На высоте сотен метров, под порывами морского ветра, работник обслуживания, вцепившись в трос моста, дюйм за дюймом ищет миллиметровые трещины в бинокль — эта картина уходит в прошлое. С глубокой интеграцией роботов-альпинистов и ИИ глобальное обслуживание безопасности инфраструктуры переживает фундаментальную трансформацию: от «человеческого лазания» к «интеллектуальному лазанию», от «аварийного ремонта» к «профилактическому обслуживанию».

«Хроническая болезнь» и «проблеск надежды» высотных опасных работ

Мостовые тросы являются ключевыми несущими элементами большепролетных мостов. Главные несущие тросы и ванты воспринимают растягивающие усилия всего моста, и их состояние напрямую определяет безопасность эксплуатации и срок службы моста. Однако, поскольку тросы нередко достигают сотен метров в длину и находятся на высоте сотен метров, они длительное время подвергаются воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды, таких как ветер, дождь, соляной туман и сильное ультрафиолетовое излучение, что приводит к частым повреждениям, таким как старение и растрескивание оболочки, коррозия и просачивание воды в стальных канатах.

Традиционные методы контроля в значительной степени полагаются на высотные ручные работы, требующие установки тяжелых вспомогательных средств, таких как крупногабаритные люльки, строительные леса и подъемники. Стоимость одного обследования одного моста может достигать нескольких миллионов юаней. Эта модель «человеческого фактора + тяжелого оборудования» не только сопряжена с чрезвычайно высокими рисками для безопасности — работникам приходится работать, подвешиваясь на тросах на высоте сотен метров, — но и отличается низкой эффективностью. Из-за ограничений обзора и доступности сложно обеспечить бесшовное обследование по всей длине троса и по всему периметру.

Ежегодно в мире происходят шокирующие аварии и экономические потери, связанные с безопасностью мостов, вызванные несвоевременным обнаружением дефектов тросов. Острая потребность отрасли в более безопасных, эффективных и точных новых методах контроля тросов стимулировала быстрое развитие роботов-альпинистов.

Робот-альпинист + ИИ-диагностика + цифровой двойник в метавселенной

В январе 2026 года совместная команда Корейского института электронных технологий (KETI) и Фраунгоферовского института керамических технологий и систем (Fraunhofer IKTS) представила знаковую технологическую систему мониторинга состояния тросов на Втором латиноамериканском семинаре по мониторингу состояния конструкций (LATAM-SHM 2026). Эта система, основанная на архитектуре «робот-альпинист + ИИ-диагностика + цифровой двойник в метавселенной», формирует полный замкнутый цикл, охватывающий сбор данных, интеллектуальный анализ и визуализацию для принятия решений, что знаменует собой вступление мониторинга состояния тросовых конструкций в новый, по-настоящему цифровой и интеллектуальный этап.

Особенность 1: Робот-альпинист — сбор данных без слепых зон по всей длине троса

Ключевым исполнительным устройством этой системы является робот-альпинист, специально разработанный для условий эксплуатации тросов. Этот робот способен плавно перемещаться вдоль таких элементов, как ванты и главные несущие тросы, собирая изображения поверхности троса по всей площади с помощью установленной высококачественной промышленной камеры. Зона сбора охватывает каждый квадратный сантиметр поверхности оболочки троса, устраняя слепые зоны, характерные для высотных ручных работ.

В области механизмов подъема несколько команд добились важных прорывов. Интеллектуальный робот для диагностики мостовых тросов, разработанный Шэньянским архитектурно-строительным университетом, поддерживает дистанционное управление и автономную навигацию. Операторы могут выполнять все операции с земли, что обеспечивает фундаментальный переход от высотных ручных работ к дистанционному интеллектуальному управлению, полностью устраняя риск падения. Цикл диагностики этого робота сокращается примерно на 80%, а энергопотребление снижается примерно на 90%. Робот-альпинист на скоростной автомагистрали Юнчжоу успешно перемещался по вантам моста Таояомэнь через мост Чжоушань, а точность интеллектуального распознавания достигла 95%.

Что касается адаптации к экстремальным условиям, команда доктора Дин Нина разработала группу кооперативных роботов для лазания по тросам (CCRobot-S), которая инновационно предложила «стратегию кооперативного лазания с реконфигурируемыми параллельными тросовыми приводами», успешно преодолев три ключевых узких места, которые трудно совместить: «эффективное перемещение, работа с тяжелыми грузами и гибкость при переходе между тросами». Система использует комбинированный привод «колесо-ладонь-трос», взаимодействуя с поверхностью троса за счет контролируемой адгезии вместо трения, и в сочетании с кооперативным натяжением рабочей нагрузки несколькими роботами обеспечивает развязку силы сцепления и нагрузки, эффективно решая проблему недостаточного трения между роботом и поверхностью троса при высокой нагрузке и достигая эффекта усиления грузоподъемности системы. Кроме того, робот имеет походку для лазания с нулевым простоем, предназначенную для диагностики тросов, и паучью походку для лазания, предназначенную для ремонта тросов, адаптируясь к различным рабочим потребностям.

Особенность 2: Интеллектуальная диагностика на основе ИИ — распознавание дефектов на уровне пикселей

На уровне визуального контроля исследовательская группа внедрила алгоритмы распознавания ИИ на основе глубокого обучения. Исходные изображения, собранные роботом, передаются в модуль ИИ-диагностики, где алгоритмы выполняют интеллектуальное распознавание и точное позиционирование на уровне пикселей таких видимых дефектов, как трещины, отслоения, оголение арматуры, просачивание воды и повреждения оболочки. В практическом применении на мосту Чжоушань робот-альпинист собирал изображения оболочки тросов по всей длине вант, а интеллектуальные алгоритмы точно идентифицировали такие мелкие дефекты, как повреждения оболочки и просачивание воды, с точностью распознавания 95%.

Алгоритмы ИИ решают проблемы пропусков и ошибок, присущие традиционному визуальному контролю человеком из-за усталости, изменений освещения и субъективных различий в опыте. Благодаря постоянной итерации моделей глубокого обучения эта система распознавания может постоянно повышать свою производительность по мере накопления данных диагностики, демонстрируя отличную адаптивность в крупных проектах, таких как морские мосты.

Особенность 3: Платформа цифровых двойников в метавселенной — «прочитать» состояние троса на одной карте

Наиболее перспективным нововведением этой системы является внедрение платформы метавселенной в область мониторинга состояния тросовых конструкций. Информация о местоположении, типе и степени серьезности дефектов, выявленных модулем ИИ-диагностики, в реальном времени отображается в пространстве цифровых двойников метавселенной, создавая визуализированную платформу эксплуатации и обслуживания, объединяющую «виртуальное и реальное».

На этой платформе положение и форма каждого троса и каждой трещины реконструируются в трехмерные высокоточные цифровые модели. Используя эту платформу, персонал по эксплуатации и обслуживанию может в любое время просматривать общее состояние конструкции моста через терминалы расширенной реальности (XR), а также динамически сравнивать тенденции изменения данных предыдущих проверок. Персонал по обслуживанию Чжоушаньского центра управления транспортной группы провинции Чжэцзян отметил: «Опираясь на цифровые данные инспекций, мы создаем индивидуальные „паспорта дефектов" для каждого тросового элемента, динамически сравниваем и анализируем данные предыдущих проверок, способствуя переходу обслуживания мостов от традиционного „аварийного ремонта" к научному, точному „профилактическому обслуживанию"».

Особенность 4: Высокоточное позиционирование на основе мультисенсорной интеграции

Для решения проблем, связанных с экранированием GPS при диагностике высотных тросов и сложностью точного определения ориентации робота, данная система объединяет технологию позиционирования на основе интеграции информации от нескольких источников: дифференциального GPS и визуально-инерциального одометра. Захватывая в реальном времени трехмерные пространственные координаты и ориентацию робота на высоте сотен метров, достигается высокоточная пространственная калибровка обнаруженных дефектов. В закрытых зонах, таких как анкерные камеры, где отсутствует сигнал GPS, беспилотники используют технологию SLAM для indoor-позиционирования, обеспечивая автономное перемещение и обход препятствий с сантиметровой точностью, что позволяет точно выявлять скрытые дефекты, которые трудно обнаружить человеку. Этот интегрированный механизм позиционирования гарантирует, что каждый дефект, выявленный ИИ, может быть точно локализован на физическом мосту, предоставляя пространственную основу для последующих решений по точному ремонту.

Четырехмерные возможности: от «человек лезет по тросу» к «интеллектуальное лазание по тросу»

Техническую интеграцию и взаимодействие этой системы можно обобщить в четырех ключевых измерениях:

Измерение глубинного восприятия: Робот-альпинист, оснащенный высокоразрешающим визуальным датчиком, получает на высоте сотен метров детали текстуры поверхности троса на субмиллиметровом уровне, преодолевая ограничения разрешения человеческого глаза при наблюдении с большого расстояния.

Измерение интеллектуального анализа: Модель ИИ, обученная на огромном количестве изображений дефектов, обеспечивает количественную классификацию и диагностику таких характеристик дефектов, как ширина трещин, степень просачивания воды через оболочку и уровень коррозии, предоставляя научную основу для оценки уровня безопасности конструкции.

Измерение калибровки позиционирования: Благодаря комбинации RTK GPS и VIO, местоположение каждого выявленного дефекта точно определяется в трехмерной системе координат моста, что позволяет персоналу по обслуживанию, имея при себе компактное ремонтное оборудование, точно добираться до места дефекта, значительно сокращая затраты на повторный поиск и осмотр.

Измерение цифрового отображения: Данные диагностики после обработки ИИ генерируют трехмерный цифровой паспорт моста, который можно просматривать непосредственно на платформе-двойнике метавселенной. Это обеспечивает переход от подхода, при котором персонал «идет на объект» для выявления проблем, к подходу «входа в цифровое пространство» для моделирования и анализа, закладывая основу для научного управления обслуживанием моста на протяжении всего его жизненного цикла.

От морских мостов к интеллектуальной трансформации обслуживания глобальной инфраструктуры

1. Переход мостовой инфраструктуры от «аварийного ремонта» к «профилактическому обслуживанию»

Трехмерная интеллектуальная система инспекции «робот-альпинист + интеллектуальный беспилотник» на мосту Чжоушань, основанная на цифровых данных инспекций, создала индивидуальные «паспорта дефектов» для каждого тросового элемента, динамически сравнивая и анализируя данные предыдущих проверок, что позволило осуществить переход от «аварийного ремонта» к «профилактическому обслуживанию».

2. Снижение затрат на обслуживание и уменьшение углеродного следа

Исследовательские данные команды Шэньянского архитектурно-строительного университета показывают, что цикл диагностики интеллектуального робота для диагностики тросов сокращается примерно на 80%, а энергопотребление снижается примерно на 90%. Стоимость одного обследования одного моста может быть значительно снижена с нескольких миллионов юаней. В условиях интенсивного обслуживания инфраструктуры, при широкомасштабном внедрении, это не только позволит сэкономить значительные бюджетные расходы на обслуживание, но и значительно снизит общие выбросы углерода при обслуживании мостов, что точно соответствует концепции зеленого и низкоуглеродного развития.

3. Стандартизированная программа обслуживания для глобальных морских/речных переходов

В Китае эксплуатируется более ста морских мостов и мостов через реку Янцзы, и в ближайшие десять лет они вступят в период интенсивного обслуживания. Единая, стандартизированная технологическая система «робот-альпинист + ИИ-диагностика» обеспечит ключевую гарантию безопасной и долгосрочной эксплуатации этих крупных инженерных проектов. В то же время, эта система обладает высокой применимостью для обслуживания крупных висячих и вантовых мостов в Европе, Америке и Юго-Восточной Азии, предоставляя глобальным операторам мостов воспроизводимый шаблон интеллектуального управления.

4. Расширение на большее количество сценариев обслуживания крупной инфраструктуры

Общая структура «цифровая интегрированная диагностика + ИИ-распознавание + визуализация двойника», реализованная в роботе-альпинисте, может быть перенесена на аналогичные закрытые, опасные и труднодоступные для человека сценарии, такие как анкерные камеры главных тросов, внутренние полости пилонов, высокие опоры и подводные обследования. Она также обладает высоким потенциалом для межотраслевого применения на высоких стальных конструкциях, таких как башни ветрогенераторов, высокие телекоммуникационные вышки и несущие тросы канатных дорог.

5. Создание стандартизированной системы цифровых паспортов состояния тросов

Благодаря цифровому хранению данных предыдущих проверок и анализу тенденций с помощью ИИ, в будущем каждый крупный мост будет иметь цифровой паспорт состояния, охватывающий весь жизненный цикл: проектирование, строительство, эксплуатацию и обслуживание. Опираясь на накопление большого объема данных, можно будет построить прогностические модели эволюции дефектов тросов, переведя решения по обслуживанию с уровня «сколько повреждений сейчас» на уровень «когда произойдет повреждение в будущем». Это станет ключевым шагом в переходе управления жизненным циклом конструкций от эмпирических решений к научной количественной оценке.

Когда «человек-паук» уступает место «замене человека машиной»

Когда более 1,14 миллиона мостов по всей стране вступают в период интенсивного обслуживания, появление роботов-альпинистов становится не просто технологическим вариантом, а институциональной трансформацией, касающейся кадровых ресурсов отрасли, безопасности труда и устойчивого обслуживания. Типичный сценарий высотных опасных работ — диагностика мостовых тросов — полностью переходит от исторической модели «человек лезет вверх» к интеллектуальной модели «замена человека машиной». Технологическая система «робот-альпинист + ИИ + метавселенная», поддерживающая эту трансформацию, является не только проявлением ответственности за безопасность жизни огромного числа работников первичного звена обслуживания, но и обеспечивает прочную технологическую основу для обеспечения долгосрочной безопасной эксплуатации крупных инженерных проектов, а также для продвижения цифровой инфраструктуры и управления цифровыми активами.