人工智能導(dǎo)論-徐昊鋮-土木工程中的人工智能

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上寧波理工學(xué)院土木工程中的人工智能姓名 徐昊鋮 陳康鋒 學(xué)號 專業(yè)班級 道橋151 道橋162 學(xué)院（系）土木建筑工程學(xué)院完成日期 2017年6月20日課程名稱 人工智能導(dǎo)論土木工程中的人工智能 組員：道橋151徐昊鋮 道橋162陳康鋒一、人工智能綜述人工智能（Artificial Intelligence），英文縮寫為AI。它是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。 人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，它企圖了解智能的實(shí)質(zhì)，并生產(chǎn)出一種新的能以人類智能相似的方式做出反應(yīng)的智能機(jī)器，該領(lǐng)域的研究包括機(jī)器人、語言識別、圖像識別、

2、自然語言處理和專家系統(tǒng)等。人工智能從誕生以來，理論和技術(shù)日益成熟，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大，可以設(shè)想，未來人工智能帶來的科技產(chǎn)品，將會是人類智慧的“容器”。 人工智能是對人的意識、思維的信息過程的模擬。人工智能不是人的智能，但能像人那樣思考、也可能超過人的智能。人工智能是一門極富挑戰(zhàn)性的科學(xué)，從事這項(xiàng)工作的人必須懂得計(jì)算機(jī)知識，心理學(xué)和哲學(xué)。人工智能是包括十分廣泛的科學(xué)，它由不同的領(lǐng)域組成，如機(jī)器學(xué)習(xí)，計(jì)算機(jī)視覺等等，總的說來，人工智能研究的一個(gè)主要目標(biāo)是使機(jī)器能夠勝任一些通常需要人類智能才能完成的復(fù)雜工作。但不同的時(shí)代、不同的人對這種“復(fù)雜工作”的理解是不同的。但是我們更為平常的理解可以是：給人們

3、減輕體力活動，更加快捷、安全的一個(gè)智能的系統(tǒng)。它可以幫助人們完成人們認(rèn)為無聊重復(fù)、高危險(xiǎn)、高難度的工作的東西?？傊?，我們就可以理解成為它是一個(gè)萬能的“機(jī)器人”，然后幫助我們干我們不想干的事情。2、 人工智能之未來篇（1）未來五年人工智能將導(dǎo)致千萬人失業(yè)？人工智能技術(shù)的崛起將導(dǎo)致“失業(yè)潮”的發(fā)生已基本成為行業(yè)的共識。“世界經(jīng)濟(jì)論壇”2016年年會，基于對全球企業(yè)戰(zhàn)略高管和個(gè)人的調(diào)查發(fā)布的報(bào)告稱。 未來五年，機(jī)器人和人工智能等技術(shù)的崛起，將導(dǎo)致全球15個(gè)主要國家的就業(yè)崗位減少710萬個(gè)，2/3將屬于辦公和行政人員。萊斯大學(xué)計(jì)算機(jī)工程教授摩西·瓦迪近日同樣表示，今后30年，電腦可以從事人類

4、的所有工作，他預(yù)計(jì)，2045年的人類失業(yè)率將超過50%。創(chuàng)新工場董事長兼首席執(zhí)行官李開復(fù)表示，這些強(qiáng)大的機(jī)器帶給人類的“下崗潮”還不是最可怕的，因?yàn)檫@些機(jī)器會產(chǎn)生巨大的商業(yè)價(jià)值，養(yǎng)活著這些下崗者，進(jìn)而養(yǎng)活著人類。人類最應(yīng)該擔(dān)心的是“人工智能”機(jī)器真正可能帶來的危機(jī)，不是奴役人類，而是讓人類喪失斗志，無所事事。（2）未來人工智能只有“智商”沒“情商”？如果你認(rèn)為人工智能只能完成高超的邏輯思考，而不會理解人類的情感情緒，包括喜、怒、哀、樂、愛、恨、貪、癡，那就錯(cuò)了。事實(shí)上，越來越精準(zhǔn)的圖像、聲音和面部識別系統(tǒng)均能讓計(jì)算機(jī)更好地探查人的情感狀態(tài)。3、 人工智能應(yīng)用之土木篇隨著地理信息系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展,

5、 軟件功能日趨多樣化, 其應(yīng)用范圍也由傳統(tǒng)領(lǐng)域擴(kuò)展到其它越來越多的新興或交叉學(xué)科目前, 技術(shù)己經(jīng)開始逐步融入并推動著土木工程大學(xué)科中若干重要領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。從一定程度上講, 的應(yīng)用模式正在逐步影響和改變著土木工程師慣有的思維方式。（1）應(yīng)用之制圖方面例如，Arch2010就是一款基于AutoCAD20022010平臺的，專為建筑設(shè)計(jì)工作而量身打造的CAD系統(tǒng)，它集人性化、數(shù)字化、可視化、參數(shù)化、智能化于一身，將建筑構(gòu)件作為最基本的設(shè)計(jì)單元，采用了非常先進(jìn)的自定義對象核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了二維圖形與三維模型的同步此類系統(tǒng)的使用讓筑設(shè)計(jì)師再也不必趴在桌子上完成繪圖工作，讓他們的創(chuàng)意和設(shè)想能夠得到更完美

6、的發(fā)揮和實(shí)現(xiàn)。工程圖檔也不再是以往那種抽象的線條堆積，而是通過數(shù)字化技術(shù)轉(zhuǎn)化成了直觀的、可視的建筑模型，真正實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)界面人性化、構(gòu)件創(chuàng)建參化、構(gòu)件關(guān)聯(lián)智能化、設(shè)計(jì)過程可視化。在實(shí)際工作中的好多工作, 雖然不是GIS領(lǐng)域的內(nèi)容, 但是都需要或多或少地進(jìn)行圖像的拼接處理。在這類工作中, 對圖幅地理參數(shù)要求不高甚至不做要求, 如果能引入GIS軟件, 借助其強(qiáng)大的圖像生成或校正功能, 亦能達(dá)到準(zhǔn)確、快捷的效果。 土木工程專業(yè)每年學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)都要進(jìn)行施工圖紙的繪制, 尤其是道路橋梁專業(yè)的學(xué)生。指導(dǎo)老師一般會提供示例圖紙供學(xué)生參考, 鑒于道路橋梁或者生命線工程的施工圖紙比較狹長, 常常需要用A4的掃描

7、儀掃描2到4次方能掃全。況且掃描后無法在計(jì)算機(jī)中用AutoCAD描圖, 關(guān)鍵問題就是圖紙的接邊不好處理, 以及掃描時(shí)圖紙的變形、位置的傾斜等；即使能操作photoshop的學(xué)生, 圖紙接邊亦不能做到很精確。后來經(jīng)筆者建議,嘗試將圖紙掃描后用GIS軟件進(jìn)行拼接, 只需事先選好相鄰掃描圖的重合關(guān)鍵點(diǎn)即可, 然后再在AutoCAD中以拼接后的圖件為底圖進(jìn)行繪制, 方便快捷地解決了這個(gè)問題, 拼接效果很好；同時(shí)也給土木專業(yè)的學(xué)生提供了GIS處理問題的思路, 達(dá)到了良好的效果。（2）應(yīng)用之地理信息系統(tǒng) 地理信息系統(tǒng)是一門集計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息學(xué)、地理學(xué)等多門科學(xué)為一體的新興學(xué)科，基于其能快速、方便地管理海量

8、數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于資源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)、城市規(guī)劃建設(shè)和災(zāi)害監(jiān)測與評估等領(lǐng)域 。它是在計(jì)算機(jī)硬件和軟件支持下，運(yùn)用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論，科學(xué)管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)，以提供對規(guī)劃、管理、決策和研究所需信息的空間 信息系統(tǒng)長期以來，人們普遍使用模擬地圖來存儲和查詢空間信息地圖和描述地圖信息的文獻(xiàn)著作的結(jié)合，可視為一種模擬的地理信息系統(tǒng)這種模擬地理信息系統(tǒng)的使用存在一些缺點(diǎn)。工程地質(zhì)勘察行業(yè)中引入GIS技術(shù), 旨在利用GIS強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理和空間分析功能,對以各種圖件、圖像、表格、文字報(bào)告為基礎(chǔ)的單個(gè)工程勘察項(xiàng)目或區(qū)域地質(zhì)調(diào)查成果資料以及基本地理信息, 進(jìn)行一體化存儲

9、管理。在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)行二維地質(zhì)圖形生成及分析計(jì)算, 并能夠利用鉆孔數(shù)據(jù)建立區(qū)域三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型, 采用三維可視化技術(shù)直觀、形象地表達(dá)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造單元的空間展布特征以及各種地質(zhì)參數(shù), 建立集數(shù)字化、信息化、可視化為一體的空間信息系統(tǒng), 為相關(guān)部門提供有效的工程地質(zhì)信息和科學(xué)決策依據(jù)。目前, 國內(nèi)將GIS技術(shù)和工程地質(zhì)勘察業(yè)務(wù)相結(jié)合, 對應(yīng)用于工程地質(zhì)勘察行業(yè)的GIS軟件也成為軟件研發(fā)的新領(lǐng)域, 如有武漢中地公司的MapGIS工程勘察GIS信息系統(tǒng)、理正勘察系列軟件等。 典型的工程勘察GIS系統(tǒng)由以下幾個(gè)功能模塊組成： 1、數(shù)據(jù)管理。數(shù)據(jù)管理模塊主要實(shí)現(xiàn)對地理底圖、工程勘察所獲取的資料和成果的錄

10、導(dǎo)入、轉(zhuǎn)換、編輯、查詢等功能。其中數(shù)據(jù)建庫可根據(jù)需要建立地理底圖庫或者工程勘察數(shù)據(jù)庫,以實(shí)現(xiàn)對海量數(shù)據(jù)的方便輸入、存儲和編輯而基于GIS強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理功能, 工程勘察GIS軟件能方便實(shí)現(xiàn)諸如鉆孔相關(guān)的試驗(yàn)表屬性數(shù)據(jù)與圖形數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)存儲功能、各種三維地質(zhì)模擬結(jié)果和成果資料的存儲管理功能、對多種成果圖件及統(tǒng)計(jì)分析表單的快速查詢功能等多種工程勘察信息管理功能。 2、工程地質(zhì)分析及應(yīng)用 該模塊基于GIS中數(shù)一模聯(lián)動和空間分析功能, 能夠?qū)崿F(xiàn)：（1）生成與鉆孔相關(guān)的鉆孔平面布圖、土層柱狀圖、巖石柱狀圖和工程地質(zhì)剖面圖等基本圖件；（2）根據(jù)離散鉆孔點(diǎn)生成等值線, 比如地層層厚、層底層頂深度等值線、基巖面等

11、值線、地下水位等值線。（3）根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)生成各種試驗(yàn)曲線, 如靜力觸探曲線圖、十字板剪切試驗(yàn)曲線、三軸壓縮試驗(yàn)曲線圖、土的顆粒級配曲線等。（4）與辦公自動化OA完美結(jié)合根據(jù)工程勘察所取得的數(shù)據(jù)自動生成工程勘察報(bào)告。3、三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)建模及可視化 該類模塊能夠根據(jù)用戶選定的分析區(qū)域內(nèi)的鉆孔分層數(shù)據(jù)自動建立起能反映該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造單元地層空間展布特征的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型對于地質(zhì)條件比較復(fù)雜的區(qū)域,可通過用戶自定義剖面干預(yù)建模, 處理夾層、尖滅、透鏡體等特殊地質(zhì)現(xiàn)象。同時(shí)可提供對三維地質(zhì)模型的多種可視化表現(xiàn)功能, 比如生成任意方向切割模型、立體剖面圖, 以及三維空間量算功能。4、成果生成和輸出 該類模塊能

12、對生成的各種二維圖件、表格進(jìn)行方便、靈活輸出, 以及對三維地質(zhì)模擬結(jié)果靜態(tài)效果圖、漫游圖、空間分析量算結(jié)果的輸出。（3）應(yīng)用之建筑領(lǐng)域傳統(tǒng)的建筑施工管理中，主要是依靠手寫、手繪的方式來完成有關(guān)施工檔案的記錄和施工平面圖的繪制，而隨著人工智能技術(shù)在建筑領(lǐng)域里應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，綜合采用數(shù)理邏輯學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、人工智能等手段來進(jìn)行施工管理已經(jīng)得到了認(rèn)可和普及。目前比較流行的基于C/S環(huán)境開發(fā)的建筑施工管理系統(tǒng)，已經(jīng)涵蓋了工地管理的方方面面，主要包括員工管理模塊、分包合同管理模塊、固定資產(chǎn)管理模塊、供應(yīng)商管理模塊和財(cái)務(wù)管理模塊、施工日志管理模塊、員工考勤管理模塊與工資掛鉤細(xì)化了對分包商和供應(yīng)商的管理，更

13、加有效地控制材料進(jìn)出，供應(yīng)商和分包商以及員工的管理真正實(shí)現(xiàn)了工地物流、資金流和業(yè)務(wù)流“三流合一”。 另外，建筑施工管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫也非常強(qiáng)大，具有極為強(qiáng)勁的數(shù)據(jù)處理和儲存能力，不僅性能穩(wěn)定，升級和日常維護(hù)也非常的快捷方便。另外，針對建筑施工人流復(fù)雜、密集的特點(diǎn)，系統(tǒng)還相應(yīng)設(shè)置了權(quán)限管理功能，保障了施工管理數(shù)據(jù)的安全和準(zhǔn)確性。人工智能技術(shù)在混凝土強(qiáng)度預(yù)測分析中也開始廣泛應(yīng)用。對于建筑施工來說，28天抗壓強(qiáng)度是衡量商品混凝土性能的重要指標(biāo)。如能在短時(shí)間內(nèi)預(yù)測到其28天強(qiáng)度值，就可以對混凝土質(zhì)量進(jìn)行控制。傳統(tǒng)的混凝土預(yù)測方法通常為基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)的線性回歸方法。然而對于商品混凝土來講，由于摻入了大量的粉

14、煤灰，其抗壓強(qiáng)度的大小和混凝土各組成材料之間呈高度非線性關(guān)系，采用通過回歸得到的線性函數(shù)并不適用。因此將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入到混凝土性能預(yù)測領(lǐng)域。天津大學(xué)的趙勝利比較了3種不同輸入模型的RBF網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測效果并與傳統(tǒng)的BP網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行比較，提出的RBF網(wǎng)絡(luò)模型具有很高的預(yù)測精度和較強(qiáng)的泛化能力，可作為商品混凝土性能分析的一種新型有效的方法。（4）其他應(yīng)用方面?zhèn)鹘y(tǒng)的GIS在二維方面發(fā)展較為成熟,它本質(zhì)上是基于抽象符號的系統(tǒng),不能給人以自然界的原本感受。土木工程在三維方面需求較多,二維GIS難以滿足需要。隨著圖形學(xué)理論、數(shù)據(jù)庫理論技術(shù)以及計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,加之應(yīng)用需求的強(qiáng)烈推動,三維G

15、IS的出現(xiàn)和發(fā)展現(xiàn)已成為可能。與二維GIS相比, 三維GIS對客觀世界的表達(dá)能給人以更真實(shí)的感受,它以立體造型技術(shù)向用戶展現(xiàn)地理空間現(xiàn)象,不僅能夠表達(dá)空間對象間的平面關(guān)系,而且能描述和表達(dá)它們之間的垂向關(guān)系;三維GIS的發(fā)展,將對土木工程的發(fā)展提供一個(gè)有力的工具。MAGIS三維可視地理信息系統(tǒng)是武漢適普軟件有限公司自主開發(fā)的一套以數(shù)字正射影像 (DOM) 、數(shù)字地面模型(DEM) 、數(shù)字線劃圖(DLG)和數(shù)字柵格圖(DRG)作為綜合處理對象的虛擬現(xiàn)實(shí)管理GIS系統(tǒng)。它分為兩大部分:三維地理信息系統(tǒng)和平面圖形編輯系統(tǒng)。通常,二維圖形在平面編輯系統(tǒng)中經(jīng)過編輯整形后,即可輸出到三維系統(tǒng)中進(jìn)行三維實(shí)體

16、的重建和管理,用戶可對其進(jìn)行查詢分析、屬性定義以及各種可視化操作和圖形輸出等操作。 MAGIS是基于4D 產(chǎn)品的三維可視化地理信息系統(tǒng),它將常規(guī)的二維數(shù)據(jù)模型推廣到三維空間,不僅能實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)的可視化,而且為用戶提供了強(qiáng)大的交互操作工具。在這個(gè)三維環(huán)境里,用戶可以真實(shí)地重現(xiàn)或創(chuàng)建各種復(fù)雜的三維形體如地貌、地物等,并為進(jìn)一步的空間決策服務(wù)。MAGIS的空間查詢與分析功能突破了二維和2. 5維的概念,可以直接從三維模型上選擇目標(biāo)進(jìn)行分析和查詢,如面積、周長、距離、體積和剖面等,可以直接在透視圖空間進(jìn)行各種空間查詢與決策分析。1、區(qū)域土方量的計(jì)算 在大型工程設(shè)計(jì)中首先要估算施工的土石方工程量,常規(guī)的

17、方法是在地面上布置適當(dāng)點(diǎn)距的規(guī)則格網(wǎng),實(shí)測每個(gè)格網(wǎng)的高程。設(shè)計(jì)高程與格網(wǎng)點(diǎn)實(shí)測高程的較差,就是這個(gè)點(diǎn)的挖填方高度。然后通過線性內(nèi)插,在格網(wǎng)上劃定挖、填方量。分別累加所有格網(wǎng)的挖方和填方,若兩者不平衡,就需要調(diào)整地面設(shè)計(jì)高程,再次計(jì)算,直到區(qū)域挖填方量的差值不超過預(yù)定的閾值為止,工作相當(dāng)繁瑣。在三維GIS中,該工作就容易得多。在三維GIS中,可以建立數(shù)字高程模型(DEM) ,根據(jù)DEM, 采用公式計(jì)算土方量。2、道路設(shè)計(jì) 在三維GIS中,可以方便地進(jìn)行道路設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)的道路線在DEM 上生成道路并計(jì)算出修建此條道路需要開挖和回填的土石方量。實(shí)現(xiàn)過程如下:選擇設(shè)計(jì)輪廓線(道路的中心線) ,系統(tǒng)將

18、彈出對話框,要求用戶輸入設(shè)計(jì)參數(shù),參數(shù)包括路面寬度、緩沖帶寬度、中心線加密點(diǎn)數(shù)和DEM 在X、Y方向上的加密網(wǎng)格間距。中心線加密點(diǎn)適用于道路設(shè)計(jì)線上點(diǎn)比較少需要計(jì)算加密的情況,DEM的加密網(wǎng)格間距適用于DEM網(wǎng)格較稀疏的情況下,使用網(wǎng)格間距加密可以使計(jì)算出的土石方工程量結(jié)果更準(zhǔn)確。3、淹沒分析 淹沒分析是水利工程前期選址中最重要的分析項(xiàng)目之一。利用GIS技術(shù)與水動力水文模型相結(jié)合,再根據(jù)數(shù)字高程模型DEM提供的三維數(shù)據(jù),來預(yù)測、模擬顯示洪水淹沒區(qū),并進(jìn)行災(zāi)害評估。其重要性不言而喻,這不僅涉及到直接的淹沒損失,還與移民安置、周邊或沿線的生態(tài)環(huán)境影響評價(jià)有密切的關(guān)系。按照規(guī)劃設(shè)計(jì)方案中工程的設(shè)計(jì)淹沒水位,會對工程周邊的影響區(qū)域形成一定范圍的淹沒區(qū),對于