橋梁經(jīng)常性檢查智能系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

張振東， 陳 卓， 張 朋， 劉大洋， 王吉龍

(招商局重慶公路工程檢測中心有限公司， 重慶 400067)

橋梁是交通運輸基礎(chǔ)設(shè)施咽喉要道，直接決定交通運輸能否順暢和安全。隨著交通量日益增長，橋梁工程安全問題隨之突出，為保障其運營安全，橋梁日常養(yǎng)護(hù)檢查工作越趨頻繁。

經(jīng)常性檢查作為橋梁養(yǎng)護(hù)決策的重要依據(jù)，根據(jù)現(xiàn)行JTG/T H21—2011《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》、JTG H11—2019《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》等要求[1]，應(yīng)建立經(jīng)常性檢查制度，對橋梁設(shè)施進(jìn)行周期性檢查。經(jīng)常性檢查內(nèi)容包括：橋梁各項使用狀況是否完好、是否有病害和是否有缺損等異常情況。經(jīng)常性檢查以抵近檢查為主，采用目測、工具量測相結(jié)合方法，重要情況應(yīng)攝影或攝像。一般檢查頻率為1～3個月檢查1次。對最近一次技術(shù)狀況評為3類及以下的橋梁，應(yīng)加大經(jīng)常性檢查頻率。雪、冰凍季節(jié)、臺風(fēng)、暴雨、暴雪和大霧等自然災(zāi)害頻發(fā)期，也應(yīng)加大經(jīng)常性檢查頻率。經(jīng)常性檢查應(yīng)做好現(xiàn)場記錄，內(nèi)容應(yīng)包括：各類基礎(chǔ)設(shè)施異常情況詳細(xì)描述、一般性判定、養(yǎng)護(hù)措施及進(jìn)一步實施專項檢查的建議等。對于嚴(yán)重異常狀況，應(yīng)對橋梁及時采取封閉交通、加固處治等措施。

目前，傳統(tǒng)的橋梁經(jīng)常性檢查一般采用人工方式，存在諸多問題，不利于橋梁的科學(xué)化、系統(tǒng)化養(yǎng)護(hù)管理，主要表現(xiàn)為：

1) 手寫紙記效率低

檢查人員需要手動填寫檢查記錄并上報管理單位，數(shù)據(jù)記錄標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化程度低。實際工作時，現(xiàn)場檢查人員根據(jù)橋梁檢查任務(wù)分組進(jìn)行，根據(jù)規(guī)范要求，記錄橋梁相關(guān)部件及位置出現(xiàn)的病害、損傷、淤塞等問題，詳細(xì)記錄問題所在位置、標(biāo)記、數(shù)量規(guī)模，并輔以數(shù)碼照片或視頻影像。檢查結(jié)果需室內(nèi)整理，錄入電腦，編寫報告，工作量大，易出錯，對于工期較緊項目，工作效率低。

2) 電子化程度低，監(jiān)管考核難度大

國內(nèi)大多橋梁經(jīng)常性檢查多以紙質(zhì)化記錄為主，電子化程度低。管理單位委托檢測單位或自行根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行檢查，由于橋梁數(shù)量多，工作量大，對現(xiàn)場檢查人員及檢查結(jié)果考核難度大。

3) 歷史檢查數(shù)據(jù)無法得到有效利用

橋梁病害信息采集、上傳、分析、數(shù)據(jù)處理、報告編寫等均采用人工處理，每個項目是一個獨立的信息數(shù)據(jù)，每次檢查數(shù)據(jù)沒有得到有效的共享、應(yīng)用，檢查數(shù)據(jù)量大，存在信息孤島，得不到有效利用[2]。

因此，僅靠表面觀察、手寫筆記、人工處理等傳統(tǒng)檢查工作模式，制約了大規(guī)模橋梁經(jīng)常性檢查與養(yǎng)護(hù)管理發(fā)展需求，應(yīng)利用現(xiàn)代化信息技術(shù)，研發(fā)電子化、智能化產(chǎn)品，解決當(dāng)前橋梁經(jīng)常性檢查低效、信息孤島弊端的問題，以提升橋梁檢查工作效率、信息化和智能化水平[3]。

1 系統(tǒng)各部分功能組成

橋梁經(jīng)常性檢查智能檢查系統(tǒng)由APP、云服務(wù)、電腦端3大部分組成，可完成橋梁經(jīng)常性檢查數(shù)據(jù)采集、管理、后處理應(yīng)用，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

1.1 APP移動端

APP端根據(jù)任務(wù)單執(zhí)行經(jīng)常性檢查任務(wù)，開始檢查時，檢查人員簽到，錄入人員、車輛等信息，選擇橋梁及檢測部件、錄入病害類型、數(shù)量，采集多媒體信息，保存上傳即可(系統(tǒng)自動獲取GPS信息并記錄上傳)。待檢查的橋梁基本信息在電腦端可事先配置[4]，現(xiàn)場只需選擇檢查橋梁對象即可完成檢查。系統(tǒng)支持多人同時對同一設(shè)施進(jìn)行采集，考慮部分地區(qū)沒有網(wǎng)絡(luò)信號，設(shè)計采用離線存儲方式，暫存移動終端，網(wǎng)絡(luò)條件足夠，自動上傳數(shù)據(jù)[5]。

數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)橋梁經(jīng)常性檢查參數(shù)項目與病害屬性之間的關(guān)聯(lián)，操作人員現(xiàn)場只需選擇檢查項目與實際病害內(nèi)容，不同橋梁類型與其病害項目一一對應(yīng)，減少文字輸入，使得采集數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)一致，APP同時可采集圖像照片、小視頻、GPS等信息，如圖2所示。檢查人員對于檢查數(shù)據(jù)結(jié)果現(xiàn)場同步管理，保證數(shù)據(jù)的有效性。檢查結(jié)果實時傳入云服務(wù)器。數(shù)據(jù)傳輸支持有線與Bluetooth、5G、Wifi等無線傳輸模式[6]。

1.2 云端

橋梁智能檢查系統(tǒng)采用云服務(wù)器對檢查數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、處理、管理。相比本地服務(wù)器方式，云服務(wù)器安全可靠、造價相對較低，可快速部署，具有防ARP攻擊和MAC欺騙功能。云服務(wù)器可進(jìn)行快速備份，保證數(shù)據(jù)永久不丟失，有效防御DDOS、CC、SYN等多種類型攻擊，并及時修復(fù)漏洞，確保云端數(shù)據(jù)安全。除存儲應(yīng)用，云服務(wù)還可支持大規(guī)模數(shù)據(jù)云計算功能，為海量檢查數(shù)據(jù)管理、共享、傳承與應(yīng)用提供條件[7]。

(a) 移動端數(shù)據(jù)采集

(b) 橋梁部件選擇

1.3 電腦端

電腦端主要包括系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)管理、字典數(shù)據(jù)、檢查結(jié)果4大功能。通過Web端或APP端可發(fā)布經(jīng)常性檢查任務(wù)，檢查人員接受任務(wù)進(jìn)行檢查工作，檢查流程如圖3所示。任務(wù)信息包括任務(wù)單號、任務(wù)名稱、路線名稱、路段名稱、檢查單位、任務(wù)時間等[8]。

1) 系統(tǒng)管理包括角色權(quán)限、用戶信息、部門信息、APP管理、菜單管理等功能。

2) 數(shù)據(jù)管理包括工程項目、路線、橋梁基礎(chǔ)信息、橋梁結(jié)構(gòu)、檢查設(shè)備等。

圖3 橋梁經(jīng)常性檢查系統(tǒng)流程

3) 字典數(shù)據(jù)將橋梁基本信息、檢查項目、計算、評價等數(shù)字化、信息化，將橋梁類型、樁號、構(gòu)件、經(jīng)常性檢查病害參數(shù)等基本信息存入平臺，用于現(xiàn)場數(shù)據(jù)點選采集。對于檢查部件映射，考慮不同橋梁類型及檢查需求，可進(jìn)行個性化配置。建立橋梁檢查信息、智能檢查移動終端同步通訊鏈[9]，實現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施基本信息、運行狀態(tài)、檢評信息、歷史狀況快速準(zhǔn)確匹配。

4) 檢查結(jié)果模塊用于已檢查工程項目數(shù)據(jù)管理，包括檢查狀態(tài)、工程量計算、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果統(tǒng)計匯總、原始記錄及報告自動生成等。經(jīng)常性檢查結(jié)果查看及檢查記錄表在Web端根據(jù)設(shè)定模式自動生成，電腦端界面示例如圖4所示。

圖4 經(jīng)常性檢查結(jié)果展示

2 系統(tǒng)主要功能原理

該系統(tǒng)由電腦控制端、云端及移動端APP三部分組成，用于橋梁經(jīng)常性檢查及數(shù)據(jù)處理，包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、分析評價、檢查報告等功能。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范要求，系統(tǒng)首先建立標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫體系，將橋梁設(shè)施、結(jié)構(gòu)構(gòu)件、經(jīng)常性檢查病害類型、參數(shù)等建立映射關(guān)系，其次通過軟件開發(fā)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析處理、報告生成等功能[10]。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫

其中橋梁基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括橋梁名稱、橋梁代碼、中心樁號、所屬路線、路段、橋梁類型、橋長、跨徑組合、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、橋面系、建設(shè)年代、橋梁正立面照等，還包括橋梁卡片信息、構(gòu)件信息、養(yǎng)護(hù)維修歷史信息。該模塊功能包括橋梁基本信息批量導(dǎo)入、導(dǎo)出，橋梁卡片信息導(dǎo)入、導(dǎo)出，便于用戶批量管理數(shù)據(jù)，橋梁基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理示例如圖5所示。

圖5 橋梁基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

2.2 橋梁經(jīng)常性檢查參數(shù)

系統(tǒng)基于橋梁養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)庫及專業(yè)知識庫，支持橋梁工程經(jīng)常性檢查參數(shù)，如圖6所示。包括橋梁翼墻、耳墻、錐坡、護(hù)坡、橋臺及基礎(chǔ)、橋墩及基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)異常變形、地基沖刷、支座、橋與路連接、伸縮縫、橋面鋪裝、人行道、緣石、欄桿、護(hù)欄、標(biāo)志、標(biāo)線、排水設(shè)施、照明系統(tǒng)、橋面清潔、調(diào)治構(gòu)造物等，同時可判定病害嚴(yán)重程度，并推薦保養(yǎng)措施建議，這些參數(shù)須滿足規(guī)范要求。

2.3 檢查過程

1) 用戶通過賬號密碼登錄系統(tǒng)，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)字典管理，利用APP移動終端，依次選擇橋梁名稱、標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件、與之匹配的病害名稱、位置信息，僅需錄入病害數(shù)量、多媒體信息，并保存上傳數(shù)據(jù)。檢查標(biāo)準(zhǔn)一致,現(xiàn)場作業(yè)規(guī)范，保證了現(xiàn)場檢查數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

圖6 橋梁經(jīng)常性檢查記錄表示例(部分)

APP軟件實現(xiàn)病害信息、圖片信息、視頻信息、坐標(biāo)信息等數(shù)據(jù)采集，通過電腦控制端查看檢查實時軌跡，管理人員能夠?qū)z查人員實時監(jiān)督管理[13]。

2) 根據(jù)設(shè)定模式，系統(tǒng)自動調(diào)取現(xiàn)場檢查數(shù)據(jù)，網(wǎng)頁端一鍵形成報告及檢查電子記錄，照片自動嵌入報告，極大提高檢查效率和質(zhì)量。同時，系統(tǒng)可形成多種統(tǒng)計圖表，便于大數(shù)據(jù)分析[14]。

2.4 歷史病害

系統(tǒng)記錄歷次病害狀況，檢查人員可直接調(diào)取前次檢查結(jié)果，更新檢查內(nèi)容，跟蹤重要病害發(fā)育情況，實現(xiàn)了歷次檢查數(shù)據(jù)的比對、分析[15]。

2.5 系統(tǒng)應(yīng)用案例

目前，該系統(tǒng)已在河南、云南、重慶、西藏等多個地區(qū)應(yīng)用，累計檢查橋梁1 000余座，執(zhí)行多項經(jīng)常性檢查任務(wù)，反饋良好，并在實踐中不斷完善，以期更好地服務(wù)于檢查工作，提高工作效率。

3 結(jié)束語

1) 傳統(tǒng)的橋梁經(jīng)常性檢查多采用手寫紙記方式，信息化水平相對較低，標(biāo)準(zhǔn)化程度不高，工作效率低。經(jīng)實踐摸索和廣泛調(diào)研，本文提出并設(shè)計開發(fā)了一套橋梁經(jīng)常性檢查智能系統(tǒng)，涵蓋橋梁基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)采集、管理、數(shù)據(jù)分析、電子化報告等功能，利用現(xiàn)代電子信息化技術(shù)，實現(xiàn)橋梁信息標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)電子化、檢查操作規(guī)范化管理，通過數(shù)據(jù)管理技術(shù)提升傳統(tǒng)檢測與管理效率和品質(zhì)。

2) 智能檢測系統(tǒng)實現(xiàn)橋梁現(xiàn)場檢查數(shù)據(jù)無紙化辦公，數(shù)據(jù)通過云服務(wù)器安全存儲，管理上通過Web端配套程序，完成檢測數(shù)據(jù)自動化處理、報告一鍵生成，極大提高了檢測工作效率和服務(wù)品質(zhì)。

3) 該系統(tǒng)是橋梁“大數(shù)據(jù)”獲取與積累的有效保障，將為橋梁檢測、評價、養(yǎng)護(hù)分析決策及數(shù)據(jù)挖掘奠定良好的基礎(chǔ)，市場需求量大，推廣應(yīng)用前景廣闊。