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用無人機(jī)集成邊緣計(jì)算套件進(jìn)行實(shí)時(shí)智能巡檢。西北生態(tài)環(huán)境資源研究院供圖在自然災(zāi)害頻發(fā)的今天，堤防作為抵御洪水侵襲的重要屏障，其安全性能至關(guān)重要。然而，傳統(tǒng)人工巡檢方式不僅效率低、風(fēng)險(xiǎn)高，而且在面對(duì)復(fù)雜環(huán)境時(shí)往往力不從心，尤其是在植被茂密、地形復(fù)雜的區(qū)域，滲漏、管涌等險(xiǎn)情隱患如同潛伏的“水怪”難以捉摸，存在潰堤的風(fēng)險(xiǎn)。近日，中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院提出一種基于無人機(jī)熱紅外成像與深度學(xué)習(xí)的堤防險(xiǎn)情隱患高效檢測(cè)方法，并成功應(yīng)用實(shí)時(shí)邊緣計(jì)算技術(shù)，為防洪減災(zāi)提供了智能化巡檢的創(chuàng)新技術(shù)方案。相關(guān)論文發(fā)表于《水資源研究》。堤防巡檢的“火眼金睛”堤防巡檢是一項(xiàng)與時(shí)間賽跑的任務(wù)。每年夏季，洪水來勢(shì)洶洶，巡檢人員需要在短時(shí)間內(nèi)完成大范圍的堤防檢查。2021年，應(yīng)急管理部、工業(yè)和信息化部以及科學(xué)技術(shù)部根據(jù)國家需要聯(lián)合發(fā)布了揭榜攻關(guān)項(xiàng)目，堤防險(xiǎn)情檢測(cè)便是其中之一。西北生態(tài)環(huán)境資源研究院正高級(jí)工程師羅立輝回憶道：“那時(shí)我們意識(shí)到，必須找到一種更高效、更精準(zhǔn)的巡檢方式?！庇谑?，團(tuán)隊(duì)將無人機(jī)與人工智能（AI）技術(shù)結(jié)合起來。無人機(jī)如同長了翅膀的“偵探”，能夠輕松飛越復(fù)雜地形，AI技術(shù)則賦予它一雙“慧眼”，能夠智能識(shí)別并分析地面情景。針對(duì)堤防滲漏、管涌災(zāi)害的隱蔽性和隨機(jī)性，研究團(tuán)隊(duì)提出“空-天-地”協(xié)同的智能巡檢體系。這一體系不僅涵蓋了低空中的無人機(jī)巡檢，未來還能結(jié)合衛(wèi)星、機(jī)器狗、無人船及水下傳感器等多源數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全方位的智能巡檢。為構(gòu)建這一智能巡檢體系，團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了大量模擬實(shí)驗(yàn)，收集了涵蓋晴雨晝夜、不同植被覆蓋及地形場景的5995張熱紅外圖像，構(gòu)建了堤防滲漏數(shù)據(jù)集。羅立輝表示：“這一數(shù)據(jù)集為后續(xù)深度學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練提供了寶貴的數(shù)據(jù)支持?！睙o人機(jī)掛載熱紅外傳感器，能夠捕捉物體因溫度差異發(fā)出的紅外輻射，并將其轉(zhuǎn)化為可視化圖像。這一技術(shù)不僅能穿透植被覆蓋，發(fā)現(xiàn)堤防內(nèi)部的溫度異常區(qū)域，還能通過對(duì)比不同時(shí)間和天氣條件下的熱紅外圖像，分析堤防的穩(wěn)定性變化?！盁峒t外成像技術(shù)就像給無人機(jī)裝上‘火眼金睛’，能夠發(fā)現(xiàn)人眼看不到的隱患。AI則是這雙眼睛背后的‘大腦’，能夠智能分析圖像，精準(zhǔn)識(shí)別險(xiǎn)情?！绷_立輝說。搭建智能數(shù)據(jù)庫與實(shí)時(shí)識(shí)別然而，僅僅依靠無人機(jī)拍攝圖像并進(jìn)行后期分析，仍然無法滿足防洪減災(zāi)的實(shí)時(shí)性需求。為此，研究團(tuán)隊(duì)引入邊緣計(jì)算技術(shù)，將GPU計(jì)算模塊直接搭載在無人機(jī)上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)堤防險(xiǎn)情隱患的即時(shí)識(shí)別與響應(yīng)。“邊緣計(jì)算技術(shù)的核心在于實(shí)時(shí)性?！绷_立輝解釋說，“無人機(jī)在飛行中捕獲的圖像和視頻數(shù)據(jù)，能夠被迅速傳輸至搭載邊緣計(jì)算功能的小型設(shè)備中進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，減少了數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t，顯著提升了應(yīng)急響應(yīng)速度?！苯?jīng)過AI訓(xùn)練，模型能夠識(shí)別溫度異常區(qū)域的形狀、大小和分布，實(shí)現(xiàn)對(duì)潛在險(xiǎn)情隱患的快速準(zhǔn)確檢測(cè)，平均檢測(cè)精度達(dá)97.7%，單張圖像處理僅需0.015秒。這意味著無人機(jī)在飛行過程中可以實(shí)時(shí)捕捉滲漏區(qū)域，為后續(xù)應(yīng)急響應(yīng)提供寶貴的時(shí)間窗口?！拔覀兂晒o人機(jī)技術(shù)、熱紅外傳感器與邊緣計(jì)算技術(shù)創(chuàng)新性融合在一起?！绷_立輝說，“這一過程并非靈感乍現(xiàn)的產(chǎn)物，而是建立在無數(shù)次試驗(yàn)、不斷遭遇失敗，以及堅(jiān)持不懈重新試驗(yàn)的基礎(chǔ)上?！狈篮闇p災(zāi)的“智慧大腦”從“人巡”到“機(jī)巡”，羅立輝和他的博士生陳白麗、段群滔通過無人機(jī)與AI技術(shù)的結(jié)合，為防洪減災(zāi)工作帶來變革。這一智能巡檢體系具有全天候適應(yīng)性、高效實(shí)時(shí)性、場景普適性等突出優(yōu)勢(shì)。目前，相關(guān)技術(shù)已在長江、淮河流域及鄱陽湖區(qū)域成功進(jìn)行了試點(diǎn)應(yīng)用，并取得了很好的效果?！盁o人機(jī)能夠在幾分鐘內(nèi)完成大范圍巡檢，AI模型能夠精準(zhǔn)識(shí)別隱患，邊緣計(jì)算技術(shù)則實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)預(yù)警，大幅提升了應(yīng)急響應(yīng)速度?！绷_立輝說。此外，該智能巡檢體系還具有廣泛適用性。研究團(tuán)隊(duì)在長江、淮河、鄱陽湖等不同地質(zhì)條件的堤防段進(jìn)行了驗(yàn)證，均表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。這意味著該體系可以在全國范圍內(nèi)進(jìn)行推廣和應(yīng)用，為堤防的安全運(yùn)行提供有力保障?！癆I技術(shù)不僅在堤防裂縫、動(dòng)物洞穴等檢測(cè)方面表現(xiàn)出色，在鐵路、公路、電力設(shè)施、輸油管線、大壩等諸多行業(yè)中也具有巨大的應(yīng)用潛力。”羅立輝說，“我們希望通過這項(xiàng)技術(shù)，為更多行業(yè)帶來智能化變革?！毕嚓P(guān)論文信息：https://doi.org/10.1029/2024WR038931（原載于《中國科學(xué)報(bào)》?2025-03-03?第03版?綜合）