空天地一体化公路智能巡查技术应用与实践

空天地一体化公路智能巡查技术应用与实践2023年7月20日01020304项目背景总体方案关键技术应用实践目

录CONTENTS01项目背景现状分析4人工巡查，监测难•

劳动强度大•

危险系数高•

工作效率低•

实时性差•

漏检率高•

作业质量受主观因素影响较大路隧桥坡数据源多，管理难•数据来源多•

格式内容多样•

系统多，存在信息壁垒•

难实现闭环综合管理巡查方式单一，成本高•

巡检方式单一•

覆盖范围小•

易重复巡检•

资金投入大，成本高业内共识5应对高频率病害产生不同地区、不同等级的公路人工巡检成本不同。截至2022年末全国公路里程535.48万公里,其中高速公路里程29.72万公里，国省道里程77.31万公里。降低高人工成本和风险高速单次人工巡检每公里的成本均价约500元，全国31个省级行政区(公路总里程超过528+16万公里)，粗略估算全国公路巡检一次的人工成本在25亿人民币之内，而路面巡检是公路巡检的一个方面。人工智能识别数字化管理公路路面养护具有日常性、预防性、成本高等特点，只有面向这些特点针对性的解决问题，才能更有效地推动AI路面巡检的应用。现状分析6巡查方式人工手机巡查定检车辆检查车载视频巡查无人机视频巡查优点缺点效能现场拍摄，现场填报，现场确认

安全性差，填报效率低作为辅助人工巡查的手段作为道路技术状况评定依据，评价结果具有客观性高精度，病害检测全面，车道级

适用于定检，周期长，成本高依靠视觉算法，效率高，自动生

各厂家识别精度无法统一衡量，巡查结果和图片真实反映道路成巡查报告

范围不一致

状况空中视角比斜视角更容易判断病

车流量大的路段存在安全隐患、提供垂直视角准确监测路面状害性态和位置

遮挡等问题况管理需求7道路巡查场景不同，对巡查要求不同，包括空、天、地及穿透视角公路里程长目的需求覆盖面积大管理类型多所有对象有效监测高效集约巡查时效长检测精度高巡查效率高路况地貌杂资金成本低巡查效率低数据关联有局限02总体方案项目目标9技

术

手

段要

求

效

果n

卫星遥感n

降低成本n

提高效率n

巡查时效长n

检测精度高达到的效果n

无人机巡查n

巡查车巡检总体框架10数据处理数据展示PC卫星+算法自动处理关键信息人工校核无人机手机边坡桥梁隧道道路巡查车11卫星普查卫星数据获取类型12地面站接收的卫星光学卫星：泰景一号、长光一号、安溪铁观音一号雷达卫星：ICEYE星座、海丝一号高光谱卫星：海丝二号、厦门一号科学卫星：中法碳卫星系列...卫星影像数据处理13卫星影像高分二号卫星数据处理影像预处理特征提取算法数字建模高光谱卫星特征优化算法病害优化算法底图三维数据道路巡检山区公路，高分二号卫星影像；高光谱卫星可获得含水率、温湿度影像数据等14无人机无人机全过程自动监测（视频+激光+建模）15无人机探测载具：摄像机，激光雷达，红外，光谱仪，探地雷达等选择最佳匹配激光器，并进行现场参数调试，以获得密度更高的点云数据，用于后期建模。场站机仓激光点云+视频建模渲染场站设置点云获取全景建模指令预设图像获取局部建模无人机搭载含水率光谱仪16无人机可挂载多种监测仪器，包括含水率光谱仪，选择合适型号，可以测量坡面各区块含水率状态，比卫星数据更准确，比墒情传感器更高效。17巡查车巡检车智能化升级18运用5G技术结合巡检车辆的特点状况研发，包括感知、传输、分析、控制四大模块。重点解决：路面病害检测质量和效率。路面病害类型示例19破损类型分级外观描述分级指标破损类型以裂缝为例横轻中初期龟裂，缝细、无散落，裂区无变形

块度：20～50cm裂块明显，缝较宽（2-5mm），无或向裂缝块度：﹤20cm龟裂轻散落或轻度变形裂块破碎，缝宽(大于5mm)，散落重，变形明显，急待修理纵重块度：﹤20cm向裂缝轻重轻缝细（小于3mm），不散落，块度大缝宽（大于3mm），散落，裂块小缝壁无散落或轻微散落，无或少支缝块度：﹥100cm块度：50～100cm缝宽：≤3mm块状裂缝类

裂缝龟裂块纵裂重轻重缝壁散落多，支缝多缝壁无散落或轻微散落，无或少支缝缝壁散落多，支缝多缝宽：﹥3mm缝宽：≤3mm缝宽：﹥3mm状裂缝横裂路面病害识别分析20自适应的路面病害检测模型模型测试•检测效果最好的模型，对检测道路上的各种病害（以裂缝为例）进行检测与识别目标训练•样本初次收集•离线预训练•在线自动检测•在线自适应调整模型选型和优化•FasterR-CNN模型基础进行道路病害深度学习和应用训练道路病害检测效果综合效应21全天候/实时性大范围/高精度可在夜间、台风暴雨期间正常连续不间断实时监测；巡查覆盖范围广，监测误差小；安全性/经济性多视角/一体化无需人工实地检测危险区域；精准养护，降低成本；多种巡查方式，多种监测技术协同构建数据库；03关键技术23卫星关键技术卫星大数据分析24大范围片区扫描监测基础设施形变监测单个构造物形变监测累积沉降监测2017-202025无人机关键技术机载人工智能算法无人机26深度学习进程大容量内存固态硬盘UART接口人工智能运算模块图像采集与编码USB3.0接

OTG接口SDK视频输入与输出接口机载人工智能分析单元应用级程序机载人工智能控制系统监测数据预警管理养护管理三维建模自动避障辅助飞行目标识别跟踪实时分析信息实时控制标识图像定位技术27转换图像坐标系标识物坐标系实现检测已知单应矩阵求解标识图像的定位信息标识图像相机内参矩阵无人机激光去植被2829车载关键技术精准桩号病害定位技术30巡查车高频信号采集系统精准坐标数据库关系数据库建立建立手持增强信号采集系统应急车道桩号车道坐标桩号双向干米和百米桩号系统1-N级车道线数识别病害和大件图像识别精准桩号基准位和车道位应急车道米级坐标车道线数识别像素衍射识别技术31裂缝深度研究测试像素衍射法研究测试病害量化检测技术32精准桩号标识病害准确定位算法开放性目标检测算法病害量化算法病害综合管理系统模型轻量化算法设计调试过程三阶段特征提取，通过CNN进行图片特征的提取目标检测，使用融合后的特征进行分析，计算长宽面积等特征融合，图片特征跨层融合01020333空天地一体协同关键技术空地一体多载研究34伴飞和路径控制技术研究获取无人机、车载目标物的运动状态参数基于多载式的巡检研究，巡检无人机与车载系统检测同步计算识别同步运行，摄像头拍摄图片，双向识别验证，校准计量。根据巡检对象，建立无人机、车载目标的运动状态参数几何飞行关系基于几何关系，根据巡检对象、无人机、车载目标物的状态参数更新，递进更新，形成动态的运行状态实施更新和调整巡检无人机伴飞和路径控制原理多维复检校准技术35算法模型的选取和优化病害目标特征识别算法病害量化和校准算法研究•

实际场景训练学习•

调整优化检测模型车载系统与无人机系统检测同••••完成多份路面病害图像样步计算识别，同步运行本分析摄像头拍摄图片，双向识别验•

以病害的统计特征作为主要的特征分类依据•

选择更适合道路特征病害证，校准计量。自动检测的识别算法以裂缝为例，获取裂缝的面积、长度、宽度等几何特征，提高预警效率。•

寻求快速化与执行精度之再利用向量机分类器对病•间的最佳平衡害图像进行分析归类应用实践04应用场景37监测技术养护监测市场+

+n

成本低、效率高n

全天候、全地形n

普查、巡查、应急卫星无人机巡查车技术应用市场应用领域n

普查观测n

日常巡查n

应急监测路桥隧坡应用情况38•

江苏省G235、S243、江宜高速、阜粟高速、新扬高速、盐洛高速、京沪高速、亭湖段、盐都段、G15（K960-K1050）•

浙江省杭州南中心、丽水中心、温州中心、衢州中心、台州中心、金华中心•

广东省博深高速、广惠高速、广佛高速、平兴高速、广乐高速、南环高速、东南西环、江中高速、佛开高速、广清高速、广珠高速、广贺高速、广深高速、广韶高速、韶赣高速等案例分享——空天地一体化智能巡检现场测试39卫星影像超视距巡检巡检线路定义案例分享——图层分析和建模40案例分享——长测程激光雷达系统41案例分享——道路病害智能巡检42案例分享——保洁智能评价43案例分享——实际巡检情况44隔离栅破坏检测无人机机场道路实时检测无人机高塔检测无人机高墩检测无人机自动管控平台多源数据融合分析45技术优势46算法运算效率高识别精确度高AlgorithmELMTrain

time

(S)Test

time

(S)0.4030.31AlgorithmELMTraining

Accuracy

%Actual

Accuracy

%532364365---93.687.795.58391.581.593.576.368.786.880.395.5RBFRBFSVMKNNFL0.317---SVMKNNFL1085284---3.4410.255---78.290.385DLDLGNGN智行科技2690.251智行科技98.7同类算法效率对比同类产品识别精确度对比效益分析—养护模式变革47数据精确、决策精准、实施精细，实现全过程智慧管控使用后使用前简单数据归集多元数据融合单一环节应用表观指标评价多个系统互联整体性能评估被动式养护主动式养护成效分析—效率提升48对比项发现病害识别量化编制报告人工审核反馈效率分析1h1h1-2h1-2h1-2h人工巡查共计约5-8小时工作效率至少提升10倍实时（上报养护系统需确认）智能巡查可及时避免重大交通事故经济损失