5D 智慧城市－建物及橋梁智慧巡檢

智慧城市為利用各種科技，整合都市內的各項系統，以提升都市服務之效率，改善城市治理各種面臨到的議題。國震中心智慧城市團隊，獨創之智慧化數位空間概念（亦可稱為 5D），此數位空間具備 5 項智慧力分別為知識力（專家資料庫）、感官力（IoT）、推理力（AI演算法）、神經網絡傳輸力（5G或4G）、決策力（整合平台）。5D 技術平台中，以 3D GIS 與城市實景模型為基礎，再融入時間資訊（4D），即鏈結真實世界佈設的各類感測器。感測器訊息傳輸透過5G（或4G）傳送技術，打造出真實世界同步鏡射智慧化城市數位空間，在 5D 裡面所有人、事、物將可與真實世界同步。5D 技術平台最大特色為讓智慧城市如同人類一樣，城市具備大腦，可協助管理者思考、判斷、決策與運轉。

臺南市政府智慧發展中心與國家實驗研究院國家地震工程研究中心合作，已成功建置一套獨一無二的5D建物與橋梁巡檢系統，活用近年來蓬勃發展的無人機，結合電腦視覺、影像處理以及人工智慧等技術，發展橋梁智慧檢測及城市建物智慧巡檢技術。

臺灣有兩萬多座橋梁都需要定期檢測，過去的橋梁目視檢測工作，需仰賴專業的檢測員，利用器械輔助仔細記錄橋梁劣化樣態與位置，該過程耗時耗力，許多橋梁跨越深谷、河川，更增加檢測的難度與危險性。研究團隊採用自主研發的無人機，具有公分等級的定位技術，可依照規劃的路徑搭配高解析度相機逐一拍攝橋梁影像，讓橋梁檢測更有效率，也提升安全性。

取得照片後還要加上 AI 人工智慧才能自動判斷照片中的損傷類型與位置。藉由將橋梁劣化樣態影像以人工標註做為資料集，匯入深度學習模型進行訓練，搭配遷移式學習、資料增強等技巧，使模型能夠學習到橋梁常見損傷的特徵。人工智慧就如同人腦的神經網路一樣能夠逐步學習目標任務，藉由不斷更新神經網路的參數，進而得到辨識影像中橋梁損傷之能力，能夠有效進行辨識工作。

經過人工統計照片損傷數量與 AI 辨識成果比對，裂縫、混凝土剝落、鋼筋鏽蝕等三種混凝土常見劣化樣態都可達到 90% 以上的準確率。人工智慧的優勢在於能夠快速且客觀的處理大量影像資料，將橋體外觀的損傷進行標記，降低工程師的時間成本，經由人工智慧進行影像中橋體外觀缺陷的預辨識，能夠輔助工程師更有效地進行巡檢作業，並更精確的評估橋梁健康狀態。

利用無人機輔助橋梁檢測，模型辨識結果輸出以及建檔

 

應用 AI 技術辨識混凝土剝落劣化樣態

除了橋梁智慧巡檢技術外，研究團隊同樣利用無人機結合立體視覺原理開發一套簡便的建物巡檢系統。立體視覺是以人眼的成像原理為基礎，藉由雙眼的視差來感測環境的幾何資訊，需要的設備及照片都極為輕量，最少僅需要兩幅相鄰重疊之影像，即可建立三維的空間資訊，再輔以如電線桿高度、路面標線長度等資訊，便能估算建物的高度、寬度、面積等資訊。本方法經過實驗驗證，實際值與量測值差值介於 8~27 cm 之間，平均誤差約 1.5%，對於建物而言足已經足夠作為現況蒐集之用。

立體視覺應用於建物尺寸量測

上述方法適合用於單一或少量建築物的快速測量，若要大範圍建立建築幾何資訊，可利用無人機空中垂直及傾斜航拍的影像，搭配軟體建構城市三維實景三角網格模型，因三維實景模型擁有建物真實的外觀、形狀及經緯度座標，有很高的識別度，能夠應用於都市發展的現況資料蒐集或城市天際線規劃，協助城市整體之未來發展。因目前無法在三維實景模型中將連棟的住宅個別分離出來，仍需要透過人工標示輔助，將建物的面積及高度計算出來，再透過經緯度座標轉換為門牌號碼即可以跟地籍資料快速比對。

以上的研究成果都整合於由國研院國地震中心自行創新研發的 5D 智慧城市平台。5D 智慧城市平台因應未來智慧城市及物聯網發展應用需求，是結合精細 3D 城市模型、臺灣數值高程模型（DEM）、臺灣衛星影像，可鏈結真實世界各種資訊的可視化平台。透過與 5D 智慧城市平台的整合，在建物巡查部分，樓高與面積資訊與 3D 城市模型整合，並以視覺化的方式標示出建照與實際測量的差異，透過互動操作點選查看詳細資料；在橋梁檢測部分，AI 辨識成果於照片中標示損傷區域與類型，並與 3D 模型整合，將資訊放在正確的空間位置上進行互動操作。不只是上述建物與橋梁的應用，希望藉由 5D 智慧城市平台導入 IoT、AI、大數據分析等技術，於未來開拓智慧城市發展，滿足各種創新需求。

國家地震工程研究中心 5D 智慧城市平台

視覺化的資料呈現方式與直覺的操作互動

橋梁劣化 AI 辨識成果與 3D 模型整合，將資訊放在正確的空間位置上。