橋梁經常性檢查智能系統的開發與應用

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設施咽喉要道，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，橋梁日常養護檢查工作越趨頻繁。

經常性檢查作為橋梁養護決策的重要依據，根據現行JTG/T H21—2011《公路橋梁技術狀況評定標準》、JTG H11—2019《公路橋涵養護規范》等要求[1]，應建立經常性檢查制度，對橋梁設施進行周期性檢查。經常性檢查內容包括：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。經常性檢查以抵近檢查為主，采用目測、工具量測相結合方法，重要情況應攝影或攝像。一般檢查頻率為1～3個月檢查1次。對最近一次技術狀況評為3類及以下的橋梁，應加大經常性檢查頻率。雪、冰凍季節、臺風、暴雨、暴雪和大霧等自然災害頻發期，也應加大經常性檢查頻率。經常性檢查應做好現場記錄，內容應包括：各類基礎設施異常情況詳細描述、一般性判定、養護措施及進一步實施專項檢查的建議等。對于嚴重異常狀況，應對橋梁及時采取封閉交通、加固處治等措施。

目前，傳統的橋梁經常性檢查一般采用人工方式，存在諸多問題，不利于橋梁的科學化、系統化養護管理，主要表現為：

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，數據記錄標準化、規范化程度低。實際工作時，現場檢查人員根據橋梁檢查任務分組進行，根據規范要求，記錄橋梁相關部件及位置出現的病害、損傷、淤塞等問題，詳細記錄問題所在位置、標記、數量規模，并輔以數碼照片或視頻影像。檢查結果需室內整理，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，監管考核難度大

國內大多橋梁經常性檢查多以紙質化記錄為主，電子化程度低。管理單位委托檢測單位或自行根據規范要求進行檢查，由于橋梁數量多，工作量大，對現場檢查人員及檢查結果考核難度大。

3) 歷史檢查數據無法得到有效利用

橋梁病害信息采集、上傳、分析、數據處理、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據，每次檢查數據沒有得到有效的共享、應用，檢查數據量大，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、人工處理等傳統檢查工作模式，制約了大規模橋梁經常性檢查與養護管理發展需求，應利用現代化信息技術，研發電子化、智能化產品，解決當前橋梁經常性檢查低效、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 系統各部分功能組成

橋梁經常性檢查智能檢查系統由APP、云服務、電腦端3大部分組成，可完成橋梁經常性檢查數據采集、管理、后處理應用，系統結構組成如圖1所示。

圖1 系統結構組成

1.1 APP移動端

APP端根據任務單執行經常性檢查任務，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、數量，采集多媒體信息，保存上傳即可(系統自動獲取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]，現場只需選擇檢查橋梁對象即可完成檢查。系統支持多人同時對同一設施進行采集，考慮部分地區沒有網絡信號，設計采用離線存儲方式，暫存移動終端，網絡條件足夠，自動上傳數據[5]。

數據采集實現橋梁經常性檢查參數項目與病害屬性之間的關聯，操作人員現場只需選擇檢查項目與實際病害內容，不同橋梁類型與其病害項目一一對應，減少文字輸入，使得采集數據標準一致，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據結果現場同步管理，保證數據的有效性。檢查結果實時傳入云服務器。數據傳輸支持有線與Bluetooth、5G、Wifi等無線傳輸模式[6]。

1.2 云端

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

(a) 移動端數據采集

(b) 橋梁部件選擇

1.3 電腦端

電腦端主要包括系統管理、數據管理、字典數據、檢查結果4大功能。通過Web端或APP端可發布經常性檢查任務，檢查人員接受任務進行檢查工作，檢查流程如圖3所示。任務信息包括任務單號、任務名稱、路線名稱、路段名稱、檢查單位、任務時間等[8]。

1) 系統管理包括角色權限、用戶信息、部門信息、APP管理、菜單管理等功能。

2) 數據管理包括工程項目、路線、橋梁基礎信息、橋梁結構、檢查設備等。

圖3 橋梁經常性檢查系統流程

3) 字典數據將橋梁基本信息、檢查項目、計算、評價等數字化、信息化，將橋梁類型、樁號、構件、經常性檢查病害參數等基本信息存入平臺，用于現場數據點選采集。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]，實現基礎設施基本信息、運行狀態、檢評信息、歷史狀況快速準確匹配。

4) 檢查結果模塊用于已檢查工程項目數據管理，包括檢查狀態、工程量計算、數據處理、結果統計匯總、原始記錄及報告自動生成等。經常性檢查結果查看及檢查記錄表在Web端根據設定模式自動生成，電腦端界面示例如圖4所示。

圖4 經常性檢查結果展示

2 系統主要功能原理

該系統由電腦控制端、云端及移動端APP三部分組成，用于橋梁經常性檢查及數據處理，包括數據采集、數據管理、分析評價、檢查報告等功能。根據現行規范要求，系統首先建立標準的數據庫體系，將橋梁設施、結構構件、經常性檢查病害類型、參數等建立映射關系，其次通過軟件開發，實現數據采集、分析處理、報告生成等功能[10]。

2.1 標準數據庫

其中橋梁基礎數據包括橋梁名稱、橋梁代碼、中心樁號、所屬路線、路段、橋梁類型、橋長、跨徑組合、上部結構、下部結構、橋面系、建設年代、橋梁正立面照等，還包括橋梁卡片信息、構件信息、養護維修歷史信息。該模塊功能包括橋梁基本信息批量導入、導出，橋梁卡片信息導入、導出，便于用戶批量管理數據，橋梁基礎數據管理示例如圖5所示。

圖5 橋梁基礎數據管理

2.2 橋梁經常性檢查參數

系統基于橋梁養護數據庫及專業知識庫，支持橋梁工程經常性檢查參數，如圖6所示。包括橋梁翼墻、耳墻、錐坡、護坡、橋臺及基礎、橋墩及基礎、上部結構異常變形、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、護欄、標志、標線、排水設施、照明系統、橋面清潔、調治構造物等，同時可判定病害嚴重程度，并推薦保養措施建議，這些參數須滿足規范要求。

2.3 檢查過程

1) 用戶通過賬號密碼登錄系統，依據標準字典管理，利用APP移動終端，依次選擇橋梁名稱、標準化構件、與之匹配的病害名稱、位置信息，僅需錄入病害數量、多媒體信息，并保存上傳數據。檢查標準一致,現場作業規范，保證了現場檢查數據的質量。

圖6 橋梁經常性檢查記錄表示例(部分)

APP軟件實現病害信息、圖片信息、視頻信息、坐標信息等數據采集，通過電腦控制端查看檢查實時軌跡，管理人員能夠對檢查人員實時監督管理[13]。

2) 根據設定模式，系統自動調取現場檢查數據，網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量。同時，系統可形成多種統計圖表，便于大數據分析[14]。

2.4 歷史病害

系統記錄歷次病害狀況，檢查人員可直接調取前次檢查結果，更新檢查內容，跟蹤重要病害發育情況，實現了歷次檢查數據的比對、分析[15]。

2.5 系統應用案例

目前，該系統已在河南、云南、重慶、西藏等多個地區應用，累計檢查橋梁1 000余座，執行多項經常性檢查任務，反饋良好，并在實踐中不斷完善，以期更好地服務于檢查工作，提高工作效率。

3 結束語

1) 傳統的橋梁經常性檢查多采用手寫紙記方式，信息化水平相對較低，標準化程度不高，工作效率低。經實踐摸索和廣泛調研，本文提出并設計開發了一套橋梁經常性檢查智能系統，涵蓋橋梁基礎數據管理、數據采集、管理、數據分析、電子化報告等功能，利用現代電子信息化技術，實現橋梁信息標準化、數據電子化、檢查操作規范化管理，通過數據管理技術提升傳統檢測與管理效率和品質。

2) 智能檢測系統實現橋梁現場檢查數據無紙化辦公，數據通過云服務器安全存儲，管理上通過Web端配套程序，完成檢測數據自動化處理、報告一鍵生成，極大提高了檢測工作效率和服務品質。

3) 該系統是橋梁“大數據”獲取與積累的有效保障，將為橋梁檢測、評價、養護分析決策及數據挖掘奠定良好的基礎，市場需求量大，推廣應用前景廣闊。