陳國睿、溫逸倫／工研院資通所；劉世桐、陳毅銘／交通部公路總局第二區養護工程處；李坤哲／黎明工程顧問(股)公司
近年來，無人飛行載具(UAV)的發展日益蓬勃，無人機結合人工智慧(AI)技術，可應用於攝影、保全巡檢、貨運及農業噴灑等。本文使用無人機結合AI影像辨識技術，開發裂縫自動偵測演算法，已於實際橋梁場域進行驗證取得良好成果。未來將導入此技術至無人機橋梁巡檢作業，減少人力支出並提升巡檢效率。
【內文精選】
前言
無人機(Unmanned Aerial Vehicles; UAV)是一種極為靈活且建置彈性的移動平臺，同時易於控制和操作，其靈活性來自於機動性、優秀的飛行能力、對環境的高適應性以及操作員對其飛航行為掌控的容易度。
受益於微處理器和感測器能力的進步，使得目前大部分無人機都具備一定程度的半自動飛行能力，也就是說無人機具備良好的自穩能力，操作員只需學會基本的無人機飛行動作控制，或透過事先設定航點後由無人機依GPS座標及高度自動完成任務。
其次，無人機也可視為空中移動平臺，一種用以乘載和啟動眾多技術功能的畫布，譬如掛載攝影機用以擷取空中畫面、掛載無線電基地站作為訊號集散地、掛載電子感測器作為環境監測站，或是加入人工智慧(Artificial Intelligence; AI)成為自主且高效率的工作單元等。發展高效能無人機，人工智慧是當中不可或缺的一員，如圖一所示，因有了人工智慧，無人機上的攝影機不再僅僅只用於畫面的紀錄，同時也變成了無人機的眼睛，藉由分析拍攝內容和傳感器數據，可以有效地分析和理解萃取出有用的信息，也能夠適應新的環境與數據資料進行自我學習和調整，達到甚至是自主調查問題的能力，完成以往大量仰賴人類意識判斷和操作的工作，降低錯誤率的同時還能提供更好的工作效率。
圖一、使用人工智慧技術協助無人機飛航
無人機橋檢之AI技術
全臺有10,769座公路橋梁、1,605座鐵道橋梁。這些橋梁需定期檢測，工程結構檢查多採工程車搭配人力施做，耗時費工且危險，且伴隨工程技術精進，工程結構愈顯複雜，以致人工難以巡檢（如國道六號高60公尺）；而特殊結構橋梁，如斜拉橋、懸索橋、鋼管混凝土拱橋等，常規檢測手段和方法存在局限性及檢查盲區，可操作的難度非常大（如圖七）；加上遇颱風/地震後皆需大規模複檢，故公單位或是運輸單位對橋梁檢測有極大需求。
圖七、現行橋梁檢測示意圖
無人機因能克服人力、時間與空間因素，加上通訊便利與即時性，近年來美、歐、日等先進國家已開始大量應用於環境巡檢與公共安全上，其中橋梁檢測亦是應用重點之一。本研究訪談國內橋梁檢測專家、國立高雄科技大學營建工程系楊國珍教授，楊教授針對橋梁檢測有以下看法與建議：「無人機應用於橋梁檢測的智慧分析，應先著重於橋梁之腐蝕、油漆剝落與裂縫的AI訓練判斷。」故導入AI應用於無人機，預計可改善現行於目視橋梁與水庫檢測作業在人力可及處，巡檢速度及範圍受限之缺點。以下說明於橋梁導入AI之研究。
1. 訓練影像蒐集與標記
本研究透過人工方式對欲訓練之目標（混凝土裂縫）進行手動標記，人工標記作業為電腦深度學習過程中最耗時費力的一環。進行橋梁裂縫資料標記前，須先將欲標記之影像讀取進程式內，透過滑鼠點擊的方式將裂縫的輪廓描繪出來，每完成一處裂縫區域之標記，須將其命名為裂縫(Crack)進行分類，之後將影像中其他裂縫全數標記才算完成，如圖八所示。
4. 實驗結果小結
採用市售無人機拍攝影像應用於電腦自動偵測裂縫有其可行性。無人機結合AI技術將使得橋梁巡檢更為便利快速，巡檢人員能以無人機輔助人力目視檢測作業…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》399期，更多資料請見下方附檔。