黃賢智

（廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530023）

0 引言

截止2017年，中國公路總里程達(dá)477.35萬km，公路橋梁83.25萬座、5 225.62萬 m，其中特大橋梁4 646座、826.72萬 m，大橋91 777座、2 424.37萬 m，是世界上橋梁體量最大的國家［1］。

在役橋梁在外荷載和環(huán)境的作用下，特別是在超載車和惡劣環(huán)境下，會(huì)使橋梁加速老化，致使橋梁出現(xiàn)嚴(yán)重病害。因此，及時(shí)對(duì)橋梁外觀進(jìn)行“診斷”，及早發(fā)現(xiàn)橋梁存在的問題并快速修復(fù)橋梁存在的病害，將有效緩解病害的發(fā)展，提高橋梁的可靠性，滿足橋梁的設(shè)計(jì)服役年限要求。

而目前橋梁外觀檢查工作存在效率低、安全性差、檢查盲區(qū)操作難度大等幾大局限問題，已經(jīng)越來越不適應(yīng)現(xiàn)代化橋梁養(yǎng)護(hù)管理的需要。本文將從橋梁無人機(jī)檢查技術(shù)，橋梁圖像識(shí)別技術(shù)、橋梁智能化檢測(cè)技術(shù)三個(gè)方面對(duì)這些問題進(jìn)行闡述，探討信息技術(shù)在橋梁外觀檢查中的發(fā)展與應(yīng)用概況。

1 無人機(jī)信息技術(shù)

1.1 橋梁檢查無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用

近年來，隨著航拍技術(shù)、遙感技術(shù)的快速發(fā)展，各類型號(hào)的無人機(jī)如雨后春筍般迅速滲透到各行各業(yè)。在橋梁工程檢測(cè)中，一些檢測(cè)項(xiàng)目必須中斷交通進(jìn)行，給交通造成不便。無人機(jī)檢測(cè)通過掛載照相機(jī)和多種傳感器設(shè)備，輔助以高精度導(dǎo)航系統(tǒng)和避障系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，能為橋梁檢修提供科學(xué)和精準(zhǔn)的判別，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)橋梁病害檢測(cè)過程中檢測(cè)復(fù)雜、耗時(shí)長、工作量大等現(xiàn)場檢測(cè)問題。

利用無人機(jī)數(shù)據(jù)采集進(jìn)行橋梁外觀檢查是時(shí)下新興的熱點(diǎn)，其原理是利用無人機(jī)可懸停的特點(diǎn)，采用高像素相機(jī)拍照，通過高可靠性無人機(jī)采集位置、時(shí)間、照片或錄像等信息來分析橋梁的病害位置和程度［2］。該無人機(jī)系統(tǒng)飛行軌跡可控，檢查拍攝橋梁病害情況的圖像資料可實(shí)時(shí)傳輸，利于數(shù)據(jù)采集和觀測(cè)，對(duì)比人工檢查效率和安全性大大提高，并能有效地覆蓋一些檢查盲區(qū)。

隨著無人機(jī)控制技術(shù)、圖像實(shí)時(shí)無線傳輸技術(shù)及裂縫識(shí)別技術(shù)的不斷成熟，利用無人飛行器對(duì)橋梁進(jìn)行外觀檢查已逐步在一些橋梁中開始應(yīng)用。

1.2 應(yīng)用實(shí)例

梧州市鴛江大橋主橋橋型為40m＋175m＋40m自錨中承式鋼管混凝土系桿拱橋，主拱圈為鋼管混凝土構(gòu)件，格構(gòu)型截面（4×750mm鋼管），邊拱圈為鋼筋混凝土構(gòu)件，矩形實(shí)心截面。主邊拱圈通過系桿聯(lián)系在一起，系桿選用10×OVM15－19錨具，j15.24，1 860 MPa級(jí)鋼絞線，橫梁為部分預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制構(gòu)件，縱向槽形板為鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件，主墩、邊墩均采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)（主墩200cm，邊墩140cm）。

針對(duì)傳統(tǒng)檢測(cè)手段存在的局限問題，采用無人機(jī)采集橋梁病害數(shù)據(jù)檢測(cè)手段對(duì)鴛江大橋的鋼管混凝土拱肋、橋面板底部及常規(guī)檢查中的盲區(qū)和易遺漏的部位進(jìn)行航拍檢查。

在整個(gè)無人機(jī)檢查過程中，通過對(duì)兩條鋼管混凝土拱肋、255m長橋面板底部檢查，得到了拱肋構(gòu)件和橫系梁構(gòu)件的高清照，有效地判別了橋梁承重構(gòu)件的主要病害，在基本不影響交通的情況下僅花費(fèi)兩個(gè)白晝有效工作時(shí)間高效完成檢測(cè)任務(wù)。由于采用遠(yuǎn)程控制技術(shù)，檢查人員安全風(fēng)險(xiǎn)大大降低。以鋼管混凝土拱肋、橋面板底部檢查為例，查閱資料對(duì)比其他類似橋型采用橋檢車等傳統(tǒng)方法，特別是對(duì)于高凈空或高墩橋梁采用無人機(jī)技術(shù)檢查效率大幅提升。

當(dāng)然，由于部分技術(shù)尚未成熟，無人機(jī)目前也存在一些不足之處［3］。傳統(tǒng)檢查方法與無人機(jī)檢查優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見表1。

表1 傳統(tǒng)檢查方法與無人機(jī)檢查優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表

2 圖像識(shí)別技術(shù)

近年來，基于圖像分析的橋梁病害識(shí)別技術(shù)在橋梁外觀檢查中引起橋梁領(lǐng)域?qū)＜业呐d趣［4］。圖像識(shí)別是一項(xiàng)通過計(jì)算機(jī)對(duì)圖片信息進(jìn)行圖像縮放、灰度變化、圖像去噪、圖像增強(qiáng)、邊緣檢測(cè)等技術(shù)處理分析，然后經(jīng)過加工以自動(dòng)監(jiān)測(cè)識(shí)別獲取所需信息的技術(shù)。

基于圖像識(shí)別技術(shù)的橋梁外觀檢查的構(gòu)思如圖1所示。當(dāng)進(jìn)行橋梁外觀檢查時(shí)，高清攝像設(shè)備將采集到的橋梁病害圖片信息輸入到計(jì)算機(jī)程序軟件，利用計(jì)算機(jī)智能化分析技術(shù)，圖像處理時(shí)會(huì)根據(jù)圖像的質(zhì)量及病害信息的嚴(yán)重程度進(jìn)行修正。在設(shè)定的程序和規(guī)則中，圖像處理完成病害識(shí)別，對(duì)不需標(biāo)定、測(cè)量的病害直接結(jié)果輸出，對(duì)需要標(biāo)定、測(cè)量的病害如裂縫信息，經(jīng)過激光定標(biāo)、激光測(cè)距等設(shè)備測(cè)量后得到裂縫的數(shù)量、長度和寬度等信息。

圖1 基于圖像識(shí)別的橋梁病害檢查流程圖

圖像識(shí)別技術(shù)上實(shí)質(zhì)就是將病害圖像信息進(jìn)行處理，分析病害的類別、程度和結(jié)構(gòu)的變形，該技術(shù)采用一些數(shù)學(xué)算法處理圖像信息，具有快速標(biāo)識(shí)橋梁病害信息的特點(diǎn)，在橋梁結(jié)構(gòu)裂縫病害識(shí)別上具有顯著優(yōu)點(diǎn)［5］?；趫D像識(shí)別技術(shù)的橋梁病害快速識(shí)別技術(shù)已是當(dāng)前橋梁養(yǎng)護(hù)研究的熱點(diǎn)。

3 智能化檢測(cè)技術(shù)

信息技術(shù)是指應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)和通信技術(shù)對(duì)信息的收集、存儲(chǔ)、分析、管理、應(yīng)用等功能進(jìn)行設(shè)計(jì)、開發(fā)的系統(tǒng)或應(yīng)用軟件。主要包括傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等［6］。而移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、BIM等新興信息技術(shù)的興起，將信息技術(shù)推向智能化、智慧化。

橋梁外觀檢查，信息量大，數(shù)據(jù)繁雜，采用人工進(jìn)行橋梁技術(shù)狀態(tài)評(píng)定分析，工作效率低，評(píng)定方法的準(zhǔn)確性主要依靠檢測(cè)人員對(duì)橋梁病害的認(rèn)知程度，主觀影響較大，造成可靠性不足。故應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)，將信息處理標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、時(shí)效化、便捷化、信息化、一體化的信息技術(shù)智能化管理應(yīng)運(yùn)而生。

信息技術(shù)智能化，在實(shí)際應(yīng)用中，主要體現(xiàn)在海量數(shù)據(jù)的自動(dòng)分析、利用和預(yù)測(cè)，自動(dòng)化巡檢，智能化的狀態(tài)評(píng)估、病害診斷、預(yù)警、維護(hù)維修方案確定等。可將橋梁檢查數(shù)據(jù)信息自動(dòng)識(shí)別，分類處理，分析計(jì)算，報(bào)告輸出，并可在數(shù)據(jù)庫中以橋梁全壽命周期的數(shù)據(jù)和信息為基礎(chǔ)進(jìn)行技術(shù)狀況的對(duì)比，起到監(jiān)測(cè)預(yù)警的作用。信息技術(shù)智能化能有效解決數(shù)據(jù)處理和橋梁技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r評(píng)估的問題，提高橋梁養(yǎng)護(hù)管理的效率。

4 結(jié)語

隨著新建橋梁的不斷增加，特大橋不斷涌現(xiàn)，橋梁外觀檢查等技術(shù)狀態(tài)評(píng)定工作任務(wù)越來越艱巨，在橋梁的日常檢查和經(jīng)常檢查中，迫切需要信息技術(shù)高效可靠地分析診斷橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，有效提高我國的橋梁管養(yǎng)水平。本文的應(yīng)用實(shí)例表明：研究應(yīng)用信息技術(shù)的最新成果對(duì)橋梁外觀檢查具有重要意義。信息技術(shù)在科技發(fā)展下日新月異，需要我們研究提取信息技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用在橋梁檢查中，有效提高工作效率和解決現(xiàn)有問題，彌補(bǔ)傳統(tǒng)手段的不足。當(dāng)然，信息技術(shù)在橋梁外觀檢查的應(yīng)用是一個(gè)綜合的過程，存在多學(xué)科交叉問題，對(duì)人員素質(zhì)要求高，需要廣大橋梁工作者不斷努力，使工作更加高效、科學(xué)。