全路域实景化！AI图像识别激活路政管理新模式

Posted 2021-04-06 中国公路

文/南京中设航空科技发展公司

公路管理智能化的先决条件是要“看得见”。无人机、卫星遥感等先进的图像获取技术成熟普及后，全路域可视化、实景化、数字化，并运用图像识别技术实现智能分析决策成为重要发展方向。

江苏省于2017年至2019年三年间全力开展交通干线沿线环境综合整治五项行动，整治“脏、乱、差”，清理违法设施，提升绿化水平，并从2020年开始将其转化为长效管理工作。在此期间，江苏省交通运输综合行政执法监督局始终坚持“眼见为实”四字准则，一段文字材料、一串统计数字，难以作为路域环境整治、路政执法的决策依据，管理部门很难做出客观公正的分析决策。面向全省大体量的公路管理工作，江苏省交通综合执法局在“江苏省公路路域环境路政管理平台”上建立了“全省公路路域实景一张图”，实现了坐在办公室里看现场，并以此运用AI图像识别技术智能分析，缓解了人力不足，形成了一套科学高效的公路路域环境路政执法智能管理手段。

江苏省公路路域环境路政管理平台

“江苏省公路路域环境路政管理平台”，是南京中设航空科技发展有限公司（简称“中设航空”）综合运用无人机航拍航测、机器视觉和地理信息管理技术开发的智能业务平台。平台利用无人机、卫星遥感等技术获取公路路域立体式无死角影像数据，并实现地图化部署，可在全省地图上“点哪里看哪里”，并运用AI图像识别技术加以分析，客观判定公路沿线各类路域环境路政执法存在问题。同时，与日常巡查工作挂钩，做到不断更新、不断分析、动态销号、可溯可查，为直观了解全省动态、重点问题追查留证、宏观分析决策和开展执法成效评价工作提供长期、完整、翔实的资料。

空地一体 全省公路路域实景一张图

“江苏省公路路域实景一张图”是中设航空将无人机视频、正射影像、倾斜摄影在GIS图层上定位建模部署，并与全省高速公路、普通国省干线及农村公路基础信息数据相衔接而建立的一套地理信息影像数据库，全面直观地展示公路200米带宽范围内地面厘米级的清晰度。公路沿线环境整治对象分布复杂、涉及面广且体量大，传统“车载人走”巡查效率低、视野盲区多。例如桥下空间、绿化隐蔽、建筑物立面、边沟堵塞等。中设航空自主研发的“空地一体化”数据采集手段，利用无人机空中45度视频双向采集、90度正射影像及地面车载视频双向采集，覆盖全路域，做到全方位、无死角。通过常态化的巡查更新工作，平台中部署着全省最新的公路影像资料，所有数据资料记载了录制时间、地理位置坐标和公路桩号，所见影像均可进行厘米级精度测量，提供了最新、最可靠的数据，解决了难留证、难追溯的问题。

交通路域环境“一张图”展示

2020年，“江苏省公路路域实景一张图”作为全省高速公路、普通国省道及农村公路路域环境路政执法评价的工作平台，将逐步覆盖江苏省近5000公里高速公路、1.4万公里普通国省道及14.3万公里农村公路，推动全省公路路域环境路政执法实景化、智能化管理。

AI图像识别 全流程智能判断

平台创新的另一核心就是AI图像识别技术的运用，基于卷积神经网络（CNN）的低分辨率小样本半监督图像识别技术，利用卷积神经网络学习低分辨率图像与高分辨率图像之间的映射关系，通过训练获取卷积神经网络各层的参数。同时在卷积神经网络中增加一个循环层，在增加网络深度的同时，充分利用了图像的先验信息，有效避免了所获得的重建图像存在局部边缘模糊的现象。利用卷积神经网络作为图像的特征提取器，在原始小数据集中引入数据增强变换,扩充数据样本的范围；在此基础上将大规模数据集上的源预训练模型在目标小数据集上进行迁移训练，提取除最后全连接层之外的模型权重和图像特征；结合源预训练模型提取的特征，采用层冻结方法，微调目标小规模数据集上的卷积模型，得到最终的分类识别结果。

五项行动验收工作期间，AI图像识别技术发挥了重要作用。针对路政执法交通要素累计识别图像10万张，识别准确率95%。无人机3年累计采集全省交通干线数据超过4.5万公里，搭配算法进行深度机器学习和大数据分析，辅助判定路政执法重点项目、区域和类型等。结合无人机开展了对路域环境全幅路面和远距离的地面数据采集，图像识别交通全要素，高时效性地处理、转换分析图像数据，五项行动期间成功为全省交通干线对标找差、精准排查、验收复查、整治销号工作提供帮助。AI图像识别技术识别的主要问题，如非法搭接道口、机耕道未硬化、违法建筑物、非标广告、堆积物、摆摊设点、垃圾箱、污染源、修车铺洗车点，通过实践测试显示，识别准确率达到95%。江苏交通网络总里程超过18.6万公里，交通干线超过2.2万公里，日常路政巡查对此需求空前旺盛，AI图像识别技术适时地提供了一套统一尺度、公平公正的评价手段，进一步提高了公路路政执法监督工作的效率和准确率。

多点实践 迎战“国评”

2017年11月，徐州市交通干线沿线环境综合整治五项行动工作领导小组办公室与中设航空首先开展合作，成为尝试使用“江苏省公路路域环境路政管理平台”的第一个地市。中设航空严格按照《全省交通干线沿线环境综合整治五项行动方案》相关指标，客观判定公路沿线存在的路域环境路政执法问题，辅助指导一线整治人员有的放矢，开展整治工作。使用“江苏省公路路域环境路政管理平台”开展全面排查，覆盖范围广、排查效率高，在15天内就完成了普通国省道1012.6公里、高速公路307.1公里视频拍摄，分析出路域环境路政执法问题2270个。把文字、数字、现场实景等多类型数据有效结合，固化形成“三位一体”的实景可视化基础电子台账，实现徐州市整治数据“一张图”展示，确定各县（市、区）整治任务清单，为实行销号式管理及动态跟踪考核管理提供数据支撑。

自徐州试点应用成功后，中设航空先后运用该产品为南京、无锡、徐州、常州、苏州、南通、连云港、盐城、镇江、泰州、宿迁11个地市提供服务，累计采集公路实景影像数据1.2万公里，排查路域环境路政执法问题7万余处，有效辅助一线人员实施精准整治，协助管理人员督查问题销号。该平台在江苏省五项行动省级考核验收工作中发挥了重要作用，做到了标准公开公平、过程透明、结果公正。路域环境实景影像和验收成果电子地图展示，成为13个设区市普通国省道和高速公路条线验收通过的唯一依据。面向“国评”工作，该平台将继续加强公路“八无”督查管理能力，协助做好公路信息化、智能化管理工作。

  

未来展望 人工智能应用前沿

中设航空正在以当前快速发展的机器视觉技术，针对公路路面病害检测研发基于计算机视觉AI的公路智能快检产品。AI快检产品衔接了多功能路况检测车与传统人车巡检模式，提升了养护巡查工作效率，减少了人工处理数据的难度，同时也具备很高的分析准确率。很大程度上在做到精细化道路养护的同时，也能迅速加强地方公路预防性养护的能力，帮助养护单位通过养护小修工程和养护大中修工程集中化处理路面病害。

目前，全国普通国省干线超73万公里、农村公路超396万公里，日常的养护巡查需求空前旺盛。AI快检产品适时地为智能巡检提供了一套完整的标准化外业内业操作规程，高度契合行业需求,易于快速复制推广。AI快检产品有能力也有实力为全国各基层公路管理单位做好国评前的摸底自查提供服务，有效地支撑了“十三五”全国国省干线公路养护评价工作。

本文选自

《中国公路》杂志2020年第19期

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 编辑：苗挺节

 审核：余大鹏 范圆圆

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