桥梁信息化及智能检测研究

摘要：随着我国交通运输事业的不断发展，我国的桥梁建设需求也在不断地加大。在役桥梁的数量也是越来越多，因此检测成为了重中之重。由于数量庞大，所以要想维持桥梁良好的运行状态，就必须对桥梁实施信息化管理，使桥梁信息集合成整体，便于桥梁走向智能化，为桥梁智能检测打下良好的基础，其中基于无人机的智能检测方法就是其结果。因此本文介绍了桥梁信息化现状和管理系统以及智能检测相关技术、智能机器人，为桥梁信息化智能化发展进行综合性总结。

关键词：信息化；管理系统；BIM；智能检测；无人机

以国内外战略需求为背景，伴随全球科技创新呈现出的信息化、智能化新发展趋势，传统桥梁工程必将迎来深刻变革。面向技术现状及未来需求，将桥梁全生命安全周期与现代化信息技术相融合，打造日趋智能化、高精度化的桥梁结构将是未来发展方向。这也意味着除了桥梁本身的性能提升外，智能化、立体化、信息化的桥梁建造和安全运维体系将会越来越完善和普及。

一、桥梁信息化研究

（一）桥梁检测行业信息化现状

随着信息化经济时代的到来，在桥梁检测过程当中，各种信息化手段渐渐地开始应用于桥梁检测中，这些信息化检测技术的应用打破了传统检测技术的，加快推动了桥梁检测的信息化管理。在国内，桥梁工程早期开发研究的桥梁检测信息化管理系统有很大的局限性，其主要功能是监测，且仅针对于少数特大桥。比如，江阴长江公路大桥上所配备的健康监测系统，主要是为了实现对加劲梁位移、吊索索力等的监测；在上海徐浦大桥中，运用的是结构状态监测系统，其目的是为了观察桥梁信息化管理系统在大型桥梁健康监测中的作用；南京长江大桥中的健康监测系统，主要是为了实现对温度、地震、墩位沉降等的监测。这些信息化管理系统的前期投资相对较大，其各个桥梁工程中的应用局域特殊的功能，因此重复性不强，无法在各类桥梁中实现推广。

相比于桥梁监测系统，这种管理系统的功能相对完善与简单，可以在该系统内实现对桥梁主要信息的收集与整合，而对于桥梁工程中所涉及的复杂的检测信息，则该系统只能进行简单的信息保存，无法实现对这些复杂信息的分析与利用。

（二）桥梁信息化管理系统

我国的桥梁管理系统研究和工程实践起步比较晚，开始于20世纪80年代，上海市政工程管理局、交通部公路科学研究院等单位都在借鉴国外经验的基础上，结合各自的需求特点，先后开发了各自的桥梁管理系统。因此国内桥梁管理系统的发展可划分为三个阶段。

而目前移动互联网技术的快速发展，正在改变着桥梁信息化管理系统。桥梁信息管理系统正向着依靠移动互联网技术的电子化人工巡检系统的方向发展，使得巡检的标准化水平和损伤信息处理的效率得到了大幅的提高。

（三）基于BIM的建管养一体化平台

在信息化时代的背景下，BIM技术作为一种新兴的建筑信息管理方式在土建行业已经引起了越来越多的关注。其特点有三点：

（1）有效地提高了检测的效率和精度；

（2）准确地描述出病害位置和特征；

（3）使桥梁养护工作更加便捷、高效、准确。

目前，BIM技术也运用在桥梁管理系统当中，但一般只用于对桥梁构件的编码和跟踪，以及对于结构的3D可视化表达。而相比于结构可视化，协同办公、工程信息标准化、工程信息参数化才是BIM的三大核心功能。近年来，基于BIM的桥梁建管养一体化平台开始迅速发展。

二、桥梁智能检测研究

（一）桥梁智能检测技术

桥梁的外观检测，病害数据繁杂且信息量庞大，而主要是采用人工的方法来进行桥梁技术状态评定分析，不仅工作效率低下，而且其准确性主要依靠检测人员对桥梁病害的认知程度，因此主观因素影响较大，容易造成可靠性不足的弊端。由于现代信息技术的快速发展，可以将此技术运用在桥梁检测当中，形成一种新型的桥梁智能检测技术。为此，目前已研发出的智能检测技术有以下几种：

（1）桥梁/路基竖向位移高精度自动监测技术；

（2）便携式无线智能索力检测技术；

（3）超声螺栓轴力测试技术；

（4）长大桥梁线形快速检测技术；

（5）结构外观病害及变形图像识别技术。

（二）基于无人机的智能检测

1.无人机技术的简介

近年来，航拍、遥感等技术的迅速发展，各式各样的无人机迅速渗透到各行各业，当然桥梁工程也不例外。而在桥梁工程检测中，一般采用的是传统检测方法，是一种耗时费力的人工检测方法，不仅在一些检测项目当中必须采用封道封路的方式才能进行检测，给交通造成不便，而且在一些检测人员不好到达的地方会变得效率低、难度大，还伴随着一定的生命危险。因此应用无人机进行辅助检测，将在很大程度上解决这些难题。而对于不同的领域，对无人机的要求是不相同的。就桥梁检测领域，无人机的硬件有其针对性的应用需求，主要包括飞行器、云台相机、定位、测距、无线图传、电池等6个方面。在整个无人机桥梁检测作业过程中，包括面向用户的桥梁综合三维模型建立、无人机自动巡检航线设置、数据及图像采集、计算机自动化分析、数据统计管理与展示等环节。

2.基于无人机的桥梁裂缝检测

目前，基于无人机的桥梁裂缝检测技术相对成熟，因此对于此方面的研究也是相对较多。其中一种方法是采用无人机和三点激光测距仪对桥梁结构进行图像采集，构建基于支持向量机（SVM）的裂缝形态智能提取训练模型，实现桥梁裂缝宽度的智能识别。具体过程：首先是采用无人机和三点激光测距仪对桥梁结构进行图像采集及处理，然后通过基于MATLAB编制桥梁裂缝图像处理程序得到最大熵阈值分割，再通过基于SVM训练模型的桥梁裂缝形状提取，将最大熵阈值分割后图像输入到SVM模型进行测试判断，消除非裂缝区域。

3.其他智能检测设备

（1）履带式吸盘爬臂机器人：以四轮驱动带动履带，履带上安装上滑动吸盘，滑动吸盘通过离心真空泵在吸盘密封腔内产生负压，最终使机器人附着于桥梁壁面。

（2）智能桥检车：为了提高车辆的操纵性，它配备了４个液压驱动轮，并配有一个自动制动装置，以保证安全。两个电动汽缸（每轴一个）使车轮定向，因此当所有车轮都以相同的角度转动时，车辆可以横向移动。

（3）远距智能检测仪：该仪器建立了各类桥梁基本信息和病害信息数据库，通过图像传感器，把采集的桥梁病害图像信息传入计算机。

三、结 语

现在已经进入到信息化智能化时代，桥梁也应该与时俱进，向着信息化智能化桥梁方向发展，建立和完善桥梁信息化管理系统，便于进行管理和整合桥梁各项数据并加以分析，以便后期桥梁的养护，并且为桥梁智能化打下基础。而为了使桥梁智能化，应加速研究智能检测技术和开发智能检测机器人，从而达到桥梁检测更高效、更安全、更经济的目的。

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作者简介：苑钰林（1996-），男，汉族，重庆人，重庆交通大学硕士研究生，研究方向：桥梁长期性能演化。