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圭目道路病害機(jī)器人檢測系統(tǒng)

隨著人工智能、機(jī)器人、無損檢測傳感器、5G、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云存儲與處理等技術(shù)的快速發(fā)展，公路管養(yǎng)正在呈現(xiàn)從人工半自動抽樣檢測到智能化全面精準(zhǔn)檢測、從低頻靜態(tài)評估到高頻動態(tài)評估與預(yù)警、從單一信息分析到多元異構(gòu)數(shù)據(jù)融合評價、從基于經(jīng)驗(yàn)事后被動粗放式養(yǎng)護(hù)到基于數(shù)據(jù)預(yù)防性的精準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、從階段性離散管養(yǎng)到全壽命周期管養(yǎng)的發(fā)展趨勢。

在此發(fā)展背景下，上海圭目機(jī)器人有限公司（簡稱“圭目”）于2018年正式推出道路病害檢測機(jī)器人產(chǎn)品。以“機(jī)器人+無損檢測+人工智能+5G+大數(shù)據(jù)”前沿技術(shù)，秉持“AI助力智慧養(yǎng)護(hù)”的思路，著力打造面向交通行業(yè)的病害級精準(zhǔn)檢測智能化設(shè)備，填補(bǔ)行業(yè)在“專項(xiàng)級調(diào)查、病害級檢測、精密級診斷、大數(shù)據(jù)級管理”方面的空白，并聯(lián)合行業(yè)上下游，共同構(gòu)建“預(yù)防性養(yǎng)護(hù)”“修復(fù)養(yǎng)護(hù)”“道路全壽命周期管理”場景下的解決方案。

機(jī)器人檢測系統(tǒng)道路結(jié)構(gòu)病害“CT機(jī)”

圭目道路病害機(jī)器人檢測系統(tǒng)搭載多樣化的無損檢測手段，對路面路基病害尤其是結(jié)構(gòu)病害數(shù)據(jù)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(jī)器人平臺搭載陣列式三維探地雷達(dá)，實(shí)現(xiàn)對地下3米以內(nèi)的結(jié)構(gòu)病害檢測。采用厘米級多源數(shù)據(jù)融合的可靠定位，從而面向設(shè)計(jì)施工單位提供直觀、準(zhǔn)確的病害位置信息，再結(jié)合高清工業(yè)相機(jī)所采集的亞毫米級表觀病害數(shù)據(jù)，系統(tǒng)即可清晰的呈現(xiàn)出道路任意一個位置的表觀與地下結(jié)構(gòu)狀況，并詳細(xì)描述每個病害的類型、大小、嚴(yán)重程度、深度、坐標(biāo)位置、樁號等信息，最終實(shí)現(xiàn)對一條道路100%全覆蓋的高精度檢測。

總體上，在數(shù)據(jù)采集層面，系統(tǒng)呈現(xiàn)三大優(yōu)勢。

數(shù)據(jù)精度高——亞毫米級別的表觀采樣精度、厘米級的地下結(jié)構(gòu)病害采樣精度，搭配厘米級多源數(shù)據(jù)融合可靠定位，確保了系統(tǒng)數(shù)據(jù)整體上的高度精準(zhǔn)性。

數(shù)據(jù)密度大——尤其在道路行進(jìn)方向，探地雷達(dá)對道路的探測是高頻的、均勻的、連續(xù)的、地毯式全覆蓋的，因此其數(shù)據(jù)的密度可達(dá)到傳統(tǒng)半自動化檢測設(shè)備的指數(shù)級別，這為后端人工智能分析算法的精準(zhǔn)分析診斷提供了前提。

數(shù)據(jù)一致性高——這樣在周期性檢測下，才有可能實(shí)現(xiàn)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(shù)據(jù)精度與一致性，使得系統(tǒng)可作為優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)入口，非常適合向交通養(yǎng)護(hù)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)或養(yǎng)護(hù)云平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)接入。

“表觀+結(jié)構(gòu)”三維數(shù)據(jù)模型

道路三維實(shí)景建模

“精準(zhǔn)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(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，圭目自主研發(fā)的人工智能算法可自動處理海量的病害數(shù)據(jù)，將單幀、單點(diǎn)、單張的表觀圖片和探地雷達(dá)圖譜，進(jìn)行自動化三維實(shí)景建模，同時融入精確的位置坐標(biāo)信息，繼而生成全公路病害分布的實(shí)景全貌，使得病害信息的呈現(xiàn)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(chǔ)上，人工智能算法將對每一處病害進(jìn)行自主識別診斷，其識別準(zhǔn)確率處于行業(yè)領(lǐng)先水準(zhǔn)。

“表觀+結(jié)構(gòu)，局部+整體”實(shí)現(xiàn)多維度融合分析

圭目檢測機(jī)器人產(chǎn)品在國內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)“表觀病害+隱性病害”同時檢測，并通過算法完成精準(zhǔn)融合分析與疊加呈現(xiàn)，這為公路養(yǎng)護(hù)帶來了更加立體的道路健康狀況的分析視角，助力管養(yǎng)單位探索病害由表及里或由內(nèi)而外的關(guān)聯(lián)關(guān)系與演變規(guī)律。

從局部的角度，系統(tǒng)可以把表觀病害和處于其下方同一位置的結(jié)構(gòu)病害對應(yīng)分析，尤其適合于排查表觀病害反復(fù)發(fā)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(xiàn)了結(jié)構(gòu)性問題所導(dǎo)致的反射裂縫，不同的情況，需要對應(yīng)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(shí)的病灶，標(biāo)本兼治。

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

病害整體分析圖

用“精準(zhǔn)”服務(wù)于修復(fù)養(yǎng)護(hù)與預(yù)防性養(yǎng)護(hù)

截至目前，圭目道路病害機(jī)器人檢測系統(tǒng)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(xiàng)目中獲得規(guī)模化應(yīng)用，覆蓋至高速公路、國省干道、農(nóng)村公路各等級公路。作為推廣公路四新技術(shù)政策下的新興技術(shù)，圭目與公路管理、檢測、設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)、科研院所、學(xué)會等各級單位，在技術(shù)研討、應(yīng)用模式、業(yè)務(wù)升級、新興管養(yǎng)機(jī)制、標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范等各個層面緊密合作，積極推進(jìn)，取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。

探索“貴州模式”

在“機(jī)器人+智慧養(yǎng)護(hù)”的四新技術(shù)應(yīng)用方面，作為交通強(qiáng)國試點(diǎn)省份，貴州省秉持對科技創(chuàng)新先行先試的開放心態(tài)，切實(shí)走在了全國公路智慧管養(yǎng)領(lǐng)域的前列。遵義、安順、畢節(jié)等多地積極推進(jìn)并實(shí)現(xiàn)道路病害機(jī)器人檢測系統(tǒng)的落地應(yīng)用，先后通過機(jī)器人手段完成了重點(diǎn)路段病害精細(xì)調(diào)查、維修養(yǎng)護(hù)專項(xiàng)調(diào)查、預(yù)防性養(yǎng)護(hù)周期性檢測、道路安全隱患排查、新道路結(jié)構(gòu)層層厚評價、道路地下管線數(shù)字建模等任務(wù)，初步積累了公路健康數(shù)據(jù)資產(chǎn)，也為未來全省范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)道路全壽命周期數(shù)字化管養(yǎng)與集中管控奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并在積極推進(jìn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定與落地。

后續(xù)貴州省公路局亦將結(jié)合交通強(qiáng)國試點(diǎn)建設(shè)，探索機(jī)器人精準(zhǔn)檢測在全省范圍的應(yīng)用升級，以建設(shè)國內(nèi)首個機(jī)器人精準(zhǔn)檢測示范區(qū)域?yàn)榛c(diǎn)，進(jìn)一步探索基于數(shù)據(jù)的新型公路管理模式。

組圖：僅2019年貴州省就采用機(jī)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(zhèn)寧段的檢測。

基于機(jī)器人檢測結(jié)果繪制的病害分布圖

在修復(fù)養(yǎng)護(hù)領(lǐng)域，圭目協(xié)同行業(yè)上下，共同構(gòu)建“路網(wǎng)級普測+精準(zhǔn)檢測+精準(zhǔn)設(shè)計(jì)+精準(zhǔn)施工+成效復(fù)測+數(shù)據(jù)管理”的整體解決方案。用數(shù)據(jù)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(fù)問題——問題有沒有真正解決”的養(yǎng)護(hù)邏輯中，輔助道路大中修，提質(zhì)、增效、提升養(yǎng)護(hù)資金利用效率。

在預(yù)防性養(yǎng)護(hù)領(lǐng)域，提倡“治未病，防未然，算總賬”，用精準(zhǔn)數(shù)據(jù)指導(dǎo)早期防治，總體上降低由于“爆發(fā)后才治理”所造成的養(yǎng)護(hù)資源的浪費(fèi)。

同時，立足于道路健康大數(shù)據(jù)，初步建立以公路病害發(fā)展為導(dǎo)向的回溯機(jī)制，分析性能衰減規(guī)律和病害成因。配合建立各省公路病害大數(shù)據(jù)檔案，科學(xué)制定養(yǎng)護(hù)投資計(jì)劃方案，開展養(yǎng)護(hù)成效分析。

圭目充分秉持“AI+”的技術(shù)路線，打造優(yōu)質(zhì)的公路健康大數(shù)據(jù)入口，充分保持系統(tǒng)開放性，結(jié)合公路養(yǎng)護(hù)云技術(shù)，實(shí)現(xiàn)道路健康趨勢研判與道路資產(chǎn)全壽命周期管理。圭目將以公路“十四五”發(fā)展規(guī)劃為指導(dǎo)，以服務(wù)“國評”為目標(biāo)，用智能化的產(chǎn)品和服務(wù)為全國公路行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展貢獻(xiàn)力量。