張洪誌、蔡曜隆、林家欣 / 工研院材化所；
邱薆蕙 / 國立虎尾科技大學機械與電腦輔助工程系
本研究成功開發智慧城市管網洩漏偵測系統雛形，實現硬體感知與AI智慧診斷之深度整合。核心成果包含超低頻高感度聲音收發探頭，其低頻靈敏度優於商用產品2倍以上，主動聲波傳輸距離達1,500公尺，具備長距離高精度感知能力；同時完成聲振耦合過濾洩漏診斷模組與多點主動聲場劣化診斷模組的AI模型建置，能在複雜環境中進行有效降噪與精確定位。系統整合後採取點、線、面策略，經全台235例實場開挖驗證，竹苗區域準確率達99%以上，全台平均約95%，顯著優於傳統檢測方法，證明本技術在提升管網洩漏診斷效率與精度方面之可行性與有效性。未來，研發將聚焦於三方面：其一，持續優化AI診斷模型之精準度與泛用性，針對不同管徑、管材及地質環境進行深度學習調校，以應對動態居家與工業環境下的隨機噪音干擾；其二，結合物聯網與智慧管網管理技術，實現系統在更大範圍管網部署與遠端監控，強化預測性維護能力；其三，提升主動聲波裝置的穩定性、便利性及工業化可行性，確保長期運行的可靠性與效率。
【內文精選】
研究方法、系統架構與實驗分析
2. 超低頻高感度聲音收發探頭開發
(2) 高感度聽音探頭
本團隊先前已取得電聲轉換結構專利，其核心為高感度壓電陶瓷與金屬集音罩，因此本團隊將據此製作樣機，如圖六所示。聽音器採用La-doped PZT，使其在無外加電壓條件下，仍具高d33係數與良好低頻響應。共製作15組探頭，其壓電元件電氣特性如圖七所示。其在20 Hz~1.2 kHz低頻範圍內進行機電轉換效能測試，並與現場測漏常用之日系Fuji Tecom聽音探頭比較。結果顯示，自製探頭於20 Hz~400 Hz超低頻段感度高出商用品至少2倍，差異最高超過15 dB；於400 Hz亦維持近10 dB優勢。
圖六、自製聽音器構造及實體樣品圖
研究結果與討論
1. 系統整合與智慧熱圖定位
本研究整合各模組開發成果，建立智慧城市管網洩漏偵測系統，實現硬體感知、AI診斷與雲端服務之深度整合。系統核心為「超低頻高感度聲音收發探頭模組」，其低頻靈敏度優於商用產品2倍以上，主動聲波傳輸距離可達1,500公尺，具備高精度長距離感知能力。探頭收集的漏水音訊透過雲端通訊協定，結合GSM與WEB API上傳至資料庫，並由「聲振耦合過濾洩漏診斷模組」與「多點主動聲場劣化診斷模組」進行AI模型訓練與運算，以支援專業檢漏人員進行雲端資料視覺化與判讀，其雲端漏水音智慧診斷服務系統，如圖廿所示---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖廿、智慧城市管網洩漏偵測系統架構
★本文節錄自《工業材料雜誌》471期，更多資料請見下方附檔。