基于云平臺的手持式智能橋梁巡檢系統(tǒng)研究

殷金穩(wěn)，宋 剛

(1.珠海市香洲公路養(yǎng)護管理與應急中心， 廣東 珠海 519000； 2.招商局重慶交通科研設計院有限公司， 重慶 400067)

基于云平臺的手持式智能橋梁巡檢系統(tǒng)研究

殷金穩(wěn)1，宋 剛2

(1.珠海市香洲公路養(yǎng)護管理與應急中心， 廣東 珠海 519000； 2.招商局重慶交通科研設計院有限公司， 重慶 400067)

介紹基于云平臺技術開發(fā)的一套手持式智能橋梁巡檢系統(tǒng)。該系統(tǒng)與后端云平臺連接，通過一系列智能手段，對橋梁檢查現(xiàn)場工作進行規(guī)范和指導。其特色功能包括檢查數(shù)據(jù)實時匯總、多人同時作業(yè)自動協(xié)調、全程作業(yè)實時監(jiān)管、多數(shù)據(jù)源融合、自動生成更加詳實的檢查報告等。利用云平臺的豐富資源，該巡檢系統(tǒng)可實現(xiàn)錄入提示和外業(yè)數(shù)據(jù)的實時處理，在大大提高橋梁檢查作業(yè)效率的同時，還可提高作業(yè)質量。

橋梁檢查；手持式智能化巡檢系統(tǒng)；云平臺

橋梁定期檢查工作主要包括：1) 對橋梁的技術狀況進行檢查并記錄；2) 對原始記錄進行匯總整理，按相關規(guī)范進行橋梁狀況評定并編寫檢查報告。傳統(tǒng)橋梁定期檢查多以紙質記錄方式為主，檢查人員需花費大量時間和精力對現(xiàn)場記錄進行匯總整理，對現(xiàn)場的遺漏和錯誤難以進行及時彌補和糾正，且每次檢查結果無法自動歸檔。近年來，隨著橋梁巡檢作業(yè)自動化水平的提高，手持式巡檢系統(tǒng)因其攜帶方便得到了越來越多的應用。該系統(tǒng)通常是基于Android、IOS或Windows Phone系統(tǒng)開發(fā)，被布設在移動終端上，用于橋梁基本情況、橋梁構件信息和橋梁現(xiàn)場檢查數(shù)據(jù)的電子化錄入。

文獻[1]介紹一種以安卓系統(tǒng)為工作平臺，手機終端為載體的便攜式山區(qū)公路橋梁檢查系統(tǒng)。該系統(tǒng)將外業(yè)數(shù)據(jù)自動進行病害分類、總結、打包，并通過GPRS網絡發(fā)送給內業(yè)編寫人員，可實現(xiàn)內外業(yè)同步。文獻[2-3]提出一種基于移動終端的橋梁檢查系統(tǒng)，該系統(tǒng)結合現(xiàn)行橋梁養(yǎng)護規(guī)范及橋梁技術狀況評定標準，可直接在橋梁檢查現(xiàn)場實現(xiàn)技術狀況即時輸入、即時評定，并可即時輸出檢查報告。

文獻[1-3]提出的手持式橋梁巡檢系統(tǒng)，其在對橋梁技術狀況進行評定時，均假定所有檢查結果存儲在單臺終端上，未涉及協(xié)同工作理念。而實際上，大跨徑橋梁的定期檢查常常需由多人同時完成，且有些檢查往往需要采用其他專業(yè)設備才能完成，如混凝土保護層厚度、鋼筋銹蝕、橋面線形檢測等[4- 5]。這就要求多人作業(yè)相互協(xié)調且不同檢測設備獲得的數(shù)據(jù)能夠融合。為此，本文提出了基于云平臺的手持式智能橋梁巡檢系統(tǒng)，其借助于后端云平臺，提供單機設備難以實現(xiàn)的功能，可大大降低橋梁巡檢系統(tǒng)對移動終端硬件和軟件資源的需求。

1 系統(tǒng)架構

手持式橋梁巡檢系統(tǒng)中引入云平臺技術，移動終端僅提供定位功能、數(shù)據(jù)錄入功能和顯示功能，其他功能均交給云平臺來實現(xiàn)?；谠破脚_的手持式橋梁巡檢系統(tǒng)架構如圖1所示。

圖1 基于云平臺的手持式橋梁巡檢系統(tǒng)架構

該系統(tǒng)架構中，后端云平臺接收各移動終端上傳的數(shù)據(jù)，并負責數(shù)據(jù)處理，接收移動終端請求，實時按需向移動終端傳送各種信息，如橋梁地理位置信息、橋梁基本情況、歷次檢查結果、其他移動終端的檢查結果、監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測結果等。云平臺通過提示、自動或半自動完成等方式來大大減少橋檢信息錄入的工作量。此外，對橋梁技術狀況進行評估時，云平臺除了利用手持式橋梁巡檢系統(tǒng)上傳的檢查數(shù)據(jù)外，還可融合接入云平臺的其他數(shù)據(jù)源，從而生成更詳實準確的橋梁狀況評估報告。

云平臺提供4種類型的服務器：數(shù)據(jù)庫服務器、文件服務器、橋梁狀況評估服務器和Web服務器。其中，數(shù)據(jù)庫服務器、文件服務器、橋梁狀況評估服務器用戶不能直接訪問，只能通過手持式巡檢系統(tǒng)或Web服務器訪問。數(shù)據(jù)庫服務器包含總體數(shù)據(jù)庫和橋梁數(shù)據(jù)庫，其中，總體數(shù)據(jù)庫存放用戶帳號信息、不同帳號的權限以及帳號與橋梁的對應關系；橋梁數(shù)據(jù)庫存放每個橋梁的具體信息，包含橋梁基本信息、歷次檢查結果、竣工資料存放地址等。考慮到橋梁數(shù)據(jù)格式的多樣性，數(shù)據(jù)庫服務器僅存放文字數(shù)據(jù)，其它如照片、圖表、圖紙、專項檢查的原始數(shù)據(jù)、視頻資料、橋梁有限元模型等，均存放于文件服務器。橋梁評估服務器部署數(shù)據(jù)處理軟件、專家系統(tǒng)、有限元軟件和橋梁狀況評估軟件。數(shù)據(jù)處理軟件負責對上傳的原始數(shù)據(jù)進行2次處理，包括拱軸線擬合、混凝土強度推算、裂縫分布圖繪制等。橋梁巡檢過程中，對某些病害難以判斷其成因時，可通過專家系統(tǒng)知識庫獲得幫助。有限元軟件以應用虛擬化的方式呈現(xiàn)給用戶，所有運算工作均在云平臺上完成，若需了解特定工況下結構的受力狀況，可以通過手持式移動終端運行軟件并查看結果。橋梁狀況評估軟件負責融合多數(shù)據(jù)源[6-7]，自動生成橋梁狀況評估報告。

手持式橋梁巡檢系統(tǒng)可以直接上傳數(shù)據(jù)至云平臺。橋梁檢查中采用的其他無損檢測設備，由于來自不同生產廠商，如果未進行2次開發(fā)，則其檢查數(shù)據(jù)只能通過Web服務器人工上傳。

與文獻[1-3]提出的巡檢設備相比較，本文提出的基于云平臺的橋梁巡檢系統(tǒng)具有如下明顯優(yōu)點：

1) 當多臺手持式巡檢終端同時工作時，可以自動實現(xiàn)檢查結果匯總、整理和歸檔，可實時協(xié)調各移動終端的工作，且不要求各巡檢終端版本統(tǒng)一。

2) 手持式巡檢終端不僅可以隨時連接云平臺以查詢橋梁歷次檢查數(shù)據(jù)和其他設備對橋梁的檢測或監(jiān)測結果，而且還可以隨時連接專家系統(tǒng)知識庫獲得專業(yè)幫助，規(guī)范橋梁現(xiàn)場檢查工作，減少現(xiàn)場檢查工作的人為因素。

3) 絕大部分計算工作均由云平臺完成，因此在大大增強巡檢系統(tǒng)功能和智能化的同時，還可大大降低其對移動終端硬件和軟件資源的需求。

4) 自動生成更全面更準確的橋梁狀況評估報告。云平臺在生成橋梁技術狀況評估報告時，除了基于巡檢終端上傳的檢查結果外，還可以融合接入云平臺的其他數(shù)據(jù)源。

5) 上級管理部門可通過手機、PAD、電腦等登錄部署在云平臺上的Web網站，可實時掌握橋梁現(xiàn)場檢查情況，遠程實時對橋梁現(xiàn)場檢查情況進行監(jiān)督和指導。云平臺也可以接入橋梁管理部門的OA辦公系統(tǒng)。

6) 系統(tǒng)后期升級維護方便，可大大降低系統(tǒng)后期升級維護成本。由于數(shù)據(jù)整理工作和生成橋梁檢查報告均在云平臺上完成，故大多數(shù)情況下僅需對云平臺系統(tǒng)進行升級維護，而對云平臺系統(tǒng)的升級維護可以遠程進行。巡檢終端系統(tǒng)的升級維護可以當巡檢終端連接至云平臺時自動完成。

7) 云平臺運行穩(wěn)定，可以按需分配資源池，且數(shù)據(jù)的可靠性和安全性可以得到充分保障。

2 功能模塊

手持式橋梁巡檢系統(tǒng)包括4大模塊：從云平臺領取檢查任務模塊、橋梁定位模塊、現(xiàn)場工作模塊和橋梁狀況評估模塊。

2.1 從云平臺領取檢查任務模塊

檢查人員出發(fā)前，首先從云平臺領取檢查任務，并下載本次需要檢查的橋梁信息(線路名稱、橋名、位置、正面照、立面照、最近幾次檢查數(shù)據(jù)等)到移動終端，以防止橋梁現(xiàn)場信號不好、網絡速度過慢等問題。從云平臺領取檢查任務需要用戶權限，要求輸入用戶名和密碼。

2.2 橋梁定位模塊

下載的橋梁基本信息中包含橋梁的地理位置信息。橋梁定位模塊利用移動終端的定位功能，導航巡檢人員至指定橋梁。橋梁位置比較偏僻或同轄區(qū)存在同名橋梁時，該功能尤其有用。

2.3 現(xiàn)場工作模塊

檢查人員到達指定橋梁后，移動終端自動加載當前橋梁的構件、部件信息，并根據(jù)橋梁構件、部件信息自動加載針對當前橋梁的檢查界面，且自動加載當前橋梁的基本情況、以往檢查記錄等。通過查看該橋歷次檢查數(shù)據(jù)，可使本次檢查重點突出，效率更高，同時還可以明確各種病害的發(fā)展趨勢。例如對某拱橋進行檢查，上次檢查發(fā)現(xiàn)拱上側墻外移 0.5 cm，如果這次檢查發(fā)現(xiàn)拱上側墻外移1.0 cm，檢查人員就能快速得出拱上側墻外移仍在發(fā)展這一結論。檢查人員也可以通過專家系統(tǒng)知識庫來實時獲得專業(yè)知識幫助。

現(xiàn)場檢查過程中，移動終端會把檢查數(shù)據(jù)實時自動上傳至云平臺。當多臺移動終端同時工作時，檢查人員通過云平臺可以查看彼此工作情況，實時協(xié)調。檢查人員通過移動終端連接云平臺，云平臺根據(jù)用戶權限，禁止或允許該用戶查看接入云平臺的其他數(shù)據(jù)源的信息。檢查人員可以調用部署于云平臺的軟件對上傳數(shù)據(jù)進行處理，完成裂縫分布圖繪制、拱軸線擬合等，也可完成非常復雜的橋梁有限元分析。

云平臺實時對上傳數(shù)據(jù)進行匯總、整理。若多臺移動終端同時對某一構件病害進行了描述，云平臺則自動判斷是否存在冗余數(shù)據(jù)，提示最后一個上傳數(shù)據(jù)用戶進行合并、覆蓋原來數(shù)據(jù)、放棄上傳該條冗余數(shù)據(jù)等操作。若需要覆蓋原來數(shù)據(jù)，原數(shù)據(jù)上傳人員會得到提示，并需要確認。云平臺會自動對上傳數(shù)據(jù)進行檢查，檢查現(xiàn)場工作是否有疏漏或錯誤。此外，云平臺對檢查結果自動進行歸檔。

手持式橋梁巡檢系統(tǒng)提供與橋梁管理部門OA辦公系統(tǒng)的接口。橋梁管理部門通過OA辦公系統(tǒng)可直接訪問云平臺，可實時查看檢查結果，并可發(fā)送消息至現(xiàn)場移動終端。巡檢系統(tǒng)現(xiàn)場工作數(shù)據(jù)流程如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場工作數(shù)據(jù)流程

2.4 橋梁狀況評估模塊

檢查人員選定檢查規(guī)范后，云平臺會依據(jù)規(guī)范和匯總后的檢查數(shù)據(jù)自動生成橋梁技術狀況評定報告，并將其顯示于移動終端。除檢查數(shù)據(jù)外，根據(jù)用戶權限和用戶要求，云平臺可以自動融合接入云平臺的其他數(shù)據(jù)源，自動生成更全面的橋梁狀況評估報告。

3 結束語

本文提出了一種新的基于云平臺的手持式智能橋梁巡檢系統(tǒng)，目前該系統(tǒng)已基本開發(fā)完畢。與傳統(tǒng)手持式橋梁巡檢系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)不僅可實現(xiàn)各終端之間的實時協(xié)調，功能更加強大，而且還可以自動融合多數(shù)據(jù)源生成更全面的橋梁狀況評估報告。

[1]陳 卓，黃光清，潘 飛.山區(qū)公路橋梁掌上檢查系統(tǒng)簡介[J].公路交通技術，2011(6)：80-82，87.

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[3]袁澤瑤.基于Android平臺的人工橋梁檢測系統(tǒng)研究[D].武漢：武漢理工大學，2013.

[4]交通運輸部公路科學研究院. 公路橋梁技術狀況評定標準：JTG/T H21—2011[S].北京：人民交通出版社，2011.

[5]住房和城鄉(xiāng)建設部.城市橋梁檢測與評定技術規(guī)范：CJJ/T 233—2015[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2015.

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[7]石德菊.中小橋梁群運營期結構狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)研究[D].重慶：重慶交通大學，2015.

Research on Portable Intelligent Bridge Inspection System Based on Cloud Platform

YIN Jinwen1,SONG Gang2

This paper introduces a portable intelligent bridge inspection system based on cloud platform. This system is connected to the back-end cloud platform,and it can regulate and guide the work of bridge inspection site work through a series of intelligent means. Its featured functions include checking the real-time summary of data,multi-user simultaneous operation and automatic coordination,real-time monitoring of the whole process,multi-data source integration,automatic generation of more detailed inspection reports,etc. Using the rich resources of the cloud platform,the inspection system can achieve entry prompt and real time process of field data,it may improve inspection quality while improving bridge inspection efficiency.

bridge inspection; portable intelligent inspection system; cloud platform

10.13607/j.cnki.gljt.2016.06.017

交通運輸部應用基礎研究資助項目(2014319740160)；重慶市科技人才培養(yǎng)計劃資助項目(cstc2013kjrc-qnrc30001)

2016-08-29

殷金穩(wěn)(1984-)，男，廣東省惠州市人，本科，助工。

1009-6477(2016)06-0077-03

U446.3

A