及嵌入式溫度控製和幹燥模塊防止透明罩起霧技術，令采集到的圖像更加清晰；雙半球結合設計，減少了潛在滲水區域，輔以可靠防水設計，可以有效保護內部裝置

05高性價比。結構簡明，成本適中，電池續航滿足7公裏的持續檢測全程

2023年8月28日，萬事俱備，吐露港經處理排放水輸送計劃的第一期現場檢測正式開始。科研人員首先利用不倒翁下水道檢測機器人在200米隧道內進行實地測試。測試結果表明：該機器人相機穩定系統和圖像采集系統運作平穩可靠，圖像清晰穩定，能有效識別隧道管壁裂紋，破損，和黴變等缺陷，渠務署也對結果感到相當滿意。

隨後，科研人員將利用不倒翁下水道檢測機器人對7公裏管道進行全面檢測。在這一階段，他們將在CCTV的基礎上添加微型多波束聲吶檢測，以有效監測淤泥的厚度。到時除了水面以上，水下下水道的狀況也將通過聲吶技術盡收眼底。全面檢測預計將在未來6個月內完成。

這款不倒翁下水道檢測機器人因吐露港汙水管道檢測而誕生，但其應用價值可不止於此：除了推廣應用到其他復雜的下水道檢測中之外，其圖像獲取、特征辨別系統亦可擴展到各種水面環境監測中，在香港及大灣區均有極大的應用前景。未來，HKCLR 將繼續積極與業界及政府合作，迎難而上，努力通過先進的機器人和AI技術為推動社會進步貢獻力量。