物联网技术在交通建设工程监督检测中的应用

周建强

(浙江省交通工程管理中心，杭州 310005)

0 引 言

物联网是指将各种信息传感设备及系统通过各种接入网与互联网结合起来而形成的一个巨大智能网络[1]。1999年美国Auto-ID实验室提出“物联网”概念，同年中国科学院也开始启动传感网的研究，至2009年IBM公司提出了“智慧地球”(Smart-Planet)，“物联网”越来越多被应用于智能交通和公共安全等一系列社会公共基础设施建设中。2016年发布的《“十三五”国家信息化规划》中指出，“十三五”时期是信息通信技术变革实现新突破的发轫阶段，信息化代表新的生产力和新的发展方向。依据《规划》要求，我国下一步将聚焦于“信息化”发展，实现世界和数字世界日益交汇融合，全球治理体系面临深刻变革。目前，交通领域的信息化管理主要体现在“智能交通”，即结合现代化的传感技术对车辆、船舶等进行监控，并为乘客提供即时、便捷的行车路线[2]。同时，交通领域应用物联网技术正在逐步形成一个统一的满足物联网交通应用的标准体系[3]。部分研究通过搭建工程信息一体化平台，提出了工程安全物联网的概念，以期实现建筑施工中全面的安全管控和安全隐患排查[4]；通过建立信息化综合管理平台，实现交通建设工程项目基本信息公开化、质量监督、安全监督、环境监测、视频监控等[5]。

浙江省根据交通建设工程监督检测实施面临的检测机构业务水平、检测仪器智能化程度参差不齐、数据共享性弱等特点，研究并建立了基于物联网技术搭建检测数据、影像资料及监测轨迹实时上传的信息化管理平台，对提高检测机构管理人员对试验检测人员和检测数据的管理水平，强化工程质量监督机构对检测机构的监管能力具有重要的应用价值。

1 物联网技术在监督检测管理中的核心架构

针对全省交通建设工程监督检测的特点，数据采集对实时性要求极高，因此根据实际委托项目的特性将抽检项目分为现场检测和室内检测两大类，并根据检测项目对所用仪器设备进行归类。如现场检测设备主要包含桩基完成性检测用低应变基桩动测仪、非金属超声波检测仪，混凝土强度检测用混凝土回弹仪，构件钢筋保护层厚度检测用钢筋保护层检测仪等；室内检测设备主要包含材料力学性能试验用压力机、万能试验机及抗压抗折一体机等。

1.1 数据实时传输的实现

1.1.1 现场检测设备的数据实时传输

现场检测项目包含基桩检测、回弹法检测混凝土抗压强度和钢筋保护层厚度检测。由于检测现场情况复杂，人员流动性大，传统的有线数据传输方式不利于操作，因此采用更灵活方便的无线技术。但检测现场跨度大、路程远，对于WIFI类无线网覆盖范围有线，无法做到全面覆盖。因此，考虑手机网络传输，既满足覆盖范围要求，且信号质量达到数据传输要求。

基于Android平台，开发了配套的应用程序。该程序通过与加装在现场检测设备的蓝牙模块进行连接实时收集检测数据并通过手机网络上传服务器。同时，程序通过调用移动设备的摄像头、GPS模块或最新的北斗导航系统(BDS)，记录现场检测佐证同数据打包上传至服务器中供数据分析，检测轨迹图绘制及试验数据、佐证资料存档，现场检测数据采集实时传输如图1所示。

图1 现场检测设备数据传输示意图

1.1.2 室内检测设备的数据实时传输

对于室内试验中材料力学试验设备，数据采集采用试验机油路改造、电路改造两种方法。

(1)油路改造：在原有试验机油路路上面接入三通管后加装油路传感器，然后传感器的数据通过专用的数据采集盒将数据发送给计算机。

邢岫烟在“懦小姐”迎春处寄居，当然也免不了被刁奴为难。更可气的是，那可怜巴巴的二两月银还被邢夫人要求分给父母一半。

(2)电路改造：在原有试验机传感器线组上并联出信号线，通过专用数据采集盒将数据发给计算机。

为了记录检测过程有关图像，同时在试验室内安装监控摄像头录制试验过程视频。

对于试验机等室内试验设备，在接收到试验任务后开始进行试验，加装在设备上的传感器也同步进行数据的收集，每收集到一个试样的数据后便封包经由数据中心服务器发送至浙江省交通建设工程监测数据监管系统。同时安装在室内的监控摄像头开始录制试验过程视频，当完成一组试验后便将视频文件保存于数据中心服务器的硬盘中，室内检测数据采集实时传输如图2所示。

采集到的数据也可以在配套的试验软件中载入计算并生成试验报告上传。整套采集设备部署后，可以实时捕捉试验过程佐证资料，精确记录试验原始数据、应力曲线图及电子版试验报告等。室内试验设备产生的试验数据将与现有的交通试验检测机构业务系统、浙江省交通试验检测动态管理系统进行数据交互，形成有机的整体。

图2 室内检测设备数据传输示意图

1.2 检测轨迹的采集

为了实时记录受委托检测单位的检测轨迹，利用GPS/BDS的定位功能与电子地图相结合的方式，每次检测设备通过移动设备APP推送检测数据的同时，移动设备APP会实时调用移动设备中的GPS/BDS模块将检测地点的地理位置打包上传至信息化管理平台。检测单位完成多个地点的检测任务后，可以将多个检测点的位置在电子地图上标出并绘制检测单位实际实时监督检测过程的工作轨迹图，如图3所示。

绘制检测轨迹图记录在浙江省交通建设工程监测数据监管系统平台上，管理者可以实时掌握检测单位人员动态，检测痕迹与检测工程量的一致性，确保监督抽检任务可以按实际计划实施。

图3 基于GPS/BDS技术的检测轨迹示意图

1.3 检测过程影像记录

为了确保监督检测过程的受控性，受委托检测单位在现场检测过程通过移动设备APP启动移动设备摄像头，对检测的现场环境及工作过程进行拍照；在进行室内试验时，则通过安装在试验室的监控摄像头录制试验过程视频。现场检测中所拍摄照片包含以下内容：检测人员工作证、构造物铭牌(名称、检测日期)、检测环境、检测物外观等，所有检测过程中的影像记录均实时传输到浙江省交通建设工程监测数据监管系统平台。

2 研究成果及应用

2.1 研究成果

2.1.1 集成开发了浙江省交通建设工程监测数据监管系统

根据浙江省交通建设工程监督检测工作需求，在前期研究与开发的基础上，应用物联网技术将监督检测中的现场检测、室内检测主要仪器设备进行了改造升级，开发了辅助移动设备APP，成功实现了监督检测过程中的数据实时传输、检测轨迹的实时采集、检测过程影像实时记录，集成开发了浙江省交通建设工程监测数据监管系统，如图4所示。

对于应用物联网技术开发的现场检测、室内检测项目而言，均设计并实现了项目基本信息、检测分析、检测照片、检测轨迹的记录，实现了计划与实际开展项目的对比，实时完成情况、费用结算统计等功能，实现了监督检测有效的交互式信息化管理。

图4 浙江省交通建设工程监测数据监管系统主界面示意图

图5 某单位承担的某项目钢筋保护层厚度检测数据汇总

2.1.2 数据实时传输完整可靠

对于某些现场检测设备，开发专门与仪器设备配套的移动设备APP数据传输程序，如对数显回弹仪、钢筋保护层测试仪等仪器进行改造，利用蓝牙技术将存储在仪器设备上的检测数据传输至手机APP上，再通过手机利用4G网络传输至管理平台，间接性实现了检测数据实时传输。测试结果显示：移动设备应用程序与检测设备连接稳定，可正常进行拍摄及上传照片并准确对检测地点进行定位，见图6、图7。

图6 移动端APP程序连接界面 图7 回弹法检测结构混凝土强度原始数据

对于可实现检测数据实时传输的仪器设备而言，直接利用有线网络或4G/WIFI等网络将检测数据实时上传，测试结果表明，在50M宽带环境下，所有现场检测与室内检测仪器设备数据与服务器的延迟均在30ms以下，并无丢包。

2.2 应用情况

基于物联网技术的交通建设工程监督检测于2016年启动开发，2017年底基本完成，2018年起进行全面应用。物联网技术与开发的监管平台实现了监督检测数据实时传输，配置的GPS/BDS及影像技术记录检测工作过程佐证；已实现有效辅助监督试验检测人员在试验操作过程中的规范度，遏制数据造假及工作中出现的数据记录错误等问题；与此同时，通过对大范围的数据整合、综合的统计分析，可以及时发现是否存在特异数据，并进行反向追踪。

此外，开发出具有良好开放性的标准数据接口，使市面上大部分主流试验检测设备在经过简单改良后，便可实现上述数据传输和影像录入功能，从而打通基础数据交流通道，使试验检测数据从最开始的试验检测过程到数据结果处理、结果上报、到汇总、统计，形成一个完整的信息化数据处理链条及数据监督网络。

开发的检测专用配套APP和检测数据监管系统，连接试验仪器设备及信息化平台，实现了数据交流灵活化、实时化，将能够服务全省监督抽检工作，对监管和监督抽检过程中的各关键要素进行监控，为各级质量监督管理机构对下辖试验检测机构和下辖工程项目进行监督管理提供强有力的辅助工具和数据支撑基础。

在2018-2019年平台运行过程中，有效提高了监督检测质量，实现了检测数据的实时传输、数据的规范处理，也为检测过程的科学化、公开化提供了保障。

3 结 语

针对交通建设工程监督检测管理需求，通过开发应用于现场、室内监督检测低应变基桩动测仪、非金属超声波检测仪、混凝土回弹仪、混凝土钢筋检测仪、压力机、万能试验机、抗压抗折一体机等仪器设备的数据输出接口标准格式，在设备中通过加装蓝牙模块、传感器等方法，实现监督检测设备与信息化系统互联、数据实时上传。同时，在设备中还增补了视频、照片记录工作过程、GPS/BDS记录试验检测工作位置等功能，开发了浙江省交通建设工程监测数据监管系统，有效提升了交通建设工程监督检测的信息化管理水平，实现任务发布、数据接收集存储、生成检测轨迹图、数据分析等人工难以实现的管理功能。

随着物联网技术进一步发展，仪器设备智能化水平的进一步提升，信息化建管交通建设工程建设全过程已不是梦想。对于监督检测而言，未来还将根据检测项目的丰富而进一步优化浙江省交通建设工程监测数据监管系统，促进仪器设备的智能化革新，不断提升信息化、智能化管理工程建设的应用能力，快速营造交通工程建设有效监管水平。