大數(shù)據(jù)及其在橋梁工程中應(yīng)用的探析

■馬依努爾·麥麥提依明 ■新疆交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 831401

“大數(shù)據(jù)”與其說(shuō)是一種“技術(shù)”，不如說(shuō)它是一種“思維方式”，是在海量巨額數(shù)據(jù)支持下的一種數(shù)據(jù)分析方式或者說(shuō)數(shù)據(jù)使用方式;其正在悄悄改變著人們的生活，改變著人們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的方式與方法;但是當(dāng)前也有更多的領(lǐng)域還沒(méi)有意識(shí)到應(yīng)用大數(shù)據(jù)思維方式來(lái)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、思考問(wèn)題，更不用說(shuō)用大數(shù)據(jù)思維方式來(lái)發(fā)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)海洋中巨大數(shù)據(jù)資源所蘊(yùn)藏的價(jià)值;采用大數(shù)據(jù)思維方式解決實(shí)際生活中的問(wèn)題已是大勢(shì)所趨。橋梁工程的建設(shè)、監(jiān)測(cè)亦不可能躲過(guò)其影響;目前，我國(guó)各級(jí)政府、科研、相關(guān)橋梁管理單位已經(jīng)建立起來(lái)各自的橋梁信息資源庫(kù)，已經(jīng)建設(shè)并投入使用了由為數(shù)眾多智能監(jiān)測(cè)器組成的橋梁智能健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)每天將收集、存儲(chǔ)幾十個(gè)GB、上百GB 的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，日積月累這些數(shù)據(jù)將成為真正的“大數(shù)據(jù)”。如何在橋梁工程中更好的應(yīng)用“大數(shù)據(jù)”，分析與解決應(yīng)用過(guò)程中可能存在的問(wèn)題，無(wú)疑具有重要意義。

1 “大數(shù)據(jù)”及其應(yīng)用現(xiàn)狀概述

伴隨互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展與應(yīng)用，互聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)量也呈幾何數(shù)量級(jí)產(chǎn)生、增長(zhǎng);當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)每分鐘產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量比二十年前所有互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)還要多。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)已由最初Bite、KB、MB 發(fā)展到今天GB、TB 甚至是PB、EB、ZB 級(jí)，用一個(gè)字來(lái)衡量就是“大”，我們已經(jīng)進(jìn)入到了一個(gè)“大數(shù)據(jù)”時(shí)代?；ヂ?lián)網(wǎng)中的“大數(shù)據(jù)”紛亂而復(fù)雜，具體表現(xiàn)為五個(gè)特點(diǎn)，分別是數(shù)據(jù)體量大的特點(diǎn)、數(shù)據(jù)生產(chǎn)快的特點(diǎn)、數(shù)據(jù)種類多的特點(diǎn)、數(shù)據(jù)價(jià)值密度低的特點(diǎn)和數(shù)據(jù)價(jià)值量大的特點(diǎn)?！按髷?shù)據(jù)”已經(jīng)逐漸在體現(xiàn)出其巨大的價(jià)值;美國(guó)麥肯錫咨詢公司認(rèn)為“數(shù)據(jù)已經(jīng)滲透到各個(gè)行業(yè)、領(lǐng)域，已經(jīng)成為重要的生產(chǎn)因素或者要素之一，下一波互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展浪潮必定是對(duì)海量數(shù)據(jù)的挖掘與再利用”;美國(guó)著名學(xué)者維克托·邁爾-舍恩伯格，也是《大數(shù)據(jù)時(shí)代》的作者，其在書中詳細(xì)解析了“大數(shù)據(jù)”，通過(guò)大量應(yīng)用實(shí)例來(lái)說(shuō)明未來(lái)的石油、金礦必然存在于“大數(shù)據(jù)”之中。

大數(shù)據(jù)的價(jià)值，一方面在于其經(jīng)過(guò)對(duì)海量數(shù)據(jù)的處理，產(chǎn)生了新的價(jià)值，使數(shù)據(jù)成為一種新的、有價(jià)值的資源;另一方面大數(shù)據(jù)也改變了人們傳統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題的方法，傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析方法是基于“抽樣”的，而大數(shù)據(jù)時(shí)代樣本不再是總體的一部分，而是“樣本=總體”，我們可以通過(guò)對(duì)近似“總體”數(shù)據(jù)的分析來(lái)發(fā)現(xiàn)“抽樣”狀態(tài)下發(fā)現(xiàn)不了的問(wèn)題或者規(guī)律，其也逐漸改變了傳統(tǒng)科學(xué)研究的“因果”思維方式，而轉(zhuǎn)向“相關(guān)”，將關(guān)注的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向“事實(shí)”而不是背后的“原因”，了解當(dāng)前正在發(fā)生什么，以便采取措施及時(shí)應(yīng)對(duì)。

目前，世界各國(guó)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到大數(shù)據(jù)及其潛在的價(jià)值，紛紛制訂計(jì)劃、項(xiàng)目來(lái)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用大數(shù)據(jù)資源。如2012 年，美國(guó)就正式公布了“大數(shù)據(jù)研發(fā)計(jì)劃”，旨在提高人們分析與處理海量數(shù)據(jù)、信息的能力，旨在改變?nèi)藗儼l(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題等觀察與理解世界的方式、方法，為美國(guó)未來(lái)的科學(xué)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供新的動(dòng)力。我國(guó)也專門制定了“中國(guó)大數(shù)據(jù)科學(xué)與工程研究計(jì)劃”，專門設(shè)立了大數(shù)據(jù)科學(xué)研究項(xiàng)目專項(xiàng)資金，旨在開(kāi)發(fā)互聯(lián)網(wǎng)中的大數(shù)據(jù)資源，深度挖掘與利用海量數(shù)據(jù)中所蘊(yùn)藏的巨大價(jià)值。

2 橋梁工程“大數(shù)據(jù)”應(yīng)用的必要性及其現(xiàn)實(shí)意義

2.1 橋梁工程中“大數(shù)據(jù)”應(yīng)用的必要性

橋梁工程中的數(shù)據(jù)分類，按著收集時(shí)間的不同可以為靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)兩種。所謂靜態(tài)數(shù)據(jù)，是指與橋梁相關(guān)的傳統(tǒng)信息資料庫(kù)和借助于科學(xué)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。橋梁傳統(tǒng)信息資料庫(kù)是典型的靜態(tài)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)、資源不是定期更新的，按著相關(guān)要求一般會(huì)被保留十年到二十年時(shí)間，不同國(guó)家、地區(qū)的政府、相關(guān)橋梁管理部門都建立有地區(qū)所有橋梁工程的資料庫(kù)，保存地區(qū)所有橋梁工程的基本信息，如設(shè)計(jì)與建成時(shí)間、橋梁系統(tǒng)的功能和具體建設(shè)與運(yùn)營(yíng)部門等數(shù)據(jù)、信息;除了地方政府、相關(guān)橋梁管理部門以外，各級(jí)科研單位也在設(shè)計(jì)、完善相關(guān)橋梁統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)，系統(tǒng)中包括與橋梁相關(guān)的橋型、跨徑、材料和建成時(shí)間等信息，以及橋梁病害、橋梁運(yùn)營(yíng)狀況評(píng)定等內(nèi)容。對(duì)于橋梁科學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，其主要是指存在于各大高校、科研單位、科研中心的與橋梁有關(guān)的模型試驗(yàn)、振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)、風(fēng)動(dòng)實(shí)驗(yàn)和橋梁荷載試驗(yàn)等產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果、數(shù)據(jù)等;這些數(shù)據(jù)也被分門別類的保存起來(lái)，但這類數(shù)據(jù)一般不對(duì)外開(kāi)放。所謂動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，主要是指對(duì)橋梁施工過(guò)程的監(jiān)控、成橋運(yùn)營(yíng)階段橋梁健康狀況的監(jiān)測(cè)等獲得的數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)來(lái)自于安裝在橋梁之上的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傳感器，如風(fēng)速儀、溫度計(jì)、位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、應(yīng)變計(jì)和GPS 等;上述安裝的各類傳感器，再配以相關(guān)采集系統(tǒng)就可以獲得與橋梁相關(guān)的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)信息，這些數(shù)據(jù)、信息再輔以相關(guān)軟件分析和處理，就能及時(shí)了解橋梁的健康狀況，對(duì)橋梁的整體健康狀態(tài)做出評(píng)估和預(yù)測(cè)。無(wú)論是長(zhǎng)期保存的靜態(tài)數(shù)據(jù)，還是實(shí)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，這些保存與收集的數(shù)據(jù)無(wú)疑是“海量”的，為了獲得更好的橋梁狀態(tài)分析結(jié)果，將大數(shù)據(jù)思維方式應(yīng)用其中是必要的也是可行的。

2.2 橋梁工程中應(yīng)用“大數(shù)據(jù)”的現(xiàn)實(shí)意義

借助于大數(shù)據(jù)對(duì)傳統(tǒng)信息資料庫(kù)中數(shù)據(jù)的分析，可以使我們更好的、全面的了解地區(qū)橋梁基本信息，從而為全國(guó)其他地區(qū)的橋梁統(tǒng)計(jì)、國(guó)家相關(guān)部門橋梁信息的普查與管理提供有價(jià)值的參考。與橋梁有關(guān)的科研數(shù)據(jù)的開(kāi)放與利用，則可以加速學(xué)術(shù)界中各學(xué)者之間的交流、創(chuàng)新，為取得更為豐富的研究成果奠定基礎(chǔ)。而橋梁動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的可利用價(jià)值更大，由于包括了橋梁施工過(guò)程中重要的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，使我們可以充分利用大數(shù)據(jù)思維方式和技術(shù)挖掘其蘊(yùn)含的價(jià)值，為日后橋梁工程建設(shè)中提高施工質(zhì)量、優(yōu)化施工進(jìn)度、提前預(yù)防、預(yù)測(cè)和解決施工過(guò)程中遇到的問(wèn)題，以及減少不必要的質(zhì)量事故和經(jīng)濟(jì)損失等提供有價(jià)值的指導(dǎo)建議。對(duì)于成橋運(yùn)營(yíng)階段實(shí)時(shí)狀況的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，是橋梁健康狀況重要的評(píng)估依據(jù)，在大數(shù)據(jù)思維方式與技術(shù)的支持下，使我們準(zhǔn)確預(yù)測(cè)橋梁可能發(fā)生的問(wèn)題及預(yù)先采措施防止問(wèn)題發(fā)生成為可能，其也必然是大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下橋梁工程監(jiān)測(cè)的發(fā)展方向。

3 橋梁工程中大數(shù)據(jù)應(yīng)用預(yù)期存在的問(wèn)題及有效對(duì)策

大數(shù)據(jù)是一個(gè)新興事物，更是一種全新的思維方式，其在傳統(tǒng)橋梁工程中的應(yīng)用必然會(huì)產(chǎn)生一系列新的問(wèn)題，但這是不可避免的，而需要我們做的就是找出有效的應(yīng)用策略。

3.1 數(shù)據(jù)的去冗、去噪問(wèn)題

隨著數(shù)據(jù)量的增長(zhǎng)，冗余數(shù)據(jù)也會(huì)隨著有價(jià)值數(shù)據(jù)的增多而增多，我們俗稱的“噪音”干擾;因此，在對(duì)橋梁工程相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)利用時(shí)，首先就是要去冗、去噪。面對(duì)橋梁上各類傳感器收集的海量數(shù)據(jù)，有效的去冗、去噪方法就是編譯相關(guān)智能分析軟件，借助于“云分析”等管理技術(shù)、方法來(lái)提高數(shù)據(jù)處理與利用效率。

3.2 信息數(shù)據(jù)庫(kù)重復(fù)建設(shè)問(wèn)題

在“大數(shù)據(jù)”背景下，地方府部門、相關(guān)科研單位定會(huì)興建與完善自己的橋梁信息與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，這就會(huì)造成重復(fù)建設(shè)的資源浪費(fèi)問(wèn)題。對(duì)于這一可預(yù)見(jiàn)的問(wèn)題，最有效的解決途徑莫過(guò)于在大數(shù)據(jù)廣泛應(yīng)用之前就提醒地方政府、科研單位等要加強(qiáng)合作，在地方“云計(jì)算中心”的支持下建立專門的“橋梁工程大數(shù)據(jù)系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)彼此數(shù)據(jù)的開(kāi)放和共享。

3.3 國(guó)家政策、資金支持問(wèn)題

在我國(guó)大數(shù)據(jù)研究、應(yīng)用的初始階段，大數(shù)據(jù)在橋梁工程中的價(jià)值還未真正顯現(xiàn)，還需要收集更多的數(shù)據(jù)用于分析和利用，這就需要國(guó)家要給予地方政府、相關(guān)部門政策上的支持和加大與橋梁工程有關(guān)的大數(shù)據(jù)應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)投入力度。同時(shí)，也要在大數(shù)據(jù)應(yīng)用成熟之前，就探索建立相關(guān)法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)，旨在規(guī)范與保護(hù)“大數(shù)據(jù)”的應(yīng)用。

［1］梅文涵，楊建喜.基于大數(shù)據(jù)的橋梁監(jiān)測(cè)信息分類技術(shù)研究［J］.科技創(chuàng)業(yè)月刊，2015，(05).

［2］陳艾榮，潘玥，王達(dá)磊，馬如進(jìn).大數(shù)據(jù)時(shí)代的橋梁維護(hù)與安全［J］.上海公路，2014，(01).