信息化技术在桥梁外观检查中的应用研究

黄贤智

（广西交通职业技术学院，广西 南宁 530023）

0 引言

截止2017年，中国公路总里程达477.35万km，公路桥梁83.25万座、5 225.62万 m，其中特大桥梁4 646座、826.72万 m，大桥91 777座、2 424.37万 m，是世界上桥梁体量最大的国家［1］。

在役桥梁在外荷载和环境的作用下，特别是在超载车和恶劣环境下，会使桥梁加速老化，致使桥梁出现严重病害。因此，及时对桥梁外观进行“诊断”，及早发现桥梁存在的问题并快速修复桥梁存在的病害，将有效缓解病害的发展，提高桥梁的可靠性，满足桥梁的设计服役年限要求。

而目前桥梁外观检查工作存在效率低、安全性差、检查盲区操作难度大等几大局限问题，已经越来越不适应现代化桥梁养护管理的需要。本文将从桥梁无人机检查技术，桥梁图像识别技术、桥梁智能化检测技术三个方面对这些问题进行阐述，探讨信息技术在桥梁外观检查中的发展与应用概况。

1 无人机信息技术

1.1 桥梁检查无人机技术的应用

近年来，随着航拍技术、遥感技术的快速发展，各类型号的无人机如雨后春笋般迅速渗透到各行各业。在桥梁工程检测中，一些检测项目必须中断交通进行，给交通造成不便。无人机检测通过挂载照相机和多种传感器设备，辅助以高精度导航系统和避障系统采集数据，能为桥梁检修提供科学和精准的判别，有效弥补了传统桥梁病害检测过程中检测复杂、耗时长、工作量大等现场检测问题。

利用无人机数据采集进行桥梁外观检查是时下新兴的热点，其原理是利用无人机可悬停的特点，采用高像素相机拍照，通过高可靠性无人机采集位置、时间、照片或录像等信息来分析桥梁的病害位置和程度［2］。该无人机系统飞行轨迹可控，检查拍摄桥梁病害情况的图像资料可实时传输，利于数据采集和观测，对比人工检查效率和安全性大大提高，并能有效地覆盖一些检查盲区。

随着无人机控制技术、图像实时无线传输技术及裂缝识别技术的不断成熟，利用无人飞行器对桥梁进行外观检查已逐步在一些桥梁中开始应用。

1.2 应用实例

梧州市鸳江大桥主桥桥型为40m＋175m＋40m自锚中承式钢管混凝土系杆拱桥，主拱圈为钢管混凝土构件，格构型截面（4×750mm钢管），边拱圈为钢筋混凝土构件，矩形实心截面。主边拱圈通过系杆联系在一起，系杆选用10×OVM15－19锚具，j15.24，1 860 MPa级钢绞线，横梁为部分预应力混凝土预制构件，纵向槽形板为钢筋混凝土预制构件，主墩、边墩均采用钻孔灌注桩基础（主墩200cm，边墩140cm）。

针对传统检测手段存在的局限问题，采用无人机采集桥梁病害数据检测手段对鸳江大桥的钢管混凝土拱肋、桥面板底部及常规检查中的盲区和易遗漏的部位进行航拍检查。

在整个无人机检查过程中，通过对两条钢管混凝土拱肋、255m长桥面板底部检查，得到了拱肋构件和横系梁构件的高清照，有效地判别了桥梁承重构件的主要病害，在基本不影响交通的情况下仅花费两个白昼有效工作时间高效完成检测任务。由于采用远程控制技术，检查人员安全风险大大降低。以钢管混凝土拱肋、桥面板底部检查为例，查阅资料对比其他类似桥型采用桥检车等传统方法，特别是对于高净空或高墩桥梁采用无人机技术检查效率大幅提升。

当然，由于部分技术尚未成熟，无人机目前也存在一些不足之处［3］。传统检查方法与无人机检查优缺点对比见表1。

表1 传统检查方法与无人机检查优缺点对比表

2 图像识别技术

近年来，基于图像分析的桥梁病害识别技术在桥梁外观检查中引起桥梁领域专家的兴趣［4］。图像识别是一项通过计算机对图片信息进行图像缩放、灰度变化、图像去噪、图像增强、边缘检测等技术处理分析，然后经过加工以自动监测识别获取所需信息的技术。

基于图像识别技术的桥梁外观检查的构思如图1所示。当进行桥梁外观检查时，高清摄像设备将采集到的桥梁病害图片信息输入到计算机程序软件，利用计算机智能化分析技术，图像处理时会根据图像的质量及病害信息的严重程度进行修正。在设定的程序和规则中，图像处理完成病害识别，对不需标定、测量的病害直接结果输出，对需要标定、测量的病害如裂缝信息，经过激光定标、激光测距等设备测量后得到裂缝的数量、长度和宽度等信息。

图1 基于图像识别的桥梁病害检查流程图

图像识别技术上实质就是将病害图像信息进行处理，分析病害的类别、程度和结构的变形，该技术采用一些数学算法处理图像信息，具有快速标识桥梁病害信息的特点，在桥梁结构裂缝病害识别上具有显著优点［5］。基于图像识别技术的桥梁病害快速识别技术已是当前桥梁养护研究的热点。

3 智能化检测技术

信息技术是指应用计算机科学和通信技术对信息的收集、存储、分析、管理、应用等功能进行设计、开发的系统或应用软件。主要包括传感技术、网络技术、多媒体技术等［6］。而移动互联网、物联网、云计算、大数据、BIM等新兴信息技术的兴起，将信息技术推向智能化、智慧化。

桥梁外观检查，信息量大，数据繁杂，采用人工进行桥梁技术状态评定分析，工作效率低，评定方法的准确性主要依靠检测人员对桥梁病害的认知程度，主观影响较大，造成可靠性不足。故应用现代信息技术，将信息处理标准化、智能化、时效化、便捷化、信息化、一体化的信息技术智能化管理应运而生。

信息技术智能化，在实际应用中，主要体现在海量数据的自动分析、利用和预测，自动化巡检，智能化的状态评估、病害诊断、预警、维护维修方案确定等。可将桥梁检查数据信息自动识别，分类处理，分析计算，报告输出，并可在数据库中以桥梁全寿命周期的数据和信息为基础进行技术状况的对比，起到监测预警的作用。信息技术智能化能有效解决数据处理和桥梁技术发展状况评估的问题，提高桥梁养护管理的效率。

4 结语

随着新建桥梁的不断增加，特大桥不断涌现，桥梁外观检查等技术状态评定工作任务越来越艰巨，在桥梁的日常检查和经常检查中，迫切需要信息技术高效可靠地分析诊断桥梁结构的安全性和耐久性，有效提高我国的桥梁管养水平。本文的应用实例表明：研究应用信息技术的最新成果对桥梁外观检查具有重要意义。信息技术在科技发展下日新月异，需要我们研究提取信息技术的优点应用在桥梁检查中，有效提高工作效率和解决现有问题，弥补传统手段的不足。当然，信息技术在桥梁外观检查的应用是一个综合的过程，存在多学科交叉问题，对人员素质要求高，需要广大桥梁工作者不断努力，使工作更加高效、科学。