新一代信息技術在試驗檢測中的應用綜述＊

張好杰，李 玲

（甘肅省交通科學研究院有限公司，甘肅 蘭州 730070）

1 應用背景

公路交通作為交通運輸的重要組成部分，交通信息化、智能化及智慧化已成為未來公路交通發(fā)展的趨勢之一，試驗檢測作為交通建設工程質量檢測的最有效方法，對公路工程建設起著至關重要的作用，試驗檢測數據的標準化、信息化直接影響公路工程質量管理水平[1]。

2019年交通運輸部質量監(jiān)督局修訂了《公路水運試驗檢測數據報告編制導則》（JT/T 828—2019），新標準修訂后增加“公路水運試驗檢測數據報告應格式統(tǒng)一、形式合規(guī)，且宜采用信息化方式編制”[2]。在標準化和規(guī)范化的基礎上實現信息化，為數據報告的信息挖掘和大數據應用提供必要條件有著更為現實的意義。

2019年12月交通運輸部印發(fā)了《推進綜合交通運輸大數據發(fā)展行動綱要（2020—2025年）》，以下簡稱《綱要》?！毒V要》指出，推進第五代移動通信技術（5G）、衛(wèi)星通信信息網絡等在交通運輸各領域的研發(fā)應用。交通運輸部明確提出大力支持試驗檢測機構技術進步。支持采用智能技術、無損檢測技術、數據自動采集技術以及信息化、大數據等技術，提高檢測數據的準確性、及時性和分析判定的可靠性。積極推動成熟檢測監(jiān)測系統(tǒng)和高效檢測技術的推廣和應用，形成檢測技術進步的社會推動力。

隨著試驗檢測儀器設備的不斷升級更新，不少試驗檢測設備數據可以直接導入電腦或自動打印，電子記錄的有效性得到廣泛認可、新技術與試驗檢測實際生產業(yè)務場景深度融合及科技研發(fā)與創(chuàng)新工作融入生產實踐，新型技術與傳統(tǒng)行業(yè)的深度融合，必將促使傳統(tǒng)行業(yè)在多方面取得高質量和高效率的發(fā)展。

2 新一代信息技術現狀

2.1 5G技術

5G不同于早期的2G、3G和4G，5G網絡是數字蜂窩網絡，在這種網絡中，供應商覆蓋的服務區(qū)域被劃分為許多被稱為蜂窩的小地理區(qū)域。5G網絡的主要優(yōu)勢在于，數據傳輸速率遠遠高于以前的蜂窩網絡，最高可達10 Gbit/s，比當前的有線互聯(lián)網要快，比先前的4G LTE蜂窩網絡快100倍；另一個優(yōu)勢是較低的網絡延遲，低于1 ms，而4G為30～70 ms。隨著5G技術的逐步成熟，5G技術將推動移動互聯(lián)網、物聯(lián)網、大數據、云計算、人工智能等關聯(lián)領域裂變式發(fā)展，在交通、制造業(yè)、金融、教育等行業(yè)賦予新應用。5G網絡高傳輸速率使它可以提供實時數據、監(jiān)控、跟蹤，促進物聯(lián)網設備的采用。

2.2 北斗技術

北斗二代衛(wèi)星導航系統(tǒng)于2020年組網成功，中國研制的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)區(qū)別于GPS的特征在于，北斗衛(wèi)星較GPS多3顆中軌道衛(wèi)星，即27顆中軌道衛(wèi)星，此外還有5顆靜止軌道衛(wèi)星和3顆傾斜同步衛(wèi)星，北斗還具有GPS不具備的短報文通信能力。目前，北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)能提供授時、定位和測速服務，授時精度50 ns，測速精度0.2 m/s，定位精度為10 m。

北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)同時具備定位與通訊功能，無需其他通訊系統(tǒng)支持，覆蓋中國及周邊國家和地區(qū)，24 h全天候服務，無通信盲區(qū)。它是我國自主研發(fā)的系統(tǒng)，高強度加密設計，安全、可靠、穩(wěn)定。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是助力實現交通運輸信息化和現代化的重要手段，隨著交通的發(fā)展，高精度應用需求加速釋放。北斗系統(tǒng)廣泛用于導航、定位、監(jiān)測、短報文、時間基準等功能。

2.3 區(qū)塊鏈技術

區(qū)塊鏈可以看作基于互聯(lián)網的分布式賬本技術，與傳統(tǒng)的中心化、集中式網絡架構不同，區(qū)塊鏈對中央服務器的概念加以弱化。在整個區(qū)塊鏈分布式網絡中，各個節(jié)點不再區(qū)分服務器和客戶端，不同節(jié)點都可以向其他節(jié)點請求服務，也可以提供服務。節(jié)點之間能夠直接交換資源，而不需要通過服務器進行橋接。這樣，處于區(qū)塊鏈網絡中，不同用戶之間就能夠直接實現資源的分享和利用。區(qū)塊鏈網絡是動態(tài)的，在這個網絡中，不斷有新節(jié)點加入和原節(jié)點退出。區(qū)塊鏈推翻了傳統(tǒng)的記錄模式，數據信息不再由單個機構記錄，而是由網絡中的每個節(jié)點共同參與記錄。利用區(qū)塊鏈分布式存儲不可篡改數據的特質，能夠解決現有交通系統(tǒng)中的諸多問題。區(qū)塊鏈技術的逐步應用，與互聯(lián)網、云計算、大數據、物聯(lián)網等先進技術進行有效結合，將同行業(yè)信息加以整合，進行大數據的實時、準確、高效分享交換，在分布式算力和網絡資源的共享下，形成有效的信息化管理和使用閉環(huán)。

2.4 智能檢測技術

智能檢測技術是一種盡量減少人工的檢測技術，基于多種先進的傳感器技術，易于同計算機系統(tǒng)結合，在合適的網絡傳輸下，自動完成數據采集、處理、特征提取和識別，以及多種分析與計算，是將計算機技術、信息技術和人工智能等相結合而發(fā)展的檢測技術。

在公路工程試驗檢測中，進行信息化智能化管理能夠讓運作透明化得到有效保障，還能夠減少人為因素，這樣可以確保其結果的準確性、可靠性、公平性。因為人為操作在一定程度上存在主觀性，通常和真實結果之間具有一些差異，通過公路工程試驗檢測的信息智能化管理，能夠多角度確保數據的準確性和可靠性。

公路工程試驗檢測的信息智能化管理，是通過連接數據庫來遠程控制的，經過一系列數據對比，進行科學合理的趨勢預測，對公路工程的質量進行全面管理。隨著高速公路的飛速發(fā)展，對公路試驗檢測技術提出了更高要求。有了高科技融合，可以讓公路工程試驗檢測信息智能化更好地得到實現。

北京建筑材料檢驗研究院有限公司混凝土抗壓智能實驗室是北京地區(qū)首家工程領域采用智能測試系統(tǒng)進行試驗的檢驗檢測認證機構。混凝土抗壓強度智能檢測機器人采用模塊化設計，主要用于工程用混凝土試塊的測試，擁有自動定位、識別、取樣、采集樣品信息等功能，能夠自動完成整套測試流程，并自動區(qū)分合格與不合格樣品。該系統(tǒng)配備自動清掃裝置，以確保試驗平臺整潔，同時配備監(jiān)控系統(tǒng)，清晰記錄每組樣品的試驗過程，以便隨時調取溯源。智能測試系統(tǒng)替代傳統(tǒng)人工方式進行混凝土試塊抗壓強度試驗，大大降低了人工成本，大幅提升了試驗效率。

中路交科（江蘇）檢測科技有限公司開發(fā)了移動式智能檢測終端，滿足了室內檢測、現場檢測等不同使用場景下試驗數據自動采集及上傳的需求。移動式智能檢測終端整機采用全封閉式設計，具備防水、防塵、防摔功能，滿足戶外工程檢測工作環(huán)境的需求，集成4G及藍牙通訊模塊，可接入瀝青類、瀝青混合料類、礦粉類、集料類、無機結合料類、現場檢測類、無損檢測類智慧型試驗檢測設備，進行試驗數據采集、傳輸、計算與分析，實現檢測數據實時在線，兼具定位、人臉識別及影像拍攝功能，多渠道保證檢測數據的真實可靠。

移動式智能檢測終端的研發(fā)及應用，解決了單一試驗檢測設備與系統(tǒng)平臺交互對接以及試驗檢測過程中人工記錄數據可能出現的讀數誤差等問題，實現了試驗檢測過程的遠程控制及檢測數據的實時采集與上傳，保證了檢測數據的真實有效性，為工程質量的提升保駕護航并提供了數據支撐。

3 新技術在試驗檢測中的典型應用場景

當前甘肅公路工程試驗檢測的信息智能化管理中60%的檢測機構純粹依賴人工，相關人員的認識不夠充足、工作效率比較低下。省內于2018年建立了甘肅省智能監(jiān)控系統(tǒng)并發(fā)布了《甘肅省公路建設項目質量安全智能監(jiān)控標準化指南》，智能監(jiān)控系統(tǒng)作為甘肅省公路建設項目統(tǒng)一信息化管理平臺，利用互聯(lián)網、物聯(lián)網及大數據技術，針對施工過程中的監(jiān)控及中心實驗室的標準化建設，對工程建設的關鍵部位、關鍵環(huán)節(jié)的質量安全信息數據進行采集和智能遠程監(jiān)控，提高省內公路建設項目的監(jiān)管力度和管理效率，但在現場檢測、交竣工驗收檢測等方面還未形成成熟的應用系統(tǒng)。公路工程現場試驗檢測的信息智能化管理迫在眉睫，通過數據采集處理水平與信息智能化管理水平的提高，把信息智能化在公路試驗檢驗當中所具有的作用充分發(fā)揮出來。

3.1 5G北斗技術在智能檢測終端中的應用

按照 《公路水運試驗檢測數據報告編制導則》（JT/T 828—2019）對數據報告的信息化管理要求，開發(fā)簡單、易操作、高效可靠現場采集終端，利用5G的高傳輸速率、低延時、低功率海量連接的特點將數據實時傳輸至數據中心，后方數據分析人員可以第一時間獲取真實可信的現場檢測數據，并通過北斗技術精確定位監(jiān)測、遠程協(xié)同、有效提高試驗檢測工作的準確性、安全性和易用性。終端采用諸多信息化技術處理記錄表，提高試驗檢測工作效率。

依據智慧終端的原始觀測數據采集主要有以下幾種情況：

（1）對于自動檢測設備，其產生的原始電子數據直接導入終端軟件，由終端軟件自動計算并輸出試驗檢測結果，原始電子數據及試驗檢測結果傳輸至后方平臺并存檔，如平整度數據，利用北斗確定好電子數據的輸入位置，對產生的原始電子數據直接進行電子存檔。

（2）對于已具有或通過改造后具有數據自動采集功能的儀器設備，其產生的原始電子數據自動傳輸至軟件，由終端軟件自動計算并生成試驗檢測記錄表。保存簽字后的原始電子數據及試驗檢測記錄存檔。

（3）對于自帶打印的儀器設備，可將打印的數據記錄簽字后進行電子存檔。

（4）對于只能人工讀取的原始觀測數據，應如實完整記錄，并將原始觀測數據拍照或手工錄入終端軟件，由軟件自動計算并生成試驗檢測記錄表。在標準化和規(guī)范化的基礎上實現信息化，配合5G、北斗等新技術，使“檢測數據更加真實可靠”“更具溯源性”。

3.2 區(qū)塊鏈在交通產品抽檢、智能交通中的應用

區(qū)塊鏈技術的去中心化、公開透明、不可篡改、可證可溯等特點，非常契合解決目前質監(jiān)大數據系統(tǒng)缺少產品全過程數據、不能滿足產品質量全過程追溯的問題。針對目前交通產品抽檢中存在的公信力不足等現狀，通過分析交通產品抽檢全過程存在的主要風險點，結合區(qū)塊鏈技術的特性，將區(qū)塊鏈技術應用于檢測機構實際業(yè)務場景，消除抽檢工作中可能出現的質量安全風險，實現全過程重要節(jié)點信息的不可篡改、全員共享，并提供從結果到源頭的可追溯性，避免監(jiān)督過程中的質疑、矛盾和糾紛，有效提高各參建單位的工作效率和工作質量。

智能交通系統(tǒng)與區(qū)塊鏈技術對接，其基本功能表現在區(qū)塊鏈技術與大數據技術在智能交通系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)上進行對接，包括交通數據采集、數據提供、數據流通等與數據直接相關的業(yè)務內容，交通系統(tǒng)大數據基礎設施服務（數據存儲、傳輸、清洗、脫敏等）、大數據分析服務以及大數據應用服務等產業(yè)。充分利用區(qū)塊鏈的信任機制，防止數據篡改，保證數據的安全可靠性。

3.3 無人機、機器人、人工智能在巡檢中的應用

為了更好地服務于公路工程試驗檢測、施工現場巡檢以及道路沿線養(yǎng)護巡查等業(yè)務，運用5G、AI技術、無人機智能機庫技術與無人機智慧巡檢云平臺的融合，開發(fā)基于無人機智能感知技術的公路工程智慧巡檢系統(tǒng)，實現無人機在精準航線規(guī)劃下的自動巡檢，研究數據的可視化和智能分析方法，提升公路工程巡檢工作效率。

通過運用人工智能、物聯(lián)網、大數據等前沿技術，打造高速公路運維管理現代化智能設備，運用于公路橋梁、隧道、服務區(qū)等多個場景。如在隧道上方設置固定軌道，開發(fā)基于多傳感器的巡檢機器人，用可控速度在隧道進行巡檢作業(yè)，自動進行環(huán)境監(jiān)測、事件監(jiān)測、視頻采集等，并將突發(fā)情況及時上傳至隧道運行平臺，同時自動進行提醒和報警，并伴有聲光警示。如隧道內突發(fā)緊急情況，將在第一時間內采集現場音視頻信息、環(huán)境參數等數據，并自動發(fā)出報警，還可用于隧道內重要設施設備運行工況的視頻輔助確認，減少人工日常巡檢頻次，為高速公路智慧隧道的管養(yǎng)提供智慧化、一體化的解決方案。

4 總結

隨著新一代人工智能相關學科發(fā)展、技術創(chuàng)新、軟硬件升級等整體推進，人工智能在檢測領域的應用深度和廣度必將進一步拓展。面對新形勢新需求，檢測人員不應該憂慮是否“飯碗不?！?，而應主動求變應變，學懂用好先進的人工智能核心技術，降低重復勞動和機械勞動強度，提高自身的工作水平和經驗，開發(fā)更先進的檢測方法和技術，推動我國檢測技術整體水平實現跨越式發(fā)展。