基于云平台的手持式智能桥梁巡检系统研究

殷金稳，宋 刚

(1.珠海市香洲公路养护管理与应急中心， 广东 珠海 519000； 2.招商局重庆交通科研设计院有限公司， 重庆 400067)

基于云平台的手持式智能桥梁巡检系统研究

殷金稳1，宋 刚2

(1.珠海市香洲公路养护管理与应急中心， 广东 珠海 519000； 2.招商局重庆交通科研设计院有限公司， 重庆 400067)

介绍基于云平台技术开发的一套手持式智能桥梁巡检系统。该系统与后端云平台连接，通过一系列智能手段，对桥梁检查现场工作进行规范和指导。其特色功能包括检查数据实时汇总、多人同时作业自动协调、全程作业实时监管、多数据源融合、自动生成更加详实的检查报告等。利用云平台的丰富资源，该巡检系统可实现录入提示和外业数据的实时处理，在大大提高桥梁检查作业效率的同时，还可提高作业质量。

桥梁检查；手持式智能化巡检系统；云平台

桥梁定期检查工作主要包括：1) 对桥梁的技术状况进行检查并记录；2) 对原始记录进行汇总整理，按相关规范进行桥梁状况评定并编写检查报告。传统桥梁定期检查多以纸质记录方式为主，检查人员需花费大量时间和精力对现场记录进行汇总整理，对现场的遗漏和错误难以进行及时弥补和纠正，且每次检查结果无法自动归档。近年来，随着桥梁巡检作业自动化水平的提高，手持式巡检系统因其携带方便得到了越来越多的应用。该系统通常是基于Android、IOS或Windows Phone系统开发，被布设在移动终端上，用于桥梁基本情况、桥梁构件信息和桥梁现场检查数据的电子化录入。

文献[1]介绍一种以安卓系统为工作平台，手机终端为载体的便携式山区公路桥梁检查系统。该系统将外业数据自动进行病害分类、总结、打包，并通过GPRS网络发送给内业编写人员，可实现内外业同步。文献[2-3]提出一种基于移动终端的桥梁检查系统，该系统结合现行桥梁养护规范及桥梁技术状况评定标准，可直接在桥梁检查现场实现技术状况即时输入、即时评定，并可即时输出检查报告。

文献[1-3]提出的手持式桥梁巡检系统，其在对桥梁技术状况进行评定时，均假定所有检查结果存储在单台终端上，未涉及协同工作理念。而实际上，大跨径桥梁的定期检查常常需由多人同时完成，且有些检查往往需要采用其他专业设备才能完成，如混凝土保护层厚度、钢筋锈蚀、桥面线形检测等[4- 5]。这就要求多人作业相互协调且不同检测设备获得的数据能够融合。为此，本文提出了基于云平台的手持式智能桥梁巡检系统，其借助于后端云平台，提供单机设备难以实现的功能，可大大降低桥梁巡检系统对移动终端硬件和软件资源的需求。

1 系统架构

手持式桥梁巡检系统中引入云平台技术，移动终端仅提供定位功能、数据录入功能和显示功能，其他功能均交给云平台来实现。基于云平台的手持式桥梁巡检系统架构如图1所示。

图1 基于云平台的手持式桥梁巡检系统架构

该系统架构中，后端云平台接收各移动终端上传的数据，并负责数据处理，接收移动终端请求，实时按需向移动终端传送各种信息，如桥梁地理位置信息、桥梁基本情况、历次检查结果、其他移动终端的检查结果、监测系统监测结果等。云平台通过提示、自动或半自动完成等方式来大大减少桥检信息录入的工作量。此外，对桥梁技术状况进行评估时，云平台除了利用手持式桥梁巡检系统上传的检查数据外，还可融合接入云平台的其他数据源，从而生成更详实准确的桥梁状况评估报告。

云平台提供4种类型的服务器：数据库服务器、文件服务器、桥梁状况评估服务器和Web服务器。其中，数据库服务器、文件服务器、桥梁状况评估服务器用户不能直接访问，只能通过手持式巡检系统或Web服务器访问。数据库服务器包含总体数据库和桥梁数据库，其中，总体数据库存放用户帐号信息、不同帐号的权限以及帐号与桥梁的对应关系；桥梁数据库存放每个桥梁的具体信息，包含桥梁基本信息、历次检查结果、竣工资料存放地址等。考虑到桥梁数据格式的多样性，数据库服务器仅存放文字数据，其它如照片、图表、图纸、专项检查的原始数据、视频资料、桥梁有限元模型等，均存放于文件服务器。桥梁评估服务器部署数据处理软件、专家系统、有限元软件和桥梁状况评估软件。数据处理软件负责对上传的原始数据进行2次处理，包括拱轴线拟合、混凝土强度推算、裂缝分布图绘制等。桥梁巡检过程中，对某些病害难以判断其成因时，可通过专家系统知识库获得帮助。有限元软件以应用虚拟化的方式呈现给用户，所有运算工作均在云平台上完成，若需了解特定工况下结构的受力状况，可以通过手持式移动终端运行软件并查看结果。桥梁状况评估软件负责融合多数据源[6-7]，自动生成桥梁状况评估报告。

手持式桥梁巡检系统可以直接上传数据至云平台。桥梁检查中采用的其他无损检测设备，由于来自不同生产厂商，如果未进行2次开发，则其检查数据只能通过Web服务器人工上传。

与文献[1-3]提出的巡检设备相比较，本文提出的基于云平台的桥梁巡检系统具有如下明显优点：

1) 当多台手持式巡检终端同时工作时，可以自动实现检查结果汇总、整理和归档，可实时协调各移动终端的工作，且不要求各巡检终端版本统一。

2) 手持式巡检终端不仅可以随时连接云平台以查询桥梁历次检查数据和其他设备对桥梁的检测或监测结果，而且还可以随时连接专家系统知识库获得专业帮助，规范桥梁现场检查工作，减少现场检查工作的人为因素。

3) 绝大部分计算工作均由云平台完成，因此在大大增强巡检系统功能和智能化的同时，还可大大降低其对移动终端硬件和软件资源的需求。

4) 自动生成更全面更准确的桥梁状况评估报告。云平台在生成桥梁技术状况评估报告时，除了基于巡检终端上传的检查结果外，还可以融合接入云平台的其他数据源。

5) 上级管理部门可通过手机、PAD、电脑等登录部署在云平台上的Web网站，可实时掌握桥梁现场检查情况，远程实时对桥梁现场检查情况进行监督和指导。云平台也可以接入桥梁管理部门的OA办公系统。

6) 系统后期升级维护方便，可大大降低系统后期升级维护成本。由于数据整理工作和生成桥梁检查报告均在云平台上完成，故大多数情况下仅需对云平台系统进行升级维护，而对云平台系统的升级维护可以远程进行。巡检终端系统的升级维护可以当巡检终端连接至云平台时自动完成。

7) 云平台运行稳定，可以按需分配资源池，且数据的可靠性和安全性可以得到充分保障。

2 功能模块

手持式桥梁巡检系统包括4大模块：从云平台领取检查任务模块、桥梁定位模块、现场工作模块和桥梁状况评估模块。

2.1 从云平台领取检查任务模块

检查人员出发前，首先从云平台领取检查任务，并下载本次需要检查的桥梁信息(线路名称、桥名、位置、正面照、立面照、最近几次检查数据等)到移动终端，以防止桥梁现场信号不好、网络速度过慢等问题。从云平台领取检查任务需要用户权限，要求输入用户名和密码。

2.2 桥梁定位模块

下载的桥梁基本信息中包含桥梁的地理位置信息。桥梁定位模块利用移动终端的定位功能，导航巡检人员至指定桥梁。桥梁位置比较偏僻或同辖区存在同名桥梁时，该功能尤其有用。

2.3 现场工作模块

检查人员到达指定桥梁后，移动终端自动加载当前桥梁的构件、部件信息，并根据桥梁构件、部件信息自动加载针对当前桥梁的检查界面，且自动加载当前桥梁的基本情况、以往检查记录等。通过查看该桥历次检查数据，可使本次检查重点突出，效率更高，同时还可以明确各种病害的发展趋势。例如对某拱桥进行检查，上次检查发现拱上侧墙外移 0.5 cm，如果这次检查发现拱上侧墙外移1.0 cm，检查人员就能快速得出拱上侧墙外移仍在发展这一结论。检查人员也可以通过专家系统知识库来实时获得专业知识帮助。

现场检查过程中，移动终端会把检查数据实时自动上传至云平台。当多台移动终端同时工作时，检查人员通过云平台可以查看彼此工作情况，实时协调。检查人员通过移动终端连接云平台，云平台根据用户权限，禁止或允许该用户查看接入云平台的其他数据源的信息。检查人员可以调用部署于云平台的软件对上传数据进行处理，完成裂缝分布图绘制、拱轴线拟合等，也可完成非常复杂的桥梁有限元分析。

云平台实时对上传数据进行汇总、整理。若多台移动终端同时对某一构件病害进行了描述，云平台则自动判断是否存在冗余数据，提示最后一个上传数据用户进行合并、覆盖原来数据、放弃上传该条冗余数据等操作。若需要覆盖原来数据，原数据上传人员会得到提示，并需要确认。云平台会自动对上传数据进行检查，检查现场工作是否有疏漏或错误。此外，云平台对检查结果自动进行归档。

手持式桥梁巡检系统提供与桥梁管理部门OA办公系统的接口。桥梁管理部门通过OA办公系统可直接访问云平台，可实时查看检查结果，并可发送消息至现场移动终端。巡检系统现场工作数据流程如图2所示。

图2 现场工作数据流程

2.4 桥梁状况评估模块

检查人员选定检查规范后，云平台会依据规范和汇总后的检查数据自动生成桥梁技术状况评定报告，并将其显示于移动终端。除检查数据外，根据用户权限和用户要求，云平台可以自动融合接入云平台的其他数据源，自动生成更全面的桥梁状况评估报告。

3 结束语

本文提出了一种新的基于云平台的手持式智能桥梁巡检系统，目前该系统已基本开发完毕。与传统手持式桥梁巡检系统相比，该系统不仅可实现各终端之间的实时协调，功能更加强大，而且还可以自动融合多数据源生成更全面的桥梁状况评估报告。

[1]陈 卓，黄光清，潘 飞.山区公路桥梁掌上检查系统简介[J].公路交通技术，2011(6)：80-82，87.

[2]招商局重庆交通科研设计院有限公司.基于移动终端的桥梁检查和评定系统：中国发明专利，102708522A[P].2012-10-03.

[3]袁泽瑶.基于Android平台的人工桥梁检测系统研究[D].武汉：武汉理工大学，2013.

[4]交通运输部公路科学研究院. 公路桥梁技术状况评定标准：JTG/T H21—2011[S].北京：人民交通出版社，2011.

[5]住房和城乡建设部.城市桥梁检测与评定技术规范：CJJ/T 233—2015[S].北京：中国建筑工业出版社，2015.

[6]施永新.融合长期监测数据的中小跨径梁式桥技术状况评定方法初探[D].重庆：重庆交通大学， 2015.

[7]石德菊.中小桥梁群运营期结构状态监测系统研究[D].重庆：重庆交通大学，2015.

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

交通运输部应用基础研究资助项目(2014319740160)；重庆市科技人才培养计划资助项目(cstc2013kjrc-qnrc30001)

2016-08-29

殷金稳(1984-)，男，广东省惠州市人，本科，助工。

1009-6477(2016)06-0077-03

U446.3

A