桥梁经常性检查智能系统的开发与应用

张振东， 陈 卓， 张 朋， 刘大洋， 王吉龙

(招商局重庆公路工程检测中心有限公司， 重庆 400067)

桥梁是交通运输基础设施咽喉要道，直接决定交通运输能否顺畅和安全。随着交通量日益增长，桥梁工程安全问题随之突出，为保障其运营安全，桥梁日常养护检查工作越趋频繁。

经常性检查作为桥梁养护决策的重要依据，根据现行JTG/T H21—2011《公路桥梁技术状况评定标准》、JTG H11—2019《公路桥涵养护规范》等要求[1]，应建立经常性检查制度，对桥梁设施进行周期性检查。经常性检查内容包括：桥梁各项使用状况是否完好、是否有病害和是否有缺损等异常情况。经常性检查以抵近检查为主，采用目测、工具量测相结合方法，重要情况应摄影或摄像。一般检查频率为1～3个月检查1次。对最近一次技术状况评为3类及以下的桥梁，应加大经常性检查频率。雪、冰冻季节、台风、暴雨、暴雪和大雾等自然灾害频发期，也应加大经常性检查频率。经常性检查应做好现场记录，内容应包括：各类基础设施异常情况详细描述、一般性判定、养护措施及进一步实施专项检查的建议等。对于严重异常状况，应对桥梁及时采取封闭交通、加固处治等措施。

目前，传统的桥梁经常性检查一般采用人工方式，存在诸多问题，不利于桥梁的科学化、系统化养护管理，主要表现为：

1) 手写纸记效率低

检查人员需要手动填写检查记录并上报管理单位，数据记录标准化、规范化程度低。实际工作时，现场检查人员根据桥梁检查任务分组进行，根据规范要求，记录桥梁相关部件及位置出现的病害、损伤、淤塞等问题，详细记录问题所在位置、标记、数量规模，并辅以数码照片或视频影像。检查结果需室内整理，录入电脑，编写报告，工作量大，易出错，对于工期较紧项目，工作效率低。

2) 电子化程度低，监管考核难度大

国内大多桥梁经常性检查多以纸质化记录为主，电子化程度低。管理单位委托检测单位或自行根据规范要求进行检查，由于桥梁数量多，工作量大，对现场检查人员及检查结果考核难度大。

3) 历史检查数据无法得到有效利用

桥梁病害信息采集、上传、分析、数据处理、报告编写等均采用人工处理，每个项目是一个独立的信息数据，每次检查数据没有得到有效的共享、应用，检查数据量大，存在信息孤岛，得不到有效利用[2]。

因此，仅靠表面观察、手写笔记、人工处理等传统检查工作模式，制约了大规模桥梁经常性检查与养护管理发展需求，应利用现代化信息技术，研发电子化、智能化产品，解决当前桥梁经常性检查低效、信息孤岛弊端的问题，以提升桥梁检查工作效率、信息化和智能化水平[3]。

1 系统各部分功能组成

桥梁经常性检查智能检查系统由APP、云服务、电脑端3大部分组成，可完成桥梁经常性检查数据采集、管理、后处理应用，系统结构组成如图1所示。

图1 系统结构组成

1.1 APP移动端

APP端根据任务单执行经常性检查任务，开始检查时，检查人员签到，录入人员、车辆等信息，选择桥梁及检测部件、录入病害类型、数量，采集多媒体信息，保存上传即可(系统自动获取GPS信息并记录上传)。待检查的桥梁基本信息在电脑端可事先配置[4]，现场只需选择检查桥梁对象即可完成检查。系统支持多人同时对同一设施进行采集，考虑部分地区没有网络信号，设计采用离线存储方式，暂存移动终端，网络条件足够，自动上传数据[5]。

数据采集实现桥梁经常性检查参数项目与病害属性之间的关联，操作人员现场只需选择检查项目与实际病害内容，不同桥梁类型与其病害项目一一对应，减少文字输入，使得采集数据标准一致，APP同时可采集图像照片、小视频、GPS等信息，如图2所示。检查人员对于检查数据结果现场同步管理，保证数据的有效性。检查结果实时传入云服务器。数据传输支持有线与Bluetooth、5G、Wifi等无线传输模式[6]。

1.2 云端

桥梁智能检查系统采用云服务器对检查数据进行存储、处理、管理。相比本地服务器方式，云服务器安全可靠、造价相对较低，可快速部署，具有防ARP攻击和MAC欺骗功能。云服务器可进行快速备份，保证数据永久不丢失，有效防御DDOS、CC、SYN等多种类型攻击，并及时修复漏洞，确保云端数据安全。除存储应用，云服务还可支持大规模数据云计算功能，为海量检查数据管理、共享、传承与应用提供条件[7]。

(a) 移动端数据采集

(b) 桥梁部件选择

1.3 电脑端

电脑端主要包括系统管理、数据管理、字典数据、检查结果4大功能。通过Web端或APP端可发布经常性检查任务，检查人员接受任务进行检查工作，检查流程如图3所示。任务信息包括任务单号、任务名称、路线名称、路段名称、检查单位、任务时间等[8]。

1) 系统管理包括角色权限、用户信息、部门信息、APP管理、菜单管理等功能。

2) 数据管理包括工程项目、路线、桥梁基础信息、桥梁结构、检查设备等。

图3 桥梁经常性检查系统流程

3) 字典数据将桥梁基本信息、检查项目、计算、评价等数字化、信息化，将桥梁类型、桩号、构件、经常性检查病害参数等基本信息存入平台，用于现场数据点选采集。对于检查部件映射，考虑不同桥梁类型及检查需求，可进行个性化配置。建立桥梁检查信息、智能检查移动终端同步通讯链[9]，实现基础设施基本信息、运行状态、检评信息、历史状况快速准确匹配。

4) 检查结果模块用于已检查工程项目数据管理，包括检查状态、工程量计算、数据处理、结果统计汇总、原始记录及报告自动生成等。经常性检查结果查看及检查记录表在Web端根据设定模式自动生成，电脑端界面示例如图4所示。

图4 经常性检查结果展示

2 系统主要功能原理

该系统由电脑控制端、云端及移动端APP三部分组成，用于桥梁经常性检查及数据处理，包括数据采集、数据管理、分析评价、检查报告等功能。根据现行规范要求，系统首先建立标准的数据库体系，将桥梁设施、结构构件、经常性检查病害类型、参数等建立映射关系，其次通过软件开发，实现数据采集、分析处理、报告生成等功能[10]。

2.1 标准数据库

其中桥梁基础数据包括桥梁名称、桥梁代码、中心桩号、所属路线、路段、桥梁类型、桥长、跨径组合、上部结构、下部结构、桥面系、建设年代、桥梁正立面照等，还包括桥梁卡片信息、构件信息、养护维修历史信息。该模块功能包括桥梁基本信息批量导入、导出，桥梁卡片信息导入、导出，便于用户批量管理数据，桥梁基础数据管理示例如图5所示。

图5 桥梁基础数据管理

2.2 桥梁经常性检查参数

系统基于桥梁养护数据库及专业知识库，支持桥梁工程经常性检查参数，如图6所示。包括桥梁翼墙、耳墙、锥坡、护坡、桥台及基础、桥墩及基础、上部结构异常变形、地基冲刷、支座、桥与路连接、伸缩缝、桥面铺装、人行道、缘石、栏杆、护栏、标志、标线、排水设施、照明系统、桥面清洁、调治构造物等，同时可判定病害严重程度，并推荐保养措施建议，这些参数须满足规范要求。

2.3 检查过程

1) 用户通过账号密码登录系统，依据标准字典管理，利用APP移动终端，依次选择桥梁名称、标准化构件、与之匹配的病害名称、位置信息，仅需录入病害数量、多媒体信息，并保存上传数据。检查标准一致,现场作业规范，保证了现场检查数据的质量。

图6 桥梁经常性检查记录表示例(部分)

APP软件实现病害信息、图片信息、视频信息、坐标信息等数据采集，通过电脑控制端查看检查实时轨迹，管理人员能够对检查人员实时监督管理[13]。

2) 根据设定模式，系统自动调取现场检查数据，网页端一键形成报告及检查电子记录，照片自动嵌入报告，极大提高检查效率和质量。同时，系统可形成多种统计图表，便于大数据分析[14]。

2.4 历史病害

系统记录历次病害状况，检查人员可直接调取前次检查结果，更新检查内容，跟踪重要病害发育情况，实现了历次检查数据的比对、分析[15]。

2.5 系统应用案例

目前，该系统已在河南、云南、重庆、西藏等多个地区应用，累计检查桥梁1 000余座，执行多项经常性检查任务，反馈良好，并在实践中不断完善，以期更好地服务于检查工作，提高工作效率。

3 结束语

1) 传统的桥梁经常性检查多采用手写纸记方式，信息化水平相对较低，标准化程度不高，工作效率低。经实践摸索和广泛调研，本文提出并设计开发了一套桥梁经常性检查智能系统，涵盖桥梁基础数据管理、数据采集、管理、数据分析、电子化报告等功能，利用现代电子信息化技术，实现桥梁信息标准化、数据电子化、检查操作规范化管理，通过数据管理技术提升传统检测与管理效率和品质。

2) 智能检测系统实现桥梁现场检查数据无纸化办公，数据通过云服务器安全存储，管理上通过Web端配套程序，完成检测数据自动化处理、报告一键生成，极大提高了检测工作效率和服务品质。

3) 该系统是桥梁“大数据”获取与积累的有效保障，将为桥梁检测、评价、养护分析决策及数据挖掘奠定良好的基础，市场需求量大，推广应用前景广阔。