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人工智能在桥梁管理与养护中的应用探析

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舒昕沈翔李晓行周亦舒

摘要：人工智能是一项新兴技术，正在快速深刻地影响着社会的各个领域。桥梁工程领域中，桥梁管理与养护是一项任务繁杂、系统性强、专业要求高、历时长、数据多、分析困难的工作，传统的桥梁管养手段存在管养效率低、数据采集不全面、主观经验性强等诸多痛点。将人工智能应用于桥梁管养，是以后桥梁管养信息化发展的趋势和焦点。本文针对桥梁巡检、桥梁健康监测、管养辅助决策等桥梁管养过程中存在的难点和痛点进行分析，结合人工智能技术提出了探索性的解决方案，为将来人工智能在桥梁管养中的实际应用提供启发。

关键词：人工只能;桥梁管养;桥梁巡检;健康监测;辅助决策

：TP301.6

：A

：1009-3044（2020）13-0268-0c

近年来，随着我国交通运输业事业的蓬勃发展，桥梁数量日益庞大，结构越来越复杂。目前，我国建成了世界上多座排名前列的特大桥梁，桥梁数量已有100万座，远远超过世界其他国家，居世界第一。但桥梁建设成就斐然的同时，交通流量与荷载不断增加，同时由于桥梁长期遭受自然环境的侵蚀和破坏，“老龄化”现象加剧，桥梁病害问题突出，严重影响到桥梁的运营安全与结构安全，对桥梁管理养护提出了更高的要求。

从信息化角度出发，桥梁管养实际上就是将桥梁长期运营过程中产生的大量数据从采集、应用到反馈的全过程。这些数据包括桥梁勘察、设计、建造、检测、养护、维修加固等各种资料，既有文字、数字等结构化数据，也有图片、档案、视频等非结构化数据，数据随着时间不断积累，数据量庞大、种类繁多、实时性强。然而，现有桥梁管理养护过程中普遍存在桥梁数据以人工采集为主，效率低、易缺失、不全面，数据评估主要依赖管理人员的经验，主观性强、准确率不高，无法利用历史数据进行准确、有效的诊断和预测，养护维修决策水平低等痛点，大大制约了现阶段桥梁管养工作的质量和效率。

人工智能技术正在蓬勃发展。如何利用人工智能充分实现这些数据的智能化处理和控制，有目的、有计划地管理养护，合理配置养护资源和资金制定取恰当维修养护方案，达到精细化管理、智能化监测、科学化运营、精细化维修养护是未来桥梁管理养护的发展趋势。

1人工智能及其发展

人工智能（ArtificialIntenigence），也叫机器智能，简称AI，是一门探索、研发如何模仿并延展人类智慧的理论、方法、技术及应用系统的新技术科学，它涉及信息学、逻辑学、认知学、思维学、系学统和生物学等多学科的交叉，主要包括机器学习、模式识别、计算机视觉/图像识别、自然语言处理、专家系统博、弈论、知识库、智能机器人。

人工智能的目的就是让计算机能够像人一样思考，已有60多年的发展历史，经历了漫长的过程。1956年，达特茅斯学院首次人工智能研究讨论会上正式提出“人工智能”的概念，以知识表达、启发式有哪些信誉好的足球投注网站算法等为代表，标志着人工智能的诞生，这一时期国际上掀起了一股人工智能的研究热潮，但随后由于硬件能力不足、算法缺陷等原因，人工智能技术的发展进入低迷期;20世纪70-80年代，提出专家系统及人工神经网络算法，同时随着半导体技术和计算硬件能力的不断提高，分布式网络降低了计算成本，人工智能逐渐取得突破;20世纪末以来，尤其是2006年深度学习被提出，开始进入了重视数据、自主学习的认知智能时代，人工智能再次取得突破性进展。随后移动互联网的发展带来了更多、更丰富的应用场景，2012年，深度学习算法在语音和视觉识别上实现突破，2016年3月，AlphaGo在首尔与世界围棋冠军李世石的比赛中，以4：1胜出，引发了人工智能将如何改变人类社会的思考。目前，人工智能技术正在被广泛应用到农业、交通、电力、金融、通信、医学、教育和以汽车为代表的工业等诸多领域，正在深刻地改变着社会。

2人工智能在桥梁巡检中的应用

桥梁结构在长期服役过程中，不可避免地会出现诸多外观病害，如钢结构腐蚀、混凝土裂缝等等。外观质量的好坏及是否存在缺陷，一定程度上反映了钢结构、混凝土结构等桥梁部构件的内在品质，如混凝土结构中常见的结构裂缝、蜂窝麻面。这些外观病害如果不及时发现并进行养护，在复杂因素的耦合作用下继续发展，会对桥梁结构产生更为严重的破坏，大大降低桥梁服役性能。因此，桥梁外观巡检是桥梁管养中非常重要的一个手段。

然而，传统的桥梁巡检主要采用人工测量，如在桥梁裂缝的检查中，或者借助桥检车或搭设脚手架到达结构表面，采用标尺等测量仪器来测量表面的一些裂缝等病害，或者采用望远镜、巡检无人机等对桥梁结构进行局部观测，采集到病害图片后进行人工识别。这些测量方式直接、可控制性强，得到了广泛的应用，但也有很多不足，工作量大，效率低，依靠人工判断主观经验性强，准确率低。

随着人工智能领域取得爆炸式发展，计算机视觉识别技术越来越多地被应用到桥