桥梁，作为交通网络中的关键节点，宛如大地的脊梁，跨越山川河流，将隔断的两地紧密相连，为经济社会的运转提供着不可或缺的支撑。然而，桥梁在长期服役过程中，受自然环境侵蚀、车辆荷载反复作用等因素影响，其结构性能会逐渐退化，安全隐患也随之滋生。因此，保障桥梁的安全运行，开展高效、精准的巡检维护工作，是确保交通运输畅通无阻、守护人民生命财产安全的重要基石。
传统巡检：困境重重，亟待突破
传统桥梁安检模式主要依赖管理部门组建的巡检运维团队进行专业维护。这种模式虽在一定程度上保障了桥梁的基本安全，但随着时代发展，其弊端日益凸显。
人力成本高昂是传统模式面临的首要问题。桥梁巡检需要大量专业技术人员，从现场勘查、数据记录到后续分析，每一个环节都离不开人力投入。而且，为确保巡检的全面性和准确性，往往需要安排多组人员同时作业，这无疑进一步加重了人力成本负担。
资源浪费严重也是传统模式的一大痛点。由于巡检工作缺乏有效的统筹规划，部分区域可能存在重复巡检的情况，而一些隐蔽部位却容易被忽视。同时，巡检设备的利用率不高，不同项目之间难以实现资源共享，导致资源闲置浪费。
效率低下则是传统模式难以回避的短板。人工巡检速度有限，对于大型桥梁而言，完成一次全面巡检往往需要耗费数天甚至数周时间。而且，巡检结果受人员经验和主观因素影响较大，不同人员对同一问题的判断可能存在差异，难以保证巡检质量的稳定性和一致性。
此外，传统巡检模式还受限于客观环境条件。气象因素如暴雨、大风、雾霾等，会对巡检人员的作业安全构成威胁，导致巡检工作无法按时进行。同时，一些桥梁结构复杂，存在人员难以到达的死角和盲区，这些部位的隐患难以及时发现，为桥梁安全埋下了定时炸弹。
AI赋能：无人机引领巡检变革
随着AI智能化技术的飞速发展，传统行业正迎来转型升级的崭新机遇。在桥梁基建设施巡检运维领域，AI技术与无人机设备的深度融合，为破解传统巡检难题提供了创新思路。
无人机凭借其独特的优势，成为桥梁巡检的得力助手。相较于传统的人工攀爬方式，无人机大大降低了危险系数。桥梁巡检往往需要在高空、复杂环境下作业，人工攀爬不仅劳动强度大，而且面临坠落等安全风险。而无人机可以轻松飞越桥梁各个部位，无需人员直接接触危险区域，有效保障了巡检人员的生命安全。
无人机的便携性和高机动性使其能够灵活穿梭于桥梁的各个角落，实现对死角和盲区的全面检查。它可以按照预设航线自主飞行，快速覆盖大面积区域，大大提高了巡检效率。同时，无人机搭载的高清摄像头和多种传感器，能够精确采集桥梁结构的图像、视频以及三维数据，为后续的分析评估提供丰富详实的信息。
基于无人机采集的图像数据，通过专业的标注训练构建智能化检测识别模型，是AI赋能桥梁巡检的关键环节。这些模型能够对无人机捕获的视频图像数据进行高效处理，自动识别桥梁结构中的裂缝、锈蚀、变形等病害信息。一旦发现问题，系统会及时标注预警信息，并将相关数据传输至管理平台，触发专业的工程团队进行运营维护修补。这种智能化的检测识别方式，不仅提高了病害发现的准确性和及时性，而且减少了人工判断的主观误差，为桥梁安全评估提供了科学依据。
这里我们采集了广泛丰富的病害图像数据想要从实验性质的角度入手开发实现智能化的检测识别模型，首先看下实例效果：
接下来看下实例数据集：
ultralytics项目自发布以来目前已经逐步迭代至YOLOv11了，不可谓不快速，官方的项目在这里，如下所示：
YOLO11是Ultralytics YOLO系列实时目标检测器的次新版本，以其尖端的准确性、速度和效率重新定义了可能性。基于之前YOLO版本的显著进步，YOLO11在架构和训练方法上引入了重大改进，使其成为广泛计算机视觉任务的多功能选择。
【主要特点】
增强的特征提取：YOLO11采用了改进的骨干和颈部架构，增强了特征提取能力，以实现更精确的目标检测和复杂任务的性能。
优化的效率和速度：YOLO11引入了精炼的架构设计和优化的训练管道，提供更快的处理速度，并在准确性和性能之间保持最佳平衡。
更少的参数实现更高的准确性：通过模型设计的进步，YOLO11m在COCO数据集上实现了更高的平均精度（mAP），同时比YOLOv8m减少了22%的参数，使其在不影响准确性的情况下计算效率更高。
跨环境的适应性：YOLO11可以无缝部署在各种环境中，包括边缘设备、云平台和支持NVIDIA GPU的系统，确保最大的灵活性。
广泛支持的任务：无论是目标检测、实例分割、图像分类、姿态估计还是定向目标检测（OBB），YOLO11都设计用于应对多样化的计算机视觉挑战。
Ultralytics YOLO11在其前身的基础上引入了多项重大进步。关键改进包括：
增强的特征提取：YOLO11采用了改进的骨干和颈部架构，增强了特征提取能力，以实现更精确的目标检测。
优化的效率和速度：精炼的架构设计和优化的训练管道提供了更快的处理速度，同时在准确性和性能之间保持平衡。
更少的参数实现更高的准确性：YOLO11m在COCO数据集上实现了更高的平均精度（mAP），同时比YOLOv8m减少了22%的参数，使其在不影响准确性的情况下计算效率更高。
跨环境的适应性：YOLO11可以部署在各种环境中，包括边缘设备、云平台和支持NVIDIA GPU的系统。
广泛支持的任务：YOLO11支持多样化的计算机视觉任务，如目标检测、实例分割、图像分类、姿态估计和定向目标检测（OBB）。
YOLO11模型具有多功能性，支持广泛的计算机视觉任务，包括：
目标检测：识别和定位图像中的物体。
实例分割：检测物体并描绘其边界。
图像分类：将图像分类为预定义的类别。
姿态估计：检测和跟踪人体上的关键点。
定向目标检测（OBB）：检测具有旋转的物体以提高精度。
YOLO11通过模型设计和优化技术的进步，实现了更少的参数实现更高的准确性。改进的架构允许高效的特征提取和处理，从而在COCO等数据集上实现更高的平均精度（mAP），同时比YOLOv8m减少了22%的参数。这使得YOLO11在不影响准确性的情况下计算效率更高，适合部署在资源受限的设备上，YOLO11设计用于适应各种环境，包括边缘设备。其优化的架构和高效的处理能力使其适合部署在边缘设备、云平台和支持NVIDIA GPU的系统上。这种灵活性确保了YOLO11可以在多样化的应用中使用，从移动设备上的实时检测到云环境中的复杂分割任务。
基础实例实现如下：
python
from ultralytics import YOLO
#n
model = YOLO("weights/yolo11n.pt")
results = model.train(data='data/self.yaml', epochs=100, device=0,batch=32,workers=0,name="yolov11n")
print("results: ", results)
#s
model = YOLO("weights/yolo11s.pt")
results = model.train(data='data/self.yaml', epochs=100, device=0,batch=32,workers=0,name="yolov11s")
print("results: ", results)
#m
model = YOLO("weights/yolo11m.pt")
results = model.train(data='data/self.yaml', epochs=100, device=0,batch=32,workers=0,name="yolov11m")
print("results: ", results)
#l
model = YOLO("weights/yolo11l.pt")
results = model.train(data='data/self.yaml', epochs=100, device=0,batch=32,workers=0,name="yolov11l")
print("results: ", results)
#x
model = YOLO("weights/yolo11x.pt")
results = model.train(data='data/self.yaml', epochs=100, device=0,batch=32,workers=0,name="yolov11x")
print("results: ", results)这里我们依次选择n、s、m、l和x五款不同参数量级的模型来进行开发。
这里给出yolov11的模型文件如下：
python
# Parameters
nc: 3 # number of classes
scales: # model compound scaling constants, i.e. 'model=yolo11n.yaml' will call yolo11.yaml with scale 'n'
# [depth, width, max_channels]
n: [0.50, 0.25, 1024] # summary: 319 layers, 2624080 parameters, 2624064 gradients, 6.6 GFLOPs
s: [0.50, 0.50, 1024] # summary: 319 layers, 9458752 parameters, 9458736 gradients, 21.7 GFLOPs
m: [0.50, 1.00, 512] # summary: 409 layers, 20114688 parameters, 20114672 gradients, 68.5 GFLOPs
l: [1.00, 1.00, 512] # summary: 631 layers, 25372160 parameters, 25372144 gradients, 87.6 GFLOPs
x: [1.00, 1.50, 512] # summary: 631 layers, 56966176 parameters, 56966160 gradients, 196.0 GFLOPs
# YOLO11n backbone
backbone:
# [from, repeats, module, args]
- [-1, 1, Conv, [64, 3, 2]] # 0-P1/2
- [-1, 1, Conv, [128, 3, 2]] # 1-P2/4
- [-1, 2, C3k2, [256, False, 0.25]]
- [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]] # 3-P3/8
- [-1, 2, C3k2, [512, False, 0.25]]
- [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]] # 5-P4/16
- [-1, 2, C3k2, [512, True]]
- [-1, 1, Conv, [1024, 3, 2]] # 7-P5/32
- [-1, 2, C3k2, [1024, True]]
- [-1, 1, SPPF, [1024, 5]] # 9
- [-1, 2, C2PSA, [1024]] # 10
# YOLO11n head
head:
- [-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, "nearest"]]
- [[-1, 6], 1, Concat, [1]] # cat backbone P4
- [-1, 2, C3k2, [512, False]] # 13
- [-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, "nearest"]]
- [[-1, 4], 1, Concat, [1]] # cat backbone P3
- [-1, 2, C3k2, [256, False]] # 16 (P3/8-small)
- [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]]
- [[-1, 13], 1, Concat, [1]] # cat head P4
- [-1, 2, C3k2, [512, False]] # 19 (P4/16-medium)
- [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]]
- [[-1, 10], 1, Concat, [1]] # cat head P5
- [-1, 2, C3k2, [1024, True]] # 22 (P5/32-large)
- [[16, 19, 22], 1, Detect, [nc]] # Detect(P3, P4, P5)实验阶段我们保持了相同的参数设置，等待长时期的训练过程结束之后我们来对以上六款不同参数量级的模型进行纵向的对比分析，如下：
【Precision曲线】
精确率曲线（Precision Curve）是一种用于评估二分类模型在不同阈值下的精确率性能的可视化工具。它通过绘制不同阈值下的精确率和召回率之间的关系图来帮助我们了解模型在不同阈值下的表现。
精确率（Precision）是指被正确预测为正例的样本数占所有预测为正例的样本数的比例。召回率（Recall）是指被正确预测为正例的样本数占所有实际为正例的样本数的比例。
绘制精确率曲线的步骤如下：
使用不同的阈值将预测概率转换为二进制类别标签。通常，当预测概率大于阈值时，样本被分类为正例，否则分类为负例。
对于每个阈值，计算相应的精确率和召回率。
将每个阈值下的精确率和召回率绘制在同一个图表上，形成精确率曲线。
根据精确率曲线的形状和变化趋势，可以选择适当的阈值以达到所需的性能要求。
通过观察精确率曲线，我们可以根据需求确定最佳的阈值，以平衡精确率和召回率。较高的精确率意味着较少的误报，而较高的召回率则表示较少的漏报。根据具体的业务需求和成本权衡，可以在曲线上选择合适的操作点或阈值。
精确率曲线通常与召回率曲线（Recall Curve）一起使用，以提供更全面的分类器性能分析，并帮助评估和比较不同模型的性能。
【Recall曲线】
召回率曲线（Recall Curve）是一种用于评估二分类模型在不同阈值下的召回率性能的可视化工具。它通过绘制不同阈值下的召回率和对应的精确率之间的关系图来帮助我们了解模型在不同阈值下的表现。
召回率（Recall）是指被正确预测为正例的样本数占所有实际为正例的样本数的比例。召回率也被称为灵敏度（Sensitivity）或真正例率（True Positive Rate）。
绘制召回率曲线的步骤如下：
使用不同的阈值将预测概率转换为二进制类别标签。通常，当预测概率大于阈值时，样本被分类为正例，否则分类为负例。
对于每个阈值，计算相应的召回率和对应的精确率。
将每个阈值下的召回率和精确率绘制在同一个图表上，形成召回率曲线。
根据召回率曲线的形状和变化趋势，可以选择适当的阈值以达到所需的性能要求。
通过观察召回率曲线，我们可以根据需求确定最佳的阈值，以平衡召回率和精确率。较高的召回率表示较少的漏报，而较高的精确率意味着较少的误报。根据具体的业务需求和成本权衡，可以在曲线上选择合适的操作点或阈值。
召回率曲线通常与精确率曲线（Precision Curve）一起使用，以提供更全面的分类器性能分析，并帮助评估和比较不同模型的性能。
【mAP0.5】
mAP0.5，也被称为mAP@0.5或AP50，指的是当Intersection over Union（IoU）阈值为0.5时的平均精度（mean Average Precision）。IoU是一个用于衡量预测边界框与真实边界框之间重叠程度的指标，其值范围在0到1之间。当IoU值为0.5时，意味着预测框与真实框至少有50%的重叠部分。
在计算mAP0.5时，首先会为每个类别计算所有图片的AP（Average Precision），然后将所有类别的AP值求平均，得到mAP0.5。AP是Precision-Recall Curve曲线下面的面积，这个面积越大，说明AP的值越大，类别的检测精度就越高。
mAP0.5主要关注模型在IoU阈值为0.5时的性能，当mAP0.5的值很高时，说明算法能够准确检测到物体的位置，并且将其与真实标注框的IoU值超过了阈值0.5。
【mAP0.5:0.95】
mAP0.5:0.95，也被称为mAP@[0.5:0.95]或AP@[0.5:0.95]，表示在IoU阈值从0.5到0.95变化时，取各个阈值对应的mAP的平均值。具体来说，它会在IoU阈值从0.5开始，以0.05为步长，逐步增加到0.95，并在每个阈值下计算mAP，然后将这些mAP值求平均。
这个指标考虑了多个IoU阈值下的平均精度，从而更全面、更准确地评估模型性能。当mAP0.5:0.95的值很高时，说明算法在不同阈值下的检测结果均非常准确，覆盖面广，可以适应不同的场景和应用需求。
对于一些需求比较高的场合，比如安全监控等领域，需要保证高的准确率和召回率，这时mAP0.5:0.95可能更适合作为模型的评价标准。
综上所述，mAP0.5和mAP0.5:0.95都是用于评估目标检测模型性能的重要指标，但它们的关注点有所不同。mAP0.5主要关注模型在IoU阈值为0.5时的性能，而mAP0.5:0.95则考虑了多个IoU阈值下的平均精度，从而更全面、更准确地评估模型性能。
【loss曲线】
在深度学习的训练过程中，loss函数用于衡量模型预测结果与实际标签之间的差异。loss曲线则是通过记录每个epoch（或者迭代步数）的loss值，并将其以图形化的方式展现出来，以便我们更好地理解和分析模型的训练过程。
【F1值曲线】
F1值曲线是一种用于评估二分类模型在不同阈值下的性能的可视化工具。它通过绘制不同阈值下的精确率（Precision）、召回率（Recall）和F1分数的关系图来帮助我们理解模型的整体性能。
F1分数是精确率和召回率的调和平均值，它综合考虑了两者的性能指标。F1值曲线可以帮助我们确定在不同精确率和召回率之间找到一个平衡点，以选择最佳的阈值。
绘制F1值曲线的步骤如下：
使用不同的阈值将预测概率转换为二进制类别标签。通常，当预测概率大于阈值时，样本被分类为正例，否则分类为负例。
对于每个阈值，计算相应的精确率、召回率和F1分数。
将每个阈值下的精确率、召回率和F1分数绘制在同一个图表上，形成F1值曲线。
根据F1值曲线的形状和变化趋势，可以选择适当的阈值以达到所需的性能要求。
F1值曲线通常与接收者操作特征曲线（ROC曲线）一起使用，以帮助评估和比较不同模型的性能。它们提供了更全面的分类器性能分析，可以根据具体应用场景来选择合适的模型和阈值设置。
综合五款不同参数量级模型的开发实验对比结果来看：5款模型没有拉开较为明显的差距，综合对比考虑最终选择使用yolov11s来作为线上推理模型。
接下来看下yolov11s模型的详细情况。
【离线推理实例】
【Batch实例】
【混淆矩阵】
【F1值曲线】
【Precision曲线】
【PR曲线】
【Recall曲线】
【训练可视化】
AI赋能的桥梁巡检新范式，以其高效、精准、安全的特点，为桥梁基建设施的安全运行提供了有力保障。在新范式下，巡检效率得到了显著提升。无人机可以快速完成大面积桥梁的巡检任务，大大缩短了巡检周期。同时，智能化的检测识别模型能够实时处理数据，及时反馈问题，使工程团队能够迅速响应，开展维修加固工作，有效避免了病害的进一步发展，降低了桥梁安全风险。精准性是新范式的另一大优势。通过高精度的图像采集和智能化的分析算法，能够对桥梁结构的微小病害进行精准识别和定位。即使是隐藏在结构内部的隐患，也能通过多源数据融合分析技术得以发现，为桥梁的精细化养护提供了有力支持。
安全保障方面，新范式实现了从人工巡检到智能巡检的转变，将巡检人员从危险环境中解放出来，降低了作业安全风险。同时，全天候的巡检能力不受气象条件和时间的限制，能够及时发现和处理突发问题，确保桥梁在任何时候都处于安全运行状态。AI赋能桥梁巡检，开启了基建安全的新范式。它不仅解决了传统巡检模式的诸多难题，提高了巡检效率和质量，而且为桥梁的长期安全运行提供了可靠保障。随着技术的不断进步和应用场景的不断拓展，AI将在桥梁基建设施巡检运维领域发挥更加重要的作用，助力交通基础设施迈向智能化、安全化的新时代。让我们携手共进，拥抱科技变革，为守护桥梁安全、保障交通运输畅通贡献智慧和力量。