機器人檢測技術助力智慧養護

文/圖

圭目道路病害機器人檢測系統

隨著人工智能、機器人、無損檢測傳感器、5G、大數據、物聯網、云存儲與處理等技術的快速發展，公路管養正在呈現從人工半自動抽樣檢測到智能化全面精準檢測、從低頻靜態評估到高頻動態評估與預警、從單一信息分析到多元異構數據融合評價、從基于經驗事后被動粗放式養護到基于數據預防性的精準養護、從階段性離散管養到全壽命周期管養的發展趨勢。

在此發展背景下，上海圭目機器人有限公司（簡稱“圭目”）于2018年正式推出道路病害檢測機器人產品。以“機器人+無損檢測+人工智能+5G+大數據”前沿技術，秉持“AI助力智慧養護”的思路，著力打造面向交通行業的病害級精準檢測智能化設備，填補行業在“專項級調查、病害級檢測、精密級診斷、大數據級管理”方面的空白，并聯合行業上下游，共同構建“預防性養護”“修復養護”“道路全壽命周期管理”場景下的解決方案。

機器人檢測系統道路結構病害“CT機”

圭目道路病害機器人檢測系統搭載多樣化的無損檢測手段，對路面路基病害尤其是結構病害數據完成全自主、全覆蓋、高精度的采集。

可排除人為因素干擾的高性能機器人平臺搭載陣列式三維探地雷達，實現對地下3米以內的結構病害檢測。采用厘米級多源數據融合的可靠定位，從而面向設計施工單位提供直觀、準確的病害位置信息，再結合高清工業相機所采集的亞毫米級表觀病害數據，系統即可清晰的呈現出道路任意一個位置的表觀與地下結構狀況，并詳細描述每個病害的類型、大小、嚴重程度、深度、坐標位置、樁號等信息，最終實現對一條道路100%全覆蓋的高精度檢測。

總體上，在數據采集層面，系統呈現三大優勢。

數據精度高——亞毫米級別的表觀采樣精度、厘米級的地下結構病害采樣精度，搭配厘米級多源數據融合可靠定位，確保了系統數據整體上的高度精準性。

數據密度大——尤其在道路行進方向，探地雷達對道路的探測是高頻的、均勻的、連續的、地毯式全覆蓋的，因此其數據的密度可達到傳統半自動化檢測設備的指數級別，這為后端人工智能分析算法的精準分析診斷提供了前提。

數據一致性高——這樣在周期性檢測下，才有可能實現同一位置病害在時間維度下的劣化趨勢對比與分析。同時，良好的數據精度與一致性，使得系統可作為優質的數據入口，非常適合向交通養護大數據系統或養護云平臺進行數據接入。

“表觀+結構”三維數據模型

道路三維實景建模

“精準建模+智能診斷”使全路段病害一目了然

在獲取上述病害大數據基礎上，圭目自主研發的人工智能算法可自動處理海量的病害數據，將單幀、單點、單張的表觀圖片和探地雷達圖譜，進行自動化三維實景建模，同時融入精確的位置坐標信息，繼而生成全公路病害分布的實景全貌，使得病害信息的呈現更加直觀、全面。尤其便于掌握跨多車道的橫向裂縫，或大面積的脫空情況。在此基礎上，人工智能算法將對每一處病害進行自主識別診斷，其識別準確率處于行業領先水準。

“表觀+結構，局部+整體”實現多維度融合分析

圭目檢測機器人產品在國內率先實現“表觀病害+隱性病害”同時檢測，并通過算法完成精準融合分析與疊加呈現，這為公路養護帶來了更加立體的道路健康狀況的分析視角，助力管養單位探索病害由表及里或由內而外的關聯關系與演變規律。

從局部的角度，系統可以把表觀病害和處于其下方同一位置的結構病害對應分析，尤其適合于排查表觀病害反復發生的根本原因。例如，一個面層的裂縫，是單純的表觀病害，還是由于下方出現了結構性問題所導致的反射裂縫，不同的情況，需要對應不同的處置方案。

從整體的角度，可以將單個病害與周圍其他的病害情況、道路整體狀況綜合分析，更有利于查找真實的病灶，標本兼治。

某國省干道局部病害拼接分析結果（上方為兩條表觀裂縫，橙色區塊為地下隱性病害）

病害整體分析圖

用“精準”服務于修復養護與預防性養護

截至目前，圭目道路病害機器人檢測系統已在四川、貴州、浙江、上海、北京等全國10個省份近30個公路項目中獲得規?；瘧?，覆蓋至高速公路、國省干道、農村公路各等級公路。作為推廣公路四新技術政策下的新興技術，圭目與公路管理、檢測、設計、施工、養護、科研院所、學會等各級單位，在技術研討、應用模式、業務升級、新興管養機制、標準與規范等各個層面緊密合作，積極推進，取得了實質性進展。

探索“貴州模式”

在“機器人+智慧養護”的四新技術應用方面，作為交通強國試點省份，貴州省秉持對科技創新先行先試的開放心態，切實走在了全國公路智慧管養領域的前列。遵義、安順、畢節等多地積極推進并實現道路病害機器人檢測系統的落地應用，先后通過機器人手段完成了重點路段病害精細調查、維修養護專項調查、預防性養護周期性檢測、道路安全隱患排查、新道路結構層層厚評價、道路地下管線數字建模等任務，初步積累了公路健康數據資產，也為未來全省范圍內實現道路全壽命周期數字化管養與集中管控奠定了堅實的基礎，并在積極推進相關標準的制定與落地。

后續貴州省公路局亦將結合交通強國試點建設，探索機器人精準檢測在全省范圍的應用升級，以建設國內首個機器人精準檢測示范區域為基點，進一步探索基于數據的新型公路管理模式。

組圖：僅2019年貴州省就采用機器人手段完成了貴州遵義公路局田家灣隧道檢測、國道243線湄潭縣至余慶縣段檢測、貴州安順公路局省道314線鎮寧段的檢測。

基于機器人檢測結果繪制的病害分布圖

在修復養護領域，圭目協同行業上下，共同構建“路網級普測+精準檢測+精準設計+精準施工+成效復測+數據管理”的整體解決方案。用數據貫穿于“有沒有問題—有什么問題—問題在哪里—是什么引起的問題—怎樣修復問題——問題有沒有真正解決”的養護邏輯中，輔助道路大中修，提質、增效、提升養護資金利用效率。

在預防性養護領域，提倡“治未病，防未然，算總賬”，用精準數據指導早期防治，總體上降低由于“爆發后才治理”所造成的養護資源的浪費。

同時，立足于道路健康大數據，初步建立以公路病害發展為導向的回溯機制，分析性能衰減規律和病害成因。配合建立各省公路病害大數據檔案，科學制定養護投資計劃方案，開展養護成效分析。

圭目充分秉持“AI+”的技術路線，打造優質的公路健康大數據入口，充分保持系統開放性，結合公路養護云技術，實現道路健康趨勢研判與道路資產全壽命周期管理。圭目將以公路“十四五”發展規劃為指導，以服務“國評”為目標，用智能化的產品和服務為全國公路行業的技術創新發展貢獻力量。