Een gat graven in de meeste grote steden - voor nieuwbouw of reparatie van infrastructuur - is geen kleine onderneming.

Met een dozijn of meer afzonderlijke hulpprogramma's die nodig zijn om de grond onder de opgravingslocatie te inspecteren op een wirwar van obstakels zoals water, riool- en gasleidingen, elektrische leidingen en elektrische generatoren - sommige zijn zo oud dat ze niet op stadsplattegronden staan ​​- het vergunningsproces kan 18 maanden of langer duren.

Transformationele nieuwe technologie die gezamenlijk wordt ontwikkeld door de Universiteit van Vermont en de Universiteit van Tennessee in Chattanooga, zou het inspectieproces kunnen terugbrengen tot een middagje werk.

Het lopende onderzoeksproject, "Ondergrondse infrastructuurdetectie, " won onlangs een Smart 50 Award van een coalitie met onder meer Smart Cities Connect, de Smart Cities Connect Foundation en US Ignite eren elk jaar de 50 "meest transformatieve slimme projecten".

De technologie, die wordt ondersteund door twee National Science Foundation-beurzen en één van U.S. Ignite, werd tentoongesteld in een uitgelichte demo op de nationale Smart Cities Connect-conferentie in Kansas City op 29 maart.

Het doel van het project is gewaagd, zei Dryver Huston, een professor werktuigbouwkunde aan de Universiteit van Vermont, en de hoofdonderzoeker van het project.

Wanneer de technologie volledig is ontwikkeld, "een persoon met een augmented reality-bril of een speciaal uitgeruste smartphone of tablet kan over het te inspecteren gebied lopen, kijk in het apparaat en zie in detail wat er onder de grond is, zes tot drie meter diep, " hij zei.

Gronddoordringende radar met videogame-achtige beelden

Het project, die Huston beschrijft als "cognitieve" gronddoordringende radar, heeft twee belangrijke componenten.

Aan de Universiteit van Vermont, onderzoekers, waaronder professor elektrotechniek Tian Xa, Huston's UVM-medewerker - verfijnen een geavanceerde gronddoordringende radar, of GPR, systeem dat Huston heeft ontwikkeld dat diep onder de grond kan turen om begraven infrastructuur te detecteren, sommige dateren uit het midden van de 19e eeuw, en scans maken van wat het ziet.

De onderzoekers kunnen scans lokaliseren in een geografische ruimte die het programma kan onthouden en samenvoegen tot een kaart - het cognitieve deel van het project - met behulp van een gemeenschappelijke 3D-scanning smartphone-app.

De telefoon zet de korrelige radarscans vervolgens om in duidelijk herkenbare, genuanceerde driedimensionale objecten met behulp van augmented reality-software, vaak gebruikt voor de ontwikkeling van videogames.

"Het netto resultaat is dat het systeem weet waar je bent, weet wat eronder zit, en kan u gedetailleerde afbeeldingen laten zien van wat er is, ' zei Huston.

Computeren aan de rand

In zijn andere belangrijke component, onderzoekers van de Universiteit van Tennessee Chattanooga, onder leiding van Dalei Wu, een assistent-professor Computer Science and Engineering, ontwikkelen een edge computing-platform waarmee de enorme hoeveelheid gegevens die door het technologiepakket van het UVM-team worden gegenereerd, kunnen worden verwerkt in de buurt van de locatie voor gegevensverzameling - aan de rand - zodat deze snel in realtime kan worden teruggestuurd naar de radaroperator het gebied wordt in kaart gebracht, of later, aan nutsbedrijven of bouwvakkers die over het terrein lopen om te zien wat eronder ligt.

Conventionele cloudcomputing die afhankelijk was van een verre gecentraliseerde server, kon deze feedbacklus niet bieden zonder frequente pauzes en lange vertragingen in de beelden.

Wu's team ontwikkelt ook een encryptiesysteem dat de infrastructuurgegevens veilig houdt terwijl deze heen en weer stromen. het aanpakken van een belangrijk punt van zorg van veiligheids- en wetshandhavingsfunctionarissen.

"Ground-truthing" laat zien dat technologie op schema ligt

Na drie jaar aan technische ontwikkeling te hebben gewerkt, Huston en zijn team hebben de afgelopen zes maanden de radarscans en de bijbehorende technologie op de campus van de Universiteit van Vermont en in de naburige stad Winooski 'grond waargemaakt', met Burlington gepland voor de lente.

In samenwerking met het fysieke fabrieksteam van de universiteit en stadswerkers in Winooski, Huston en zijn team namen scans van ondergrondse infrastructuur op opgravingslocaties voordat het werk plaatsvond, vergeleek vervolgens wat de GPR liet zien met wat er daadwerkelijk was.

"Het is uitgecheckt, ' zei Huston.

Soortgelijke werkzaamheden vonden afgelopen december plaats in Chattanooga, met de edge computing-component toegevoegd.

Wu's team was in staat om de enorme hoeveelheid gegevens die door de GPR en de 3D-scansoftware worden gegenereerd, in realtime van een straat in de buurt van de universiteit terug te sturen naar een server op de campus, een technische uitdaging van de hoogste orde, zei Wu. Hij boekt ook vooruitgang in het ontwikkelen van encryptiesystemen.

"We hebben de weg vrijgemaakt om verder te gaan, " hij zei.

Een systeem zoals dat door Huston en Wu wordt ontwikkeld, is hard nodig. Volgens de American Public Works Association, een ondergrondse nutsleiding is geraakt, gemiddeld, elke 60 seconden in de Verenigde Staten, wat de nationale economie miljarden dollars kost. Uit een onderzoek van de National Research Council van de National Academy of Sciences bleek dat slechts 35 procent van de gemeentelijke nutsvoorzieningen volledig en up-to-date is.

Zowel Burlington als Chattanooga zijn Amerikaanse Ignite-steden met snelle gigabit-netwerken. Het werk tussen Huston en Wu wordt vergemakkelijkt door deze hogesnelheidsverbinding.

Daarnaast BTV Ignite, Burlington's digitale stadsinitiatief, heeft nauw samengewerkt met UVM om het project te ondersteunen en te promoten.

"UVM's werk aan het detecteren van ondergrondse infrastructuur is echt opmerkelijk, en een goed voorbeeld van hoe Vermont het voortouw kan nemen bij het ontwikkelen van digitale innovaties van de 21e eeuw, " zei Dennis Moynihan, uitvoerend directeur van BTV Ignite.