探究橋梁智能檢測(cè)技術(shù)原理及應(yīng)用

孫鵬軒

（安徽交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽合肥 230051）

我國(guó)橋梁工程的規(guī)?；ㄔO(shè)對(duì)于緩解現(xiàn)有的交通壓力起到了一定作用。橋梁工程本身的質(zhì)量水平會(huì)對(duì)橋梁的運(yùn)行、人身安全產(chǎn)生較大的影響。當(dāng)下的工程建設(shè)必須重視對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)以及質(zhì)量的全面檢測(cè)。傳統(tǒng)的橋梁檢測(cè)技術(shù)以數(shù)據(jù)的有線傳輸作為基礎(chǔ)，導(dǎo)致在檢測(cè)的過程中需要大量數(shù)據(jù)傳輸線纜的布置，加大了工作總量[1]。當(dāng)前以無線技術(shù)作為基礎(chǔ)的智能化橋梁檢測(cè)技術(shù)在不需要鋪設(shè)傳輸線纜的前提下，能夠?qū)蛄哼M(jìn)行針對(duì)性檢測(cè)，得到了廣泛應(yīng)用。本文通過分析探究橋梁智能檢測(cè)技術(shù)原理及應(yīng)用，對(duì)今后智慧交通橋梁檢測(cè)技術(shù)發(fā)展、應(yīng)用具有一定的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

1 以無線技術(shù)作為基礎(chǔ)的橋梁智能檢測(cè)技術(shù)原理剖析

1.1 局域網(wǎng)技術(shù)下的無線電橋梁檢測(cè)技術(shù)原理

在橋梁智能檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的過程中，考慮橋梁工程規(guī)模結(jié)合橋梁檢測(cè)應(yīng)用時(shí)間周期確定的局域網(wǎng)組網(wǎng)方式，就目前應(yīng)用情況分析，該方式作為基礎(chǔ)的橋梁檢測(cè)技術(shù)，可以適用于各種規(guī)模且檢測(cè)周期較短的橋梁檢測(cè)工作需求。

局域網(wǎng)自身的網(wǎng)絡(luò)通信特征及實(shí)現(xiàn)機(jī)制限制，該種智能檢測(cè)技術(shù)本身對(duì)于數(shù)據(jù)采集傳感器具有嚴(yán)格的數(shù)據(jù)同步傳輸要求。其主要的技術(shù)原理是借助多個(gè)無線傳輸模塊的設(shè)置，通過使用數(shù)據(jù)的跳傳傳輸技術(shù)，保障無線信號(hào)發(fā)射、收集中心與傳輸模塊之間的協(xié)同運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)部的遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸[2]。根據(jù)相關(guān)工程實(shí)踐統(tǒng)計(jì)，該技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸距離可以超過10 km。

1.2 公用網(wǎng)絡(luò)下的無線電橋梁檢測(cè)技術(shù)原理

與局域網(wǎng)相比，公用網(wǎng)絡(luò)在穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)含量、覆蓋范圍等方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)，此這類以公用網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)的橋梁智能檢測(cè)通信技術(shù)，被應(yīng)用在規(guī)模較小的橋梁長(zhǎng)期檢測(cè)工作中。公用網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)相對(duì)較為固定且覆蓋范圍較廣，在實(shí)際工程中，有效減小了以局域網(wǎng)為基礎(chǔ)的無線電橋梁檢測(cè)技術(shù)布置無線信號(hào)發(fā)射、收集中心的工作量。對(duì)地域分布距離相對(duì)較遠(yuǎn)的橋梁可以進(jìn)行有效檢測(cè)，且不需要進(jìn)行嚴(yán)格數(shù)據(jù)傳輸方面的規(guī)定，當(dāng)前這一技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展成熟，在我國(guó)得到了廣泛應(yīng)用。

2 橋梁智能檢測(cè)技術(shù)具備的主要功能分析

2.1 采集、管理各類數(shù)據(jù)

針對(duì)橋梁進(jìn)行檢測(cè)的過程中，最為重要的工作部分是數(shù)據(jù)的采集和管理。橋梁需要進(jìn)行全面細(xì)致的檢測(cè)，主要是因?yàn)槠錁?gòu)成較為復(fù)雜，任何一個(gè)部分出現(xiàn)了細(xì)小問題，都有可能造成橋梁的運(yùn)行質(zhì)量和安全問題。智能化橋梁檢測(cè)技術(shù)中，一般配備著精度較高的傳感器，只需要將其安裝在需要檢測(cè)的橋梁部位，便可得知橋梁整體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的細(xì)節(jié)狀況。在使用傳感器完成橋梁結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的采集工作后，將相關(guān)信息傳輸?shù)较到y(tǒng)內(nèi)部的信息管理部位，開展對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)分析，將數(shù)字信息使用表格和圖紙的形式進(jìn)行輸出[3]。

2.2 負(fù)責(zé)檢測(cè)橋梁的使用壽命

智能橋梁檢測(cè)技術(shù)發(fā)揮的另一個(gè)關(guān)鍵作用，便是對(duì)橋梁的使用壽命進(jìn)行較為細(xì)致的檢測(cè)。橋梁本身的使用壽命會(huì)因?yàn)槭艿浇ㄖに嚭褪褂铆h(huán)境的影響，出現(xiàn)較大的變化。通過對(duì)橋梁的使用壽命進(jìn)行檢測(cè)，能夠?qū)蛄菏Ｓ嗟某掷m(xù)使用時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行全面了解，有效幫助相關(guān)的工作人員進(jìn)行橋梁的搶修及重修工作。

橋梁智能檢測(cè)技術(shù)將各類數(shù)字化、信息化、智能化的手段，使用傳感器采集、分析對(duì)應(yīng)信息，更好地對(duì)橋梁的大致使用壽命進(jìn)行合理模擬。橋梁工程的壽命檢測(cè)并非盲目，需要通過對(duì)外部環(huán)境的濕度溫度、風(fēng)力風(fēng)向以及橋梁自身的變形程度、震動(dòng)狀況等因素進(jìn)行全面分析，以此得到一個(gè)較為科學(xué)、合理的橋梁使用壽命預(yù)測(cè)結(jié)果。

2.3 以無線傳感器確定橋梁的具體狀況

由于當(dāng)下橋梁工程內(nèi)部的結(jié)構(gòu)狀況復(fù)雜程度有所提高，傳統(tǒng)的橋梁檢測(cè)工具中的數(shù)據(jù)收集方式無法得到最為全面的數(shù)據(jù)，可以借助智能橋梁檢測(cè)中的無線傳感器，針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面采集和檢測(cè)。對(duì)于一些規(guī)模相對(duì)較大的橋梁工程而言，單獨(dú)傳感器的應(yīng)用無法解決數(shù)據(jù)采集的實(shí)際問題，需要借助無線傳感器的布設(shè)，合理地采集橋梁結(jié)構(gòu)的信息，通過多個(gè)無線傳感器之間的協(xié)調(diào)配合運(yùn)轉(zhuǎn)，可以幫助智能檢測(cè)系統(tǒng)全面統(tǒng)籌傳感器采集的數(shù)據(jù)信息，得到橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部最為合理的數(shù)據(jù)結(jié)果。

3 幾類橋梁智能檢測(cè)及技術(shù)的應(yīng)用分析

3.1 橋梁外觀病害圖像變形識(shí)別技術(shù)

為了滿足現(xiàn)代化橋梁工程檢測(cè)工作的具體需求，圖像識(shí)別處理技術(shù)在橋梁智能化檢測(cè)系統(tǒng)中的引入，能夠全面對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的蜂窩、麻面等病害進(jìn)行檢測(cè)，以此提升有關(guān)橋梁表面外觀病害檢測(cè)工作的精度以及效率。

圖像識(shí)別技術(shù)在橋梁智能化檢測(cè)技術(shù)中的引入能夠以既有的圖像預(yù)處理功能對(duì)橋梁內(nèi)部的裂縫進(jìn)行有效連接，針對(duì)橋梁裂縫出現(xiàn)的細(xì)小裂縫結(jié)果進(jìn)行保存，將裂縫區(qū)域作為通道，以裂縫的參數(shù)特征作為基礎(chǔ)，過濾虛假裂縫數(shù)據(jù)，提取橋梁結(jié)構(gòu)表面存在的真實(shí)裂縫。

橋梁工程在裂縫的形態(tài)和走向出現(xiàn)了復(fù)雜多變的特征，在進(jìn)行裂縫寬度數(shù)值計(jì)算工作時(shí)，需要對(duì)裂縫區(qū)域的交叉點(diǎn)進(jìn)行發(fā)掘，并將交叉點(diǎn)作為基礎(chǔ)，將裂縫區(qū)域合理劃分為多個(gè)細(xì)小裂縫并分開進(jìn)行計(jì)算[4]。將劃分后的裂縫的最小外接矩形沿裂縫走向分割成多個(gè)小矩形區(qū)域，分別對(duì)這些小矩形區(qū)域中的裂縫特征參數(shù)進(jìn)行計(jì)算、分析，即可得到更精準(zhǔn)的裂縫寬度的計(jì)算結(jié)果?？梢栽诿總€(gè)交叉點(diǎn)區(qū)域內(nèi)部的裂縫寬度計(jì)算結(jié)果進(jìn)行綜合整理分析的前提下，得到最完整的橋梁裂縫寬度計(jì)算結(jié)果。

3.2 智能檢測(cè)機(jī)器人技術(shù)

為了有效實(shí)現(xiàn)橋梁智慧管養(yǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)的考慮，當(dāng)下橋梁智能的檢測(cè)技術(shù)中逐步使用了全自動(dòng)智能機(jī)器人，替代傳統(tǒng)性質(zhì)的橋梁人工檢測(cè)方式。作為纜索體系橋梁主要承重結(jié)構(gòu)的拉索，本身是一種細(xì)長(zhǎng)形的建筑構(gòu)件。外部的PE損傷以及內(nèi)部的鋼絲斷裂檢測(cè)均屬于一些高空不易到達(dá)且隱蔽性相對(duì)較高的檢測(cè)工作，斜拉索或吊索自身的耐久性和安全性下降，會(huì)直接對(duì)橋梁的承載水平產(chǎn)生巨大影響，加大橋梁工程垮塌問題的發(fā)生概率。

最為傳統(tǒng)的拉索檢測(cè)方式需要使用大型的卷揚(yáng)機(jī)，通過掛籃的牽引實(shí)施人工載人作業(yè)，需要投入較多的人力、物力，也會(huì)對(duì)交通資源進(jìn)行一定占用。在此情況下，研發(fā)了一種專門針對(duì)拉索的自動(dòng)化橋梁檢測(cè)機(jī)器人，集成了機(jī)械構(gòu)造、機(jī)械設(shè)備等各類技術(shù)，并通過在其中設(shè)置先進(jìn)的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)、視頻、雷達(dá)系統(tǒng)等，真正為其賦予了爬升返回、自動(dòng)導(dǎo)航定位、遠(yuǎn)程遙控等諸多功能，確保了拉索高空機(jī)器人自動(dòng)檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)性和科學(xué)性。

無人機(jī)技術(shù)作為橋梁智能檢測(cè)技術(shù)中的重要組成部分，當(dāng)前使用的常規(guī)性質(zhì)無人機(jī)本身在抗風(fēng)能力、GPS定位等方面存在著一定缺陷。

目前正在嘗試以無人機(jī)飛行平臺(tái)作為基礎(chǔ)，將高精度定位巡航等技術(shù)納入無人機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)，能夠顯著提升橋梁智能檢測(cè)無人機(jī)風(fēng)力抵抗能力，定位精度以及裂縫識(shí)別精度都有了極大提高。這類無人機(jī)設(shè)施能夠?qū)崿F(xiàn)針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的無人化、自動(dòng)化檢測(cè)，并且橋梁結(jié)構(gòu)的梁底表面等一些人工無法進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)的部位，也可以由這類自動(dòng)化無人機(jī)完成相應(yīng)的檢測(cè)工作。

3.3 路基、橋梁、隧道的豎向位移自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)

在橋梁投入運(yùn)行的過程中，路基、隧道等部分的豎直位移程度，能夠最為直觀地反映建筑工程當(dāng)前的工作狀態(tài)。就當(dāng)前的橋梁智能化檢測(cè)技術(shù)來看，一種以液氣耦合壓差傳遞機(jī)制作為基礎(chǔ)的微壓差半封閉聯(lián)通管式的豎向位移高精度監(jiān)測(cè)傳感器，得以在橋梁檢測(cè)工作中得到廣泛應(yīng)用。應(yīng)用此種傳感器技術(shù)能夠在橋梁檢測(cè)點(diǎn)的端部將微小段的氣體進(jìn)行密閉，將液體耦合的壓差數(shù)值轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)工程結(jié)構(gòu)的豎直方向位移結(jié)果[5]。

根據(jù)相關(guān)的實(shí)踐證明，這類橋梁智能檢測(cè)技術(shù)在具體工作的過程中，管內(nèi)的傳壓介質(zhì)始終處于一種準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)，有效克服了介質(zhì)的黏滯阻尼效應(yīng)。傳感器的精度也完全符合當(dāng)前相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，能夠在大跨度橋梁的撓度和豎向位移測(cè)試過程中得到普遍廣泛應(yīng)用。這一技術(shù)也可以通過和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合，建立適合高速鐵路基礎(chǔ)沉降的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)本身并不會(huì)受到高速鐵路工程自身強(qiáng)弱電系統(tǒng)的干擾，極大地保障了最終檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)性。

4 結(jié)語

當(dāng)前人們對(duì)于建筑工程結(jié)構(gòu)安全性的重視程度越發(fā)來越高，隨著各類檢測(cè)技術(shù)的持續(xù)更新發(fā)展，橋梁智能檢測(cè)技術(shù)得以在橋梁工程施工建設(shè)環(huán)節(jié)中普遍應(yīng)用?，F(xiàn)階段應(yīng)用最為普遍的橋梁外觀病害圖像變形識(shí)別技術(shù)、智能檢測(cè)機(jī)器人技術(shù)等極大地提高了橋梁檢測(cè)工作的效率以及精度，在今后的未來發(fā)展過程中，也會(huì)隨著相關(guān)技術(shù)的持續(xù)更新而得到進(jìn)一步完善，最大化發(fā)揮在橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作中的作用。