Att gräva ett hål i de flesta större städer – för nybyggnation eller reparation av infrastruktur – är inget mindre åtagande.

Med ett dussin eller fler separata verktyg som krävs för att inspektera marken under grävplatsen för en mängd hinder som vatten, avlopps- och gasledningar, elektriska ledningar och elgeneratorer – vissa så gamla att de inte visas på stadskartor – tillståndsprocessen kan ta 18 månader eller mer.

Transformationell ny teknik som utvecklas gemensamt av University of Vermont och University of Tennessee i Chattanooga kan reducera inspektionsprocessen till en eftermiddags arbete.

Det pågående forskningsprojektet, "Underground Infrastructure Sensing, " vann nyligen ett Smart 50 Award från en koalition som inkluderar Smart Cities Connect, Smart Cities Connect Foundation och US Ignite hedrar de 50 "mest transformativa smarta projekten varje år."

Teknologin, som stöds av två National Science Foundation-anslag och ett från U.S. Ignite, visades upp i en utvald demo på den nationella konferensen Smart Cities Connect i Kansas City den 29 mars.

Projektets mål är djärvt, sa Dryver Huston, en maskinteknikprofessor vid University of Vermont, och projektets huvudutredare.

När tekniken är färdigutvecklad, "en person med augmented reality-glasögon eller en speciellt utrustad smart telefon eller surfplatta kommer att kunna gå över området som behöver inspekteras, titta in i enheten och se i detalj vad som finns under jorden sex till 12 fot ner, " han sa.

Markpenetrerande radar med videospelsliknande bilder

Projektet, som Huston beskriver som "kognitiv" markpenetrerande radar, har två huvudkomponenter.

Vid University of Vermont, forskare – inklusive elektroteknikprofessor Tian Xa, Hustons UVM-samarbetspartner – förfinar en avancerad markpenetrerande radar, eller GPR, Systemet Huston utvecklat som kan titta djupt under jorden för att upptäcka nedgrävd infrastruktur, en del av det daterar till mitten av 1800-talet, och skapa skanningar av vad den ser.

Forskarna kan lokalisera skanningar i ett geografiskt utrymme som programmet kan komma ihåg och knyta ihop till en karta – den kognitiva delen av projektet – genom att använda en vanlig 3D-skannande smarttelefonapp.

Telefonen konverterar sedan de korniga radarskanningarna till tydligt igenkännbara, nyanserade tredimensionella objekt med hjälp av programvara för förstärkt verklighet, används ofta för utveckling av videospel.

"Nettoresultatet är att systemet vet var du är, vet vad som finns under, och kan visa dig detaljerade bilder av vad som finns där, " sa Huston.

Dator i kanten

I sin andra huvudkomponent, forskare vid University of Tennessee Chattanooga, leds av Dalei Wu, en biträdande professor i datavetenskap och teknik, utvecklar en edge computing-plattform som kommer att göra det möjligt att bearbeta den enorma mängden data som genereras av UVM-teamets teknologipaket nära datainsamlingsplatsen - vid dess "kant - så att den snabbt kan skickas tillbaka till radaroperatören i realtid som området kartläggs – eller, senare, till allmännyttiga eller byggnadsarbetare som går på platsen för att se vad som ligger under.

Konventionell cloud computing som förlitade sig på en fjärran centraliserad server kunde inte tillhandahålla denna feedbackloop utan frekventa pauser och långa förseningar i det visuella.

Wus team utvecklar också ett krypteringssystem som kommer att hålla infrastrukturdata säker när den flödar fram och tillbaka, ta itu med en viktig fråga för säkerhets- och brottsbekämpande tjänstemän.

"Ground-truthing" visar att tekniken är på rätt spår

Efter att ha arbetat med teknisk utveckling i tre år, Huston och hans team har tillbringat de senaste sex månaderna med att "markera" radarskanningarna och den tillhörande tekniken på University of Vermonts campus och i grannstaden Winooski, med Burlington planerad till våren.

I samarbete med universitetets fysiska anläggningsteam och stadsarbetare i Winooski, Huston och hans team tog skanningar av underjordisk infrastruktur på grävplatser innan arbetet ägde rum, jämförde sedan vad GPR visade med vad som faktiskt fanns där.

"Det kollade, " sa Huston.

Liknande arbete ägde rum i Chattanooga i december förra året, med kantberäkningskomponenten tillagd.

Wus team kunde överföra den enorma mängden data som genererades av GPR och 3D-skanningsprogramvaran från en gata nära universitetet tillbaka till en server på campus i realtid, en teknisk utmaning av högsta klass, sa Wu. Han gör också framsteg med att utveckla krypteringssystem.

"Vi banade väg för att gå vidare, " han sa.

Ett system som det som utvecklas av Huston och Wu är ett stort behov. Enligt American Public Works Association, en underjordisk elledning träffas, i genomsnitt, var 60:e sekund i USA, vilket kostar nationalekonomin miljarder dollar. En studie från National Research Council of the National Academy of Sciences visade att endast 35 procent av kommunala allmännyttiga register är kompletta och uppdaterade.

Både Burlington och Chattanooga är U.S. Ignite-städer med höghastighets gigabitnätverk. Arbetet mellan Huston och Wu underlättas av denna höghastighetsförbindelse.

Dessutom BTV Ignite, Burlingtons digitala stadsinitiativ, har arbetat nära UVM för att stödja och främja projektet.

"UVM:s arbete med avkänning av underjordisk infrastruktur är verkligen anmärkningsvärt, och ett bra exempel på hur Vermont kan leda vägen för att utveckla 2000-talets digitala innovationer, sa Dennis Moynihan, verkställande direktör för BTV Ignite.