費用省7成,開車就好! 日本導入道路裂隙鋪面狀況人工智慧識別系統

編輯部 2020-06-03

日本東京是許多國人所熟悉的地方。來到東京,很難不被南來北往交錯橫更的高架道路所震驚。這些橫跨天際的高架道路,如蜘蛛網般的呈現環形並向外放射,形成了舉世聞名的「首都高速公路(簡稱首都高)」,而建設計劃卻依舊未曾停止,持續的往外擴張,連接日本國土其它道、府、縣的高速公路。

細數首都高的歷史,可以往前追溯到上一次東京奧運舉辦之前的1962年。二戰終戰之後的第17年,隨著美國的支持,日本經濟快速復甦,消費能力大增外,私人運具擁有率也大幅增加。龐大的車潮造成東京都心內交通壅塞。為了展現日本國的經濟實力,增進遠距離國土移動便利性,在奧運開幕之前,世界第一個投入商轉的子彈列車東海道新幹線投入營運,而汽車快速的移動道路則是多條分段通車的首都高系統。根據統計,至今首都高全系統共24條路線,區分三大子系統,路段總長已經超過330公里,其中有7成約245公里採高架化興建,且首都高範圍至今還在持續增加中。

首都高速道路是東京都交通的大動脈,重要性不言而喻。

首都高從第一條通車的「京橋-芝浦」段,至今已經超過55年,爾後其它建設完工並開放通車的路段,最年輕的也有5年。在55年的日子裡,首都高日夜承受大量的車潮往來,加上日本為多地震國家,橋梁安全就在阪神大地震後,成為日本舉國上下最為關注的交通議題之一。

1995117日,大阪與神戶地區發生芮氏規模7.3級的強震,不僅屋毀人亡,更造成兩市超過四分之一的高架道路如骨牌般傾倒,地震損失高達當年日本GDP2%。在災變救援告一段落後,日本各界開始進行檢討,如何避免憾事再發生,成為國土交通省與土木工程界、學界共同的目標。新的還在規劃中未施作的橋梁,可用更新的技術、更好的設計來增加安全係數,施工中的橋梁,可能部分變更設計以增加抗震係數,而既有已經完工且通運中的橋梁,則是採取亡羊補牢的方式,進行橋梁檢測,盡早找出危安之處予以補強。

發生於1995年1月17日的阪神大地震,讓日本乃至於全世界重視橋梁安全。(翻攝網路圖片)

隨著科技的進步,以往人工巡察找出橋梁結構有安全疑慮的方式,未來將由科技與人工智慧共同合作,除可提高檢查速度,更可降低人為檢查的疏漏或誤判機率。日前NHK所錄製的「有吉??金?見 突?!?????『最新技術?劇的進化!首都高?最新?金事情』」就介紹了耗費5億日圓研發,開發出搭配360度鏡頭與LiDAR光達的道路異常自動診斷車。

搭載光達與高解析度攝影機的Infra Doctor道路調查車輛。

根據NHK報導中指出,複雜結構的首都高已經成為外國遊客關注的景點,甚至成為公路橋梁愛好者常討論到的話題。當年為了讓首都高快速興建,許多路段避開土地徵收,路廊有許多部分都是興建於東京都心內交錯河川上。經歷了55年大自然的氣候摧殘與通行車輛高密度使用下,逐漸出現老化毀損現象。根據統計,每年發現的首都高損傷部分就超過4萬處,這些損傷包括路面破損、橋體水泥剝落等,更有的則是伸縮縫兩旁的橋體出現高低落差,影響安全至鉅。

平均每年首都高路線上會出現超過4萬處劣化或損壞處。

為了維護首都高的安全,日本國土交通省每年花費鉅資請專業橋檢人員進行檢驗。但是平均1公里需花7小時才能檢視完成,且檢查時依照檢查項目與目的還須進行交通管制,這樣對於交通壅塞的首都高無疑是雪上加霜。

日本是一個高度仰賴科技化的國家,不論是土木技術、數位影像、光學乃至人工智慧等都是領先國際的指標國家。如今隨著各方面專業的整合,首都高推動「三大橋梁維護革命」。分別為人工智慧判別道路鋪面橋梁裂隙損壞檢點、高空人工橋檢技術、以及水泥裂隙自動修復技術,要讓首都高乃至於全國的高架道用路人有著安心的出行之路。

其中,人工智慧判別道路鋪面橋梁裂隙損壞檢點引起媒體重視。NHK為了揭開這層神祕面紗,特別專題進行採訪。當NHK採訪人員開著車行駛於台場彩虹大橋上時,右後方出現一輛車頂裝滿儀器,就像是Google街景車一樣的黃色汽車緩緩超越,原來是首都高技術株式會社所開發的Infra Doctor道路調查車輛,正進行彩虹橋的道路鋪面狀況進行辨識。

透過車頭一部,車尾兩部,共三部高畫質攝影機加上車尾頂上裝置的一部四顆鏡頭,可拍攝360度攝影機以及光達進行拍攝,拍攝完成的資訊回傳至車中的控制中心進行雲端儲存,雲端資料由專業軟體自動產生3D圖樣,隨後交由人工智慧進行判讀,找出哪些路面需要進行維護處理。受訪人員受訪時說明,這套系統每秒可發射200萬點的偵測雷射光束,拍攝以車輛為中心半徑100公尺範圍內構造物的外觀狀況,透過電腦專屬程式的輔助下,繪出車輛通過路線的周遭的2D3D模型,經過人工智慧分析後,找出需道路鋪面或橋梁底板需修補的地方,並採雲端共享的模式,讓養護端知悉,然後即可派出養護人員進行維修。

 車頂上的光達與高解析度攝影機。

經過人工智慧辨識後,可清楚判別道路鋪面劣化情形。

透過3D建模與人工智慧的幫忙下,可精準確認損壞的程度。(翻攝節目影片)

據統計,首都高於2017年啟用此巡察系統後,檢測時間大幅縮短,由每公里需耗費7小時才能完成,一舉提昇84倍速度,只要5分鐘就可以完成。另外報導中也強調,以往檢測時須進行交管,但是利用檢測車,則與一般駕駛模式無異,也不用封閉車道讓原本已經擁擠的交通更為壅塞。

3D建模後的樣貌。(翻攝首都高技術株式會社影片)

雖然這套系統花費五億日幣才開發完成,不過卻在交管人力、巡察人力省下不少錢。報導統計,每次人工巡檢要花費50萬日幣的交通管制人員費用(導入後費用為零)。若要進行量測,每公里需花費860萬日幣(導入後費用為每公里280萬日幣),整體而言,省下了約7成的花費。若再計入因橋梁損壞造成人車損傷的損失來看,省下的費用早已超過研發費用5億不止。


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