殷金穩(wěn)，宋 剛

(1.珠海市香洲公路養(yǎng)護(hù)管理與應(yīng)急中心， 廣東 珠海 519000； 2.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司， 重慶 400067)

基于云平臺(tái)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(hù)管理與應(yīng)急中心， 廣東 珠海 519000； 2.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司， 重慶 400067)

介紹基于云平臺(tái)技術(shù)開(kāi)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(tái)連接，通過(guò)一系列智能手段，對(duì)橋梁檢查現(xiàn)場(chǎng)工作進(jìn)行規(guī)范和指導(dǎo)。其特色功能包括檢查數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)匯總、多人同時(shí)作業(yè)自動(dòng)協(xié)調(diào)、全程作業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)管、多數(shù)據(jù)源融合、自動(dòng)生成更加詳實(shí)的檢查報(bào)告等。利用云平臺(tái)的豐富資源，該巡檢系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)錄入提示和外業(yè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，在大大提高橋梁檢查作業(yè)效率的同時(shí)，還可提高作業(yè)質(zhì)量。

橋梁檢查；手持式智能化巡檢系統(tǒng)；云平臺(tái)

橋梁定期檢查工作主要包括：1) 對(duì)橋梁的技術(shù)狀況進(jìn)行檢查并記錄；2) 對(duì)原始記錄進(jìn)行匯總整理，按相關(guān)規(guī)范進(jìn)行橋梁狀況評(píng)定并編寫(xiě)檢查報(bào)告。傳統(tǒng)橋梁定期檢查多以紙質(zhì)記錄方式為主，檢查人員需花費(fèi)大量時(shí)間和精力對(duì)現(xiàn)場(chǎng)記錄進(jìn)行匯總整理，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的遺漏和錯(cuò)誤難以進(jìn)行及時(shí)彌補(bǔ)和糾正，且每次檢查結(jié)果無(wú)法自動(dòng)歸檔。近年來(lái)，隨著橋梁巡檢作業(yè)自動(dòng)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(lái)越多的應(yīng)用。該系統(tǒng)通常是基于Android、IOS或Windows Phone系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，被布設(shè)在移動(dòng)終端上，用于橋梁基本情況、橋梁構(gòu)件信息和橋梁現(xiàn)場(chǎng)檢查數(shù)據(jù)的電子化錄入。

文獻(xiàn)[1]介紹一種以安卓系統(tǒng)為工作平臺(tái)，手機(jī)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(dòng)進(jìn)行病害分類、總結(jié)、打包，并通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給內(nèi)業(yè)編寫(xiě)人員，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)同步。文獻(xiàn)[2-3]提出一種基于移動(dòng)終端的橋梁檢查系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合現(xiàn)行橋梁養(yǎng)護(hù)規(guī)范及橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，可直接在橋梁檢查現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)狀況即時(shí)輸入、即時(shí)評(píng)定，并可即時(shí)輸出檢查報(bào)告。

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

1 系統(tǒng)架構(gòu)

手持式橋梁巡檢系統(tǒng)中引入云平臺(tái)技術(shù)，移動(dòng)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(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)?；谠破脚_(tái)的手持式橋梁巡檢系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于云平臺(tái)的手持式橋梁巡檢系統(tǒng)架構(gòu)

該系統(tǒng)架構(gòu)中，后端云平臺(tái)接收各移動(dòng)終端上傳的數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理，接收移動(dòng)終端請(qǐng)求，實(shí)時(shí)按需向移動(dòng)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(jié)果、其他移動(dòng)終端的檢查結(jié)果、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)結(jié)果等。云平臺(tái)通過(guò)提示、自動(dòng)或半自動(dòng)完成等方式來(lái)大大減少橋檢信息錄入的工作量。此外，對(duì)橋梁技術(shù)狀況進(jìn)行評(píng)估時(shí)，云平臺(tái)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(tái)的其他數(shù)據(jù)源，從而生成更詳實(shí)準(zhǔn)確的橋梁狀況評(píng)估報(bào)告。

云平臺(tái)提供4種類型的服務(wù)器：數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、文件服務(wù)器、橋梁狀況評(píng)估服務(wù)器和Web服務(wù)器。其中，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、文件服務(wù)器、橋梁狀況評(píng)估服務(wù)器用戶不能直接訪問(wèn)，只能通過(guò)手持式巡檢系統(tǒng)或Web服務(wù)器訪問(wèn)。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器包含總體數(shù)據(jù)庫(kù)和橋梁數(shù)據(jù)庫(kù)，其中，總體數(shù)據(jù)庫(kù)存放用戶帳號(hào)信息、不同帳號(hào)的權(quán)限以及帳號(hào)與橋梁的對(duì)應(yīng)關(guān)系；橋梁數(shù)據(jù)庫(kù)存放每個(gè)橋梁的具體信息，包含橋梁基本信息、歷次檢查結(jié)果、竣工資料存放地址等?？紤]到橋梁數(shù)據(jù)格式的多樣性，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器僅存放文字?jǐn)?shù)據(jù)，其它如照片、圖表、圖紙、專項(xiàng)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(wù)器。橋梁評(píng)估服務(wù)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(píng)估軟件。數(shù)據(jù)處理軟件負(fù)責(zé)對(duì)上傳的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行2次處理，包括拱軸線擬合、混凝土強(qiáng)度推算、裂縫分布圖繪制等。橋梁巡檢過(guò)程中，對(duì)某些病害難以判斷其成因時(shí)，可通過(guò)專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)獲得幫助。有限元軟件以應(yīng)用虛擬化的方式呈現(xiàn)給用戶，所有運(yùn)算工作均在云平臺(tái)上完成，若需了解特定工況下結(jié)構(gòu)的受力狀況，可以通過(guò)手持式移動(dòng)終端運(yùn)行軟件并查看結(jié)果。橋梁狀況評(píng)估軟件負(fù)責(zé)融合多數(shù)據(jù)源[6-7]，自動(dòng)生成橋梁狀況評(píng)估報(bào)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(tái)。橋梁檢查中采用的其他無(wú)損檢測(cè)設(shè)備，由于來(lái)自不同生產(chǎn)廠商，如果未進(jìn)行2次開(kāi)發(fā)，則其檢查數(shù)據(jù)只能通過(guò)Web服務(wù)器人工上傳。

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

1) 當(dāng)多臺(tái)手持式巡檢終端同時(shí)工作時(shí)，可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)檢查結(jié)果匯總、整理和歸檔，可實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)各移動(dòng)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(shí)連接云平臺(tái)以查詢橋梁歷次檢查數(shù)據(jù)和其他設(shè)備對(duì)橋梁的檢測(cè)或監(jiān)測(cè)結(jié)果，而且還可以隨時(shí)連接專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)獲得專業(yè)幫助，規(guī)范橋梁現(xiàn)場(chǎng)檢查工作，減少現(xiàn)場(chǎng)檢查工作的人為因素。

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

4) 自動(dòng)生成更全面更準(zhǔn)確的橋梁狀況評(píng)估報(bào)告。云平臺(tái)在生成橋梁技術(shù)狀況評(píng)估報(bào)告時(shí)，除了基于巡檢終端上傳的檢查結(jié)果外，還可以融合接入云平臺(tái)的其他數(shù)據(jù)源。

5) 上級(jí)管理部門可通過(guò)手機(jī)、PAD、電腦等登錄部署在云平臺(tái)上的Web網(wǎng)站，可實(shí)時(shí)掌握橋梁現(xiàn)場(chǎng)檢查情況，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)對(duì)橋梁現(xiàn)場(chǎng)檢查情況進(jìn)行監(jiān)督和指導(dǎo)。云平臺(tái)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(jí)維護(hù)方便，可大大降低系統(tǒng)后期升級(jí)維護(hù)成本。由于數(shù)據(jù)整理工作和生成橋梁檢查報(bào)告均在云平臺(tái)上完成，故大多數(shù)情況下僅需對(duì)云平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)維護(hù)，而對(duì)云平臺(tái)系統(tǒng)的升級(jí)維護(hù)可以遠(yuǎn)程進(jìn)行。巡檢終端系統(tǒng)的升級(jí)維護(hù)可以當(dāng)巡檢終端連接至云平臺(tái)時(shí)自動(dòng)完成。

7) 云平臺(tái)運(yùn)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(tái)領(lǐng)取檢查任務(wù)模塊、橋梁定位模塊、現(xiàn)場(chǎng)工作模塊和橋梁狀況評(píng)估模塊。

2.1 從云平臺(tái)領(lǐng)取檢查任務(wù)模塊

檢查人員出發(fā)前，首先從云平臺(tái)領(lǐng)取檢查任務(wù)，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(dòng)終端，以防止橋梁現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)不好、網(wǎng)絡(luò)速度過(guò)慢等問(wèn)題。從云平臺(tái)領(lǐng)取檢查任務(wù)需要用戶權(quán)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(dòng)終端的定位功能，導(dǎo)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(shí)，該功能尤其有用。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)工作模塊

檢查人員到達(dá)指定橋梁后，移動(dòng)終端自動(dòng)加載當(dāng)前橋梁的構(gòu)件、部件信息，并根據(jù)橋梁構(gòu)件、部件信息自動(dòng)加載針對(duì)當(dāng)前橋梁的檢查界面，且自動(dòng)加載當(dāng)前橋梁的基本情況、以往檢查記錄等。通過(guò)查看該橋歷次檢查數(shù)據(jù)，可使本次檢查重點(diǎn)突出，效率更高，同時(shí)還可以明確各種病害的發(fā)展趨勢(shì)。例如對(duì)某拱橋進(jìn)行檢查，上次檢查發(fā)現(xiàn)拱上側(cè)墻外移 0.5 cm，如果這次檢查發(fā)現(xiàn)拱上側(cè)墻外移1.0 cm，檢查人員就能快速得出拱上側(cè)墻外移仍在發(fā)展這一結(jié)論。檢查人員也可以通過(guò)專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)來(lái)實(shí)時(shí)獲得專業(yè)知識(shí)幫助。

現(xiàn)場(chǎng)檢查過(guò)程中，移動(dòng)終端會(huì)把檢查數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)上傳至云平臺(tái)。當(dāng)多臺(tái)移動(dòng)終端同時(shí)工作時(shí)，檢查人員通過(guò)云平臺(tái)可以查看彼此工作情況，實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)。檢查人員通過(guò)移動(dòng)終端連接云平臺(tái)，云平臺(tái)根據(jù)用戶權(quán)限，禁止或允許該用戶查看接入云平臺(tái)的其他數(shù)據(jù)源的信息。檢查人員可以調(diào)用部署于云平臺(tái)的軟件對(duì)上傳數(shù)據(jù)進(jìn)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(fù)雜的橋梁有限元分析。

云平臺(tái)實(shí)時(shí)對(duì)上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、整理。若多臺(tái)移動(dòng)終端同時(shí)對(duì)某一構(gòu)件病害進(jìn)行了描述，云平臺(tái)則自動(dòng)判斷是否存在冗余數(shù)據(jù)，提示最后一個(gè)上傳數(shù)據(jù)用戶進(jìn)行合并、覆蓋原來(lái)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(lái)數(shù)據(jù)，原數(shù)據(jù)上傳人員會(huì)得到提示，并需要確認(rèn)。云平臺(tái)會(huì)自動(dòng)對(duì)上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，檢查現(xiàn)場(chǎng)工作是否有疏漏或錯(cuò)誤。此外，云平臺(tái)對(duì)檢查結(jié)果自動(dòng)進(jìn)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(guò)OA辦公系統(tǒng)可直接訪問(wèn)云平臺(tái)，可實(shí)時(shí)查看檢查結(jié)果，并可發(fā)送消息至現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)終端。巡檢系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)工作數(shù)據(jù)流程如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)工作數(shù)據(jù)流程

2.4 橋梁狀況評(píng)估模塊

檢查人員選定檢查規(guī)范后，云平臺(tái)會(huì)依據(jù)規(guī)范和匯總后的檢查數(shù)據(jù)自動(dòng)生成橋梁技術(shù)狀況評(píng)定報(bào)告，并將其顯示于移動(dòng)終端。除檢查數(shù)據(jù)外，根據(jù)用戶權(quán)限和用戶要求，云平臺(tái)可以自動(dòng)融合接入云平臺(tái)的其他數(shù)據(jù)源，自動(dòng)生成更全面的橋梁狀況評(píng)估報(bào)告。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種新的基于云平臺(tái)的手持式智能橋梁巡檢系統(tǒng)，目前該系統(tǒng)已基本開(kāi)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(shí)現(xiàn)各終端之間的實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)，功能更加強(qiáng)大，而且還可以自動(dòng)融合多數(shù)據(jù)源生成更全面的橋梁狀況評(píng)估報(bào)告。

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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(yùn)輸部應(yīng)用基礎(chǔ)研究資助項(xiàng)目(2014319740160)；重慶市科技人才培養(yǎng)計(jì)劃資助項(xiàng)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