浙江水利工程質(zhì)量智慧檢測與監(jiān)管研究

趙 禮，李艷麗，傅國強(qiáng)，張 曄，費(fèi)華飛

（1.浙江省水利水電工程質(zhì)量與安全監(jiān)督管理中心，310012，杭州；2.杭州千家網(wǎng)絡(luò)有限公司，310000，杭州）

水利工程質(zhì)量檢測行業(yè)監(jiān)管主要任務(wù)是通過加強(qiáng)對(duì)在建和已建水利工程質(zhì)量有效管理，減少水利工程質(zhì)量事故，保證水利工程質(zhì)量目標(biāo)。物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代出現(xiàn)了水利工程質(zhì)量智慧檢測概念，旨在提高檢測資源利用率和檢測效率，同時(shí)對(duì)水利工程質(zhì)量檢測行業(yè)監(jiān)管產(chǎn)生影響。目前國內(nèi)外水利工程質(zhì)量檢測信息化也取得了一定研究成果，建設(shè)了水利工程管理云平臺(tái)、水利工程試驗(yàn)檢測信息管理系統(tǒng)、水工混凝土結(jié)構(gòu)智能化系統(tǒng)、碾壓混凝土大壩施工仿真新方法、面板堆石壩工程壓實(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)、基于云/霧計(jì)算的水利工程安全系統(tǒng)等。浙江省水利水電工程質(zhì)量與安全監(jiān)督管理中心在國內(nèi)率先將物聯(lián)網(wǎng)與水利工程質(zhì)量檢測相結(jié)合，以期實(shí)現(xiàn)省級(jí)區(qū)域水利工程質(zhì)量智慧檢測并推動(dòng)檢測行業(yè)監(jiān)管的變革。

一、浙江水利工程質(zhì)量智慧檢測的提出

1.目的

以物聯(lián)網(wǎng)為核心,通過各種感知和識(shí)別技術(shù)以及智能檢測設(shè)備,對(duì)浙江省水利工程五大類檢測樣品采集、檢測流程監(jiān)控和樣品參數(shù)檢測，通過無線和有線網(wǎng)絡(luò)將獲取的檢測相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，采用云計(jì)算技術(shù)和大數(shù)據(jù)算法對(duì)檢測資源和檢測相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，檢測過程中所有檢測樣品、檢測相關(guān)單位及人員、檢測設(shè)備、計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)連接在一起，從而實(shí)現(xiàn)浙江省水利工程質(zhì)量檢測樣品、檢測資源、檢測相關(guān)數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)設(shè)備的智能化識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控，以及檢測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析和工程質(zhì)量決策。

2.架構(gòu)

（1）感知控制層

本層可實(shí)現(xiàn)浙江省水利工程五大類檢測樣品標(biāo)識(shí)、位置信息和檢測相關(guān)數(shù)據(jù)的獲取，包括樣品現(xiàn)場采樣和委托，室內(nèi)和現(xiàn)場條件下樣品參數(shù)檢測和標(biāo)準(zhǔn)檢測報(bào)告生成，以及檢測人員行為監(jiān)控等。采用的感知和識(shí)別技術(shù)包括：樣品參數(shù)檢測技術(shù)、樣品追溯和防偽技術(shù)、采樣人員圖像識(shí)別技術(shù)、檢測設(shè)備AR識(shí)別技術(shù)、檢測人員行為監(jiān)控技術(shù)。

（2）數(shù)據(jù)傳輸層

綜合利用短距離無線通信技術(shù)、有線傳輸技術(shù)、遠(yuǎn)距離無線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)感知控制層產(chǎn)生的水利工程檢測相關(guān)數(shù)據(jù)的匯聚并實(shí)時(shí)傳輸至數(shù)據(jù)中心。如將接入標(biāo)準(zhǔn)接口的回彈儀設(shè)備檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行藍(lán)牙無線傳輸；對(duì)室內(nèi)混凝土樣品參數(shù)檢測數(shù)據(jù)和檢測報(bào)告進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)傳輸。

（3）數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)組織和管理層

圖1浙江省水利工程質(zhì)量智慧檢測管理系統(tǒng)功能構(gòu)架

由于浙江省水利工程質(zhì)量檢測資源和檢測相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、類型繁多，所以數(shù)據(jù)管理和存儲(chǔ)是智慧檢測架構(gòu)的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。本層基于云計(jì)算技術(shù)構(gòu)建了云數(shù)據(jù)中心和云存儲(chǔ)中心，用于存放各種檢測相關(guān)數(shù)據(jù)，如基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（檢測相關(guān)單位和資質(zhì)，檢測相關(guān)人員及資質(zhì)，檢測設(shè)備信息等）、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（檢測數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)和工作流數(shù)據(jù)等）。

（4）應(yīng)用決策層

包括大數(shù)據(jù)算法和云服務(wù)中心，其中大數(shù)據(jù)算法用于對(duì)混凝土類、巖土類、金屬結(jié)構(gòu)類、量測類和機(jī)械類等五大類樣品參數(shù)實(shí)時(shí)和歷史檢測數(shù)據(jù)的高性能計(jì)算、分析、挖掘，準(zhǔn)確判斷水利工程質(zhì)量狀況和變化趨勢，為實(shí)時(shí)決策提供服務(wù)。大數(shù)據(jù)算法包括并行算法和多維數(shù)據(jù)分析等，可以分別從監(jiān)督權(quán)屬、檢測單位、工程統(tǒng)計(jì)、工程分項(xiàng)統(tǒng)計(jì)的不同節(jié)點(diǎn)和角度進(jìn)行多維統(tǒng)計(jì)分析。

云服務(wù)中心集成檢測相關(guān)數(shù)據(jù)報(bào)表和數(shù)據(jù)分析的各種結(jié)果，采用技術(shù)包括數(shù)據(jù)可視化技術(shù)、面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA）和服務(wù)中間件技術(shù)，可直觀顯示各種數(shù)據(jù)分析結(jié)果（如直方圖、餅狀圖、折線圖和燃盡圖等），能有效地為水利工程質(zhì)量宏觀決策提供依據(jù)，完成水利工程質(zhì)量危急事件的預(yù)警、態(tài)勢分析、應(yīng)急聯(lián)動(dòng)等任務(wù)。

二、浙江省水利工程質(zhì)量智慧檢測管理系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用

1.系統(tǒng)建設(shè)

系統(tǒng)功能構(gòu)架見圖1，由4個(gè)子系統(tǒng)組成，樣品（施工）和樣品（監(jiān)理或法人）采集系統(tǒng)可為施工單位、監(jiān)理單位（項(xiàng)目法人）提供樣品委托、樣品臺(tái)賬和委托報(bào)告查詢服務(wù)，參數(shù)檢測系統(tǒng)為檢測單位提供樣品任務(wù)流轉(zhuǎn)、參數(shù)檢測、檢測報(bào)告查詢以及物聯(lián)設(shè)備查詢服務(wù)，檢測監(jiān)督系統(tǒng)為監(jiān)督單位提供檢測單位和人員管理、在線物聯(lián)設(shè)備管理、檢測過程視頻監(jiān)控、樣品及樣品追溯管理、檢測報(bào)告管理和檢測數(shù)據(jù)多維分析服務(wù)等。

2.系統(tǒng)應(yīng)用

截至2020年4月，系統(tǒng)對(duì)浙江省水利工程質(zhì)量檢測資源和檢測相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)一管理，大量檢測設(shè)備與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了智能物聯(lián)，編制了五大類樣品參數(shù)檢測報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)化模板，共收集浙江省各地區(qū)241 065份質(zhì)量檢測報(bào)告。隨著智慧檢測和管理系統(tǒng)的不斷推廣和完善，檢測資源和檢測相關(guān)數(shù)據(jù)將逐漸增長，形成水利工程質(zhì)量檢測大數(shù)據(jù)，進(jìn)一步為浙江省水利工程質(zhì)量評(píng)價(jià)和宏觀決策提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

三、基于智慧檢測的浙江省水利工程質(zhì)量檢測行業(yè)監(jiān)管體系

1.監(jiān)管模型的提出

結(jié)合水利工程質(zhì)量智慧檢測架構(gòu)建立智慧檢測行業(yè)監(jiān)管模型，見圖2。模型由感知控制層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)組織和管理層以及應(yīng)用決策層組成，自下而上推動(dòng)智慧檢測行業(yè)監(jiān)管特征、模式和職能轉(zhuǎn)變，提高監(jiān)管效率和降低監(jiān)管成本。智慧檢測行業(yè)監(jiān)管優(yōu)勢體現(xiàn)在：①感知控制做基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)傳輸做保障、云計(jì)算技術(shù)和大數(shù)據(jù)算法做大腦；②相關(guān)檢測數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)及時(shí)采集與傳輸、智能處理與應(yīng)用；③提供檢測業(yè)務(wù)精確和流程管理；④實(shí)現(xiàn)檢測過程的協(xié)作、透明和高效。

2.監(jiān)管內(nèi)容的統(tǒng)一和共享

（1）對(duì)檢測樣品的監(jiān)管

在浙江省水利工程質(zhì)量智慧檢測過程中，每個(gè)樣品都會(huì)有一個(gè)唯一的監(jiān)督識(shí)別碼和芯片編號(hào)ID，而這些編碼信息會(huì)被RFID閱讀器或手機(jī)端識(shí)別，并自動(dòng)匹配卡片編號(hào)，保證了樣品的追溯和防偽。智慧檢測為樣品與樣品的交互提供通用的標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)，可對(duì)樣品采樣、委托和檢測整個(gè)流程進(jìn)行監(jiān)管，可以方便、快捷、實(shí)時(shí)地獲取關(guān)于樣品的各種動(dòng)態(tài)變更信息，實(shí)現(xiàn)了對(duì)樣品流程的動(dòng)態(tài)監(jiān)控。

（2）對(duì)檢測資源的監(jiān)管

智慧檢測行業(yè)監(jiān)管整合了浙江省水利工程質(zhì)量檢測相關(guān)人員及資質(zhì)、檢測相關(guān)單位及資質(zhì)、異構(gòu)檢測設(shè)備等各種檢測資源，高效統(tǒng)一地管理檢測資源，增強(qiáng)檢測資源的應(yīng)用服務(wù)能力，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)與共享并達(dá)到智慧狀態(tài)，提高檢測資源利用率。智慧檢測所提供的互動(dòng)模式有利于培養(yǎng)人員的合作性、協(xié)調(diào)性和積極性，降低了人員在檢測過程中出現(xiàn)工作失誤的概率，優(yōu)化了浙江省各地區(qū)檢測人力資源，提高人員的檢測效率。

圖2浙江省水利工程質(zhì)量智慧檢測行業(yè)監(jiān)管模型

（3）檢測相關(guān)數(shù)據(jù)的整合與共享

智慧檢測行業(yè)監(jiān)管是解決浙江省水利工程質(zhì)量檢測相關(guān)數(shù)據(jù)共享受阻和檢測報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問題的有效途徑，利用智慧檢測的感知和識(shí)別技術(shù)以及云計(jì)算技術(shù)的數(shù)據(jù)整合作用，搭建了統(tǒng)一的檢測和管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了檢測報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)化，解決數(shù)據(jù)冗余的問題，有效地對(duì)檢測相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行共享，實(shí)現(xiàn)了浙江省各地區(qū)各單位的水利工程質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)整合，消除“信息孤島”，為檢測各相關(guān)單位之間的有效協(xié)作提供條件。

3.監(jiān)管特征的轉(zhuǎn)變

（1）監(jiān)管智能化

智慧檢測使浙江省水利工程質(zhì)量檢測行業(yè)監(jiān)管走向智能，實(shí)現(xiàn)了智能化監(jiān)控和管理，通過云計(jì)算、大數(shù)據(jù)算法和可視化等智能計(jì)算技術(shù)，對(duì)海量檢測資源和檢測相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、分析、處理和顯示。智慧檢測行業(yè)監(jiān)管始終處于智能化的樣品參數(shù)檢測數(shù)據(jù)采集—數(shù)據(jù)分析—質(zhì)量決策—決策反饋的動(dòng)態(tài)循環(huán)模式之中。

（2）監(jiān)管虛擬化

智慧檢測行業(yè)監(jiān)管將浙江省水利工程質(zhì)量檢測過程中的檢測資源和檢測相關(guān)數(shù)據(jù)加以抽象并呈現(xiàn)，打破了各種檢測資源之間的壁壘，保證智慧檢測行業(yè)監(jiān)管以優(yōu)化的方式來應(yīng)用這些檢測資源和檢測相關(guān)數(shù)據(jù)。

（3）監(jiān)管互動(dòng)化

通過水利工程質(zhì)量智慧檢測行業(yè)監(jiān)管，建立檢測樣品、相關(guān)單位以及人員的網(wǎng)狀系統(tǒng)，達(dá)到檢測樣品、單位以及人員之間溝通和交流，可以及時(shí)了解各單位需求，增強(qiáng)了各單位之間的檢測業(yè)務(wù)協(xié)作性。

（4）監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)化

在智慧檢測監(jiān)管過程中，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一是實(shí)現(xiàn)各單位檢測數(shù)據(jù)交互和業(yè)務(wù)協(xié)作的基礎(chǔ)，浙江省水利工程質(zhì)量智慧檢測需要統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，包括業(yè)務(wù)流程標(biāo)準(zhǔn)、檢測數(shù)據(jù)和報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和交換標(biāo)準(zhǔn)、接口標(biāo)準(zhǔn)、安全標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)等。

4.監(jiān)管模式的轉(zhuǎn)變

智慧檢測推動(dòng)浙江省水利工程質(zhì)量檢測行業(yè)監(jiān)管模式實(shí)現(xiàn)了幾個(gè)轉(zhuǎn)變：把檢測結(jié)果靜態(tài)監(jiān)管，轉(zhuǎn)變?yōu)闄z測流程動(dòng)態(tài)監(jiān)管；把檢測資源的分享性狀態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)闄z測資源的共享和整合狀態(tài)；把檢測資源分散的低效監(jiān)管，轉(zhuǎn)變?yōu)闄z測資源集中的高效監(jiān)管。

5.監(jiān)管職能的轉(zhuǎn)變

智慧檢測行業(yè)監(jiān)管可將浙江省水利工程質(zhì)量檢測進(jìn)行提前分析和布局，避免出現(xiàn)質(zhì)量問題后再監(jiān)管。智慧檢測行業(yè)監(jiān)管為施工單位、監(jiān)理單位（項(xiàng)目法人）、檢測單位和監(jiān)管單位實(shí)時(shí)參與檢測過程提供了途徑。智慧檢測行業(yè)監(jiān)管職能從管控變?yōu)閰f(xié)調(diào)，協(xié)調(diào)各單位之間的關(guān)系，規(guī)范檢測行為，使檢測行業(yè)監(jiān)管更加高效，提升了各單位在行業(yè)內(nèi)的影響力和認(rèn)可度。

四、結(jié) 語

智慧檢測推動(dòng)了浙江省水利工程質(zhì)量檢測行業(yè)監(jiān)管發(fā)生變革，形成了智慧檢測行業(yè)監(jiān)管體系，使浙江省水利工程質(zhì)量檢測業(yè)務(wù)模式由分散走向集中。智慧檢測和檢測行業(yè)監(jiān)管在實(shí)踐過程中有效解決了浙江省水利工程質(zhì)量檢測和檢測行業(yè)監(jiān)管存在的問題，保證了浙江省水利工程高質(zhì)量建設(shè)。 ■