城市軌道交通橋隧結構巡檢平臺研究與開發(fā)

楊玉泉 趙曉燕 楊元偉

（1.上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，200092，上海；2.上海市政工程檢測中心有限公司，201114，上海∥第一作者，高級工程師）

近年來，隨著城市軌道交通線路里程數(shù)的不斷增加，城市日益增長的交通大大緩解，方便居民的出行。但是，在基礎建設飛速前進的背后，仍有部分技術、材料、設備以及規(guī)劃等各方面的不足與缺陷，以致使軌道交通事故時有發(fā)生，無論對人民生命安全、精神方面還是對社會財產(chǎn)來說，都造成嚴重的負面影響。從而，提升軌道交通施工及運營安全的意義重大。

在電子信息產(chǎn)業(yè)日益發(fā)達的當今，個人數(shù)字助理（Personal Digital Assistant，簡為PDA）以及智能手機由于具有便攜、操作簡便、通訊快捷等多項優(yōu)點，而在眾多行業(yè)中得到應用，如電力設備巡檢［1］、公路狀況巡檢［2］、野外測量［3］、物流管理等均有PDA的應用實例。物流行業(yè)采用PDA對貨物信息進行鑒別和查詢，并能夠與管理總部進行實時在線聯(lián)系，野外測量中將PDA作為數(shù)據(jù)自動采集終端，減輕工作人員的勞動強度，廠房設備以及電力設備巡檢中，PDA替代并改進了傳統(tǒng)的紙張記錄模式，將現(xiàn)場檢查信息實時記錄，在查詢出異常情況時，根據(jù)事情的嚴重程度，將信息實時傳送到管理中心，以備及時采取措施，避免重大事故的發(fā)生。

軌道交通橋隧結構線路長，全線結構形式除特殊的節(jié)點外較為單一，完全進行在線監(jiān)測既不經(jīng)濟，也不現(xiàn)實，應采用巡檢系統(tǒng)與在線監(jiān)測相結合的方法對全線結構的安全性進行把握，即對全線建立巡檢系統(tǒng)并在線路重要節(jié)點建立在線監(jiān)測系統(tǒng)。針對軌道交通橋隧結構的特點以及其當前的人工巡檢現(xiàn)狀，借鑒其他領域PDA應用的成功經(jīng)驗，設計開發(fā)具有針對性的電子化PDA巡檢系統(tǒng)平臺。

1 軌道交通橋隧結構人工巡檢軟件平臺設計

根據(jù)軌道交通橋隧結構的特點，將整個巡檢平臺劃分為兩大部分，即具有射頻識別功能的巡檢PDA和后臺巡檢管理平臺，各部分的組成及架構如圖1所示。其中巡檢PDA軟件能夠通過對布設于結構上電子標簽的識別，自動地調出相應巡檢點處的巡檢內容，并由巡檢人員現(xiàn)場對病害進行打分評價，繼而由軟件本身對構件進行狀態(tài)初評價。現(xiàn)場巡檢工作完成后的信息存儲于PDA中，巡檢人員根據(jù)PDA給出的評價結果，酌情將信息以USB（通用串行總線）或GPRS（通用分組無線網(wǎng)絡）方式傳送到后臺管理軟件，以備管理人員對信息進行存儲和及時反饋，并采取相應的養(yǎng)護維修措施。

圖1 軌道交通橋隧結構人工巡檢平臺架構

2 人工巡檢PDA軟件的實現(xiàn)

根據(jù)本巡檢系統(tǒng)的功能并兼顧其與其他軟件的方便對接，采用微軟的Visual Studio 2008.Net平臺進行軟件開發(fā)，該平臺支持多種高級程序設計語言，軟件開發(fā)更加便捷，同時，.net平臺中提供有智能設備的開發(fā)框架，簡化開發(fā)過程。本軟件即是以.Net平臺中的VB語言為基礎，在智能設備開發(fā)框架上進行的一系列開發(fā)。

2.1 程序開發(fā)流程

根據(jù)前述軌道交通橋隧結構人工巡檢平臺的架構，擬對現(xiàn)場采集PDA軟件依圖2所示流程分巡檢規(guī)劃、射頻識別、現(xiàn)場巡檢、數(shù)據(jù)存儲、狀態(tài)初評估等5個模塊進行開發(fā)。相應地，各模塊分別實現(xiàn)巡檢工作規(guī)劃、射頻識別、現(xiàn)場巡檢數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)評估以及數(shù)據(jù)存儲等五大主要功能。

2.2 程序中類的劃分

Visual Studio.Net軟件平臺是真正面向對象的編程技術，將對象按照不同的性質進行劃分得到類，同類對象在數(shù)據(jù)和操作性質方面具有公共屬性，增強了程序的健壯性和可復用性。軌道交通橋隧結構包含的節(jié)點較多，橋梁結構中多以鋼筋混凝土或鋼結構簡支梁橋、連續(xù)梁橋為主，少數(shù)節(jié)點較特殊，如上海市軌道交通3號線中的剛構橋、系桿拱橋等，隧道結構則是以盾構形式為主。根據(jù)這些結構的類型特點，在巡檢軟件開發(fā)初始，構建軟件編程中所需相應的類以及各個類包含的子類（見圖3）。考慮程序編制的整體性，將沿線敷設的軌道以及巡檢的基本信息等作為與橋梁、隧道結構并列的類，并同時定義類與子類間的相互關系，以備程序編寫時調用方便。

圖2 程序開發(fā)流程圖

圖3 PDA巡檢軟件中類的劃分

2.3 人工巡檢PDA軟件的功能

為完成基于本系統(tǒng)架構的巡檢工作，將PDA軟件的主要功能歸納為用戶登錄、巡檢工作選取、巡檢工作規(guī)劃、基本信息、現(xiàn)場巡檢、數(shù)據(jù)存儲、構件級的評估以及養(yǎng)護維修決策等8大主要功能。軟件的主要界面如圖4～圖6所示。

圖4 巡檢設置界面

圖5 現(xiàn)場巡檢界面（1）

圖6 現(xiàn)場巡檢界面（2）

（1）用戶登錄：在巡檢開始時，確定巡檢人員，密碼功能嚴禁了非系統(tǒng)內用戶的進入。

（2）巡檢工作選取：該功能是進入本巡檢平臺中其他巡檢工作的窗口，同時亦是其他巡檢工作之間進行切換的中轉站。

（3）巡檢工作規(guī)劃：該功能包含了完成每次巡檢工作的基本信息，即巡檢日期記錄、巡檢天氣、巡檢人員登陸的密碼設置以及巡檢線路的選取等。其中，巡檢線路的選取主要是從軟件中已經(jīng)存儲的現(xiàn)有線路中選取當前需要巡檢的線路。

（4）基本信息：該功能主要由巡檢人員根據(jù)巡檢需求，選取已選中線路上的巡檢區(qū)間，選定后，相應待巡檢結構的基本特性以及巡檢點的布置位置將出現(xiàn)在相應文本框中，以備巡檢人員查看。

（5）現(xiàn)場巡檢：在巡檢工作規(guī)劃設置完成保存之后，由巡檢人員從“工作選取”功能進入到“巡檢”功能，開始現(xiàn)場巡檢工作。此時，巡檢人員首先用射頻識別儀掃描巡檢點處的電子標簽，反饋出巡檢點編號，并調出相應的巡檢內容，由巡檢人員逐一對各巡檢項進行評價。

（6）數(shù)據(jù)存儲：該功能將現(xiàn)場巡檢采集數(shù)據(jù)以及巡檢人員信息等以二進制的形式存儲于PDA中，使本軟件以外的其他軟件不能對數(shù)據(jù)進行任何操作。

（7）構件級別評估：在巡檢人員完成某一測點的各項巡檢內容后，系統(tǒng)將以分值的形式給出該座橋梁構件級別的評估。

（8）數(shù)據(jù)傳輸：該功能主要是由巡檢人員根據(jù)現(xiàn)場情況或者由PDA對采集數(shù)據(jù)作出的判斷，將現(xiàn)場情況通過無線網(wǎng)絡反饋到管理中心。

（9）養(yǎng)護維修決策：在對每座橋梁構件評價完成后，系統(tǒng)將給出相應的養(yǎng)護維修策略，以供巡檢人員參考。

3 結語

根據(jù)軌道交通橋隧結構的運營特點，設計并開發(fā)了具有射頻識別功能的電子化人工巡檢PDA軟件平臺。該平臺以PDA設備為支撐，替代了傳統(tǒng)的紙張式的現(xiàn)場巡檢工作，使巡檢人員的工作更加規(guī)范，減少現(xiàn)場設備的數(shù)量，避免人工錄入數(shù)據(jù)，對軌道交通橋隧結構的巡檢以及日常養(yǎng)護維修工作具有一定的現(xiàn)實意義。

［1］胡春雄，布春明，李海峰.智能巡檢系統(tǒng)在線路運行中的應用［J］.山西電力，2006（135）：29.

［2］陳松林.基于PDA的公路養(yǎng)護巡檢數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研制［J］.電子工程師，2008（8）：68.

［3］楊海明，李春燕.基于Windows Mobile的水準測量記簿系統(tǒng)的設計與開發(fā)［J］.地理信息空間，2010（4）：97.

［4］張琴，孫更新，賓晟.Visual Basic.Net 2008從基礎到項目實踐［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2010.

［5］賀農(nóng)農(nóng).西安地鐵工程施工安全監(jiān)督管理新模式［J］.城市軌道交通研究，2011，14（7）：102.