Исследователи из Университета Центральной Флориды в США разработали четыре новых изобретения, которые используют искусственный интеллект и виртуальную реальность для улучшения мониторинга состояния конструкций зданий, мостов, дорог и других гражданских сооружений.
Профессор Lockheed Martin Commercial Engine Solutions Некати Катбас рассказал о том, что мониторинг состояния конструкций является областью, востребованной на международном уровне. Это почти как мониторинг здоровья человека. По мере того, как мы становимся старше, мониторинг нашего здоровья становится очень, очень важным. Лучше понимая их условия, мы можем предвидеть риски и лучше расставлять приоритеты для инвестиций в инфраструктуру. Катбас рассказал, что традиционные методы мониторинга включают визуальный осмотр на месте, который может быть как трудоемким, так и дорогостоящим при проведении ручных проверок и может привести к перекрытию движения на дорогах и мостах. Помимо затрат времени и средств, объекты со стареющими или поврежденными конструкциями могут представлять опасность для тех, кто находится на объекте, даже если они носят средства индивидуальной защиты.
Катбас и его исследовательская группа разработала технологию, помогающие решить эти проблемы. Одно изобретение, разработанное Катбасом и его командой, использует компьютерное зрение, в то время как другое использует дополненную реальность (AR) и виртуальную реальность (VR). Катбас говорит, что компьютерное зрение может дополнять датчики и визуальный контроль состояния конструкций, и что оно очень практично, поскольку не требует доступа к таким сооружениям, как мосты, здания или башни. Эта технология, представляющая собой комплексную систему мониторинга состояния конструкций, позволяет инспекторам безопасно просматривать и точно оценивать несущую способность и исправность конструкций без необходимости находиться на месте.
Катбас говорит, что изобретение использует камеры, размещенные на сооружении, таком как мост, и вокруг него, для сбора изображений и данных о местоположении, связанных с использованием сооружения. В примере с мостом данные относятся к транспортным средствам, пересекающим его. Данные могут включать вертикальное или горизонтальное смещение балок, вызванное их перемещением, вибрационными воздействиями и скоростью. В то время как камеры постоянно следят за объектом, программное обеспечение компьютерного зрения обрабатывает и анализирует собранные данные, предоставляя пользователям системы оценку безопасности, которая включает информацию о структурных изменениях и слабых местах, а также о непосредственном ущербе.
Второе изобретение, разработанное командой - это система иммерсивной визуализации, которая использует VR и дополненную реальность для анализа структур с помощью виртуальных посещений. Виртуальная реальность обеспечивает полностью смоделированную компьютером среду, в то время как дополненная реальность генерирует контент или накладывает его на реальные виды окружающей среды. С помощью этой технологии сотрудники могут виртуально доставлять специалистов в зоны бедствия, такие как здания и мосты, например, после урагана. Специалисты могут виртуально находиться на поврежденном мосту во Флориде, обсуждая решения с коллегами, которые могут находиться в Калифорнии
Как и в первом изобретении, система визуализации обеспечивает обнаружение повреждений и информацию о несущей способности конструкции с помощью камер и датчиков. Кроме того, он использует другие инструменты, такие как роботы, беспилотные летательные аппараты (БПЛА) или дроны-носители, лидарные сканеры и инфракрасные термографические камеры. Благодаря своей платформе визуализации технология предоставляет собранные данные и изображения с помощью пользовательского интерфейса и сложной компьютерной графики. Результатом является просмотр сайта в режиме реального времени и возможность взаимодействовать с людьми из разных мест: на месте, по всей стране и даже по всему миру.
Два других изобретения, разработанных Катбасом и его командой, включают искусственный интеллект. Во-первых, технология сollective intelligence framework сочетает ориентированный на человека искусственный интеллект со смешанной реальностью, что помогает ускорить процессы проверки и снизить затраты, обеспечивая при этом точность. С помощью этого изобретения инспектор, стоящий снаружи поврежденного здания, может носить гарнитуру или использовать портативное устройство, интегрированное с технологией.
Инспектор использует эти элементы для сканирования поврежденных участков, которые система анализирует в режиме реального времени, избавляя инспектора от необходимости выполнять ручные измерения. Затем он вычисляет или оценивает состояние здания, тем самым ускоряя процесс проверки. Во время оценки инспектор взаимодействует с искусственным интеллектом и может корректировать его дефекты и границы обнаружения. Система использует изменения инспектора для переобучения модели искусственного интеллекта таким образом, чтобы точность ИИ со временем повышалась. Основным преимуществом изобретения является его способность сочетать профессиональное суждение инспектора/инженера с аналитическими возможностями искусственного интеллекта.
Другое изобретение, генеративная состязательная сеть (GAN), обеспечивает более проактивный подход к управлению и поддержанию работоспособности и безопасности сооружений. Он использует искусственный интеллект для прогнозирования ущерба и минимизации необходимости сбора данных из многих структур. Вместо того чтобы размещать датчики и устройства на всех конструкциях, сотрудники могут собирать данные только с нескольких из них. Алгоритмы машинного обучения (ML) и глубокого обучения (DL), используемые с искусственным интеллектом, дают лучшие и более точные результаты при использовании больших наборов данных. В качестве решения проблемы нехватки данных в приложениях для мониторинга состояния гражданских сооружений изобретение использует данные, собранные со строений. Программное обеспечение использует модельные варианты архитектуры GAN для генерации больших и точных синтетических выборок данных для обучения систем диагностики повреждений. Затем, используя искусственный интеллект, сотрудники по безопасности смогут лучше понять, что происходит с другими подобными структурами, и более эффективно решать, как реагировать.
Технология может предсказать динамическую реакцию на изменение конструкции до того, как возникнут условия повреждения. Также возможно создать потенциальные будущие состояния конструкций, например, сгенерировать данные, показывающие, какой будет реакция исправного моста после повреждения по сравнению с реакцией нездорового моста. Это повышает устойчивость сообщества, предоставляя ценную информацию для обеспечения готовности к стихийным бедствиям, распределения ресурсов и планирования эвакуации. Система улучшает управление чрезвычайными ситуациями, позволяя принимать обоснованные решения во время кризисов.
