圭目道路病害机器人检测系统

随着人工智能、机器人、无损检测传感器、5G、大数据、物联网、云存储与处理等技术的快速发展,公路管养正在呈现从人工半自动抽样检测到智能化全面精准检测、从低频静态评估到高频动态评估与预警、从单一信息分析到多元异构数据融合评价、从基于经验事后被动粗放式养护到基于数据预防性的精准养护、从阶段性离散管养到全寿命周期管养的发展趋势。

 

在此发展背景下,上海圭目机器人有限公司(简称“圭目”)于2018年正式推出道路病害检测机器人产品。以“机器人+无损检测+人工智能+5G+大数据”前沿技术,秉持“AI助力智慧养护”的思路,着力打造面向交通行业的病害级精准检测智能化设备,填补行业在“专项级调查、病害级检测、精密级诊断、大数据级管理”方面的空白,并联合行业上下游,共同构建“预防性养护”“修复养护”“道路全寿命周期管理”场景下的解决方案。

 

道路病害机器人检测系统——道路结构病害“CT机”

 

圭目道路病害机器人检测系统搭载多样化的无损检测手段,对路面路基病害尤其是结构病害数据完成全自主、全覆盖、高精度的采集。

 

可排除人为因素干扰的高性能机器人平台搭载阵列式三维探地雷达,实现对地下3米以内的结构病害检测。采用厘米级多源数据融合的可靠定位,从而面向设计施工单位提供直观、准确的病害位置信息,再结合高清工业相机所采集的亚毫米级表观病害数据,系统即可清晰的呈现出道路任意一个位置的表观与地下结构状况,并详细描述每个病害的类型、大小、严重程度、深度、坐标位置、桩号等信息,最终实现对一条道路100%全覆盖的高精度检测。

 

总体上,在数据采集层面,系统呈现三大优势。

 

数据精度高——亚毫米级别的表观采样精度、厘米级的地下结构病害采样精度,搭配厘米级多源数据融合可靠定位,确保了系统数据整体上的高度精准性。

 

数据密度大——尤其在道路行进方向,探地雷达对道路的探测是高频的、均匀的、连续的、地毯式全覆盖的,因此其数据的密度可达到传统半自动化检测设备的指数级别,这为后端人工智能分析算法的精准分析诊断提供了前提。

 

数据一致性高——这样在周期性检测下,才有可能实现同一位置病害在时间维度下的劣化趋势对比与分析。同时,良好的数据精度与一致性,使得系统可作为优质的数据入口,非常适合向交通养护大数据系统或养护云平台进行数据接入。

 

 

“表观+结构”三维数据模型

 

道路三维实景建模

 

“精准建模+智能诊断”——使全路段病害一目了然

 

在获取上述病害大数据基础上,圭目自主研发的人工智能算法可自动处理海量的病害数据,将单帧、单点、单张的表观图片和探地雷达图谱,进行自动化三维实景建模,同时融入精确的位置坐标信息,继而生成全公路病害分布的实景全貌,使得病害信息的呈现更加直观、全面。尤其便于掌握跨多车道的横向裂缝,或大面积的脱空情况。在此基础上, 人工智能算法将对每一处病害进行自主识别诊断, 其识别准确率处于行业领先水准。

 

“表观+结构,局部+整体”——实现多维度融合分析

 

圭目检测机器人产品在国内率先实现“表观病害+隐性病害”同时检测,并通过算法完成精准融合分析与叠加呈现,这为公路养护带来了更加立体的道路健康状况的分析视角,助力管养单位探索病害由表及里或由内而外的关联关系与演变规律。

 

从局部的角度,系统可以把表观病害和处于其下方同一位置的结构病害对应分析,尤其适合于排查表观病害反复发生的根本原因。例如,一个面层的裂缝,是单纯的表观病害,还是由于下方出现了结构性问题所导致的反射裂缝,不同的情况,需要对应不同的处置方案。

 

从整体的角度,可以将单个病害与周围其他的病害情况、道路整体状况综合分析,更有利于查找真实的病灶,标本兼治。

 

某国省干道局部病害拼接分析结果(上方为两条表观裂缝,橙色区块为地下隐性病害)

 

病害整体分析图

 

探索“贵州模式”

 

在“机器人+智慧养护”的四新技术应用方面,作为交通强国试点省份,贵州省秉持对科技创新先行先试的开放心态,切实走在了全国公路智慧管养领域的前列。遵义、安顺、毕节等多地积极推进并实现道路病害机器人检测系统的落地应用,先后通过机器人手段完成了重点路段病害精细调查、维修养护专项调查、预防性养护周期性检测、道路安全隐患排查、新道路结构层层厚评价、道路地下管线数字建模等任务,初步积累了公路健康数据资产,也为未来全省范围内实现道路全寿命周期数字化管养与集中管控奠定了坚实的基础,并在积极推进相关标准的制定与落地。

 

后续贵州省公路局亦将结合交通强国试点建设,探索机器人精准检测在全省范围的应用升级,以建设国内首个机器人精准检测示范区域为基点,进一步探索基于数据的新型公路管理模式。

组图:仅2019年贵州省就采用机器人手段完成了贵州遵义公路局田家湾隧道检测、国道243线湄潭县至余庆县段检测、贵州安顺公路局省道314线镇宁段的检测。

 

用“精准”服务于修复养护与预防性养护

 

截至目前,圭目道路病害机器人检测系统已在四川、贵州、浙江、上海、北京等全国10个省份近30个公路项目中获得规模化应用,覆盖至高速公路、国省干道、农村公路各等级公路。作为推广公路四新技术政策下的新兴技术,圭目与公路管理、检测、设计、施工、养护、科研院所、学会等各级单位,在技术研讨、应用模式、业务升级、新兴管养机制、标准与规范等各个层面紧密合作,积极推进,取得了实质性进展。

 

基于机器人检测结果绘制的病害分布图

 

在修复养护领域,圭目协同行业上下,共同构建“路网级普测+精准检测+精准设计+精准施工+成效复测+数据管理”的整体解决方案。用数据贯穿于“有没有问题—有什么问题—问题在哪里—是什么引起的问题—怎样修复问题——问题有没有真正解决”的养护逻辑中,辅助道路大中修,提质、增效、提升养护资金利用效率。

 

在预防性养护领域,提倡“治未病,防未然,算总账”,用精准数据指导早期防治,总体上降低由于“爆发后才治理”所造成的养护资源的浪费。

 

同时,立足于道路健康大数据,初步建立以公路病害发展为导向的回溯机制,分析性能衰减规律和病害成因。配合建立各省公路病害大数据档案,科学制定养护投资计划方案,开展养护成效分析。

 

圭目充分秉持“AI+”的技术路线,打造优质的公路健康大数据入口,充分保持系统开放性,结合公路养护云技术,实现道路健康趋势研判与道路资产全寿命周期管理。圭目将以公路“十四五”发展规划为指导,以服务“国评”为目标,用智能化的产品和服务为全国公路行业的技术创新发展贡献力量。