[智能应用]人机配合，他们为水下桥梁“做体检” [复制链接]

“发现一处裂缝，长度20厘米，距离河床底部约60厘米。”水下，潜水员用急促的呼吸声报告信息。
“好的，收到。请查看左侧50公分处。”河岸边，同伴们紧盯屏幕，一边观察实时传回的画面，一边回应着水下作业的伙伴。
近日，在山东济宁的新兖铁路京杭运河特大桥（以下简称“京杭运河特大桥”），全国唯一潜行于水底的“桥梁医生”团队——中国铁路济南局铁道战备舟桥处桥梁水下检测队（以下简称“桥梁水下检测队”）以人工潜水探查为基础，创新引入水下检测机器人技术，“人机协同”为大桥的水下桥墩进行全面"体检"。
“人机协同”，为大桥检测装上“水下慧眼”
过往，这支被人们称为“水下蛙人”的桥梁水下检测队要身负“铠甲”潜入深水，用指尖的触感为铁路大桥的桥墩“把脉问诊”。今年，守护的力量有了新篇章——潜水队员的身旁多了一位可靠的“新搭档”，即水下检测机器人。
桥梁水下检测队项目总工王蕴泽告诉科技日报记者，这个机器人“身手不凡”，它具备“浮游”与“吸附爬行”能力，能如鱼般巡游、似壁虎般吸附在桥墩上，依托高清摄像头和声呐快速扫描，精准标记异常点位，将检测数据实时反馈，大幅提升检测效率。
说话间，王蕴泽操控水下机器人潜入水中并吸附在桥墩处。他身旁的监测屏上，桥墩处的水草清晰可见。随着机器人快速移动，履带带动滚刷将水草一把除掉。
检测中，机器人发现的一些异常情况需要人工复核。28岁的桥梁水下检测队潜水员高佳旺穿上重达20多公斤的潜水装备，伴着沉闷的呼吸声，翻身下水。河水又急又浑，水下能见度低，高佳旺全靠经验和触觉，一寸寸摸索桥墩表面，判断混凝土的异常情况。
当手指察觉到水下结构微妙的异常变化时，高佳旺立即联系岸上队员对发现的问题进行视频数据记录。与此同时，水下机器人在他身旁，通过高清录像系统和声呐系统再次精准测绘——一套“人机协同”的检测闭环，在这片看不见的深度悄然完成。
“一专多能”，潜水尖兵挑战“多维战场”
与普通潜水不同，桥梁水下检测面对的是一个个独特的“多维战场”。
全国数以万计的公路铁路桥梁分布于不同流域，每条河流的水文环境、能见度、流速、水温千差万别。潜水员每次下潜，都可能遭遇缠绕物、尖锐结构、深水高压以及无法预知的水流变化。这要求潜水员们既要懂得桥梁结构知识、能看懂工程设计图纸，又要会操作水下摄像、RTK测量仪、裂缝测宽仪等专业设备，还要具备初步的水下焊接、切割等应急技能。
为了满足这样的作业要求，桥梁水下检测队队员利用空闲时间自行考取电焊工证、船员证、潜水监督证等，以此确保他们在复杂水下环境中能独立应对各种突发状况。
在浑浊冰冷的水底，潜水员面临的不光是体力挑战，还有心理的极限考验。他们身着的潜水服和头盔，经常会碰撞到河床底裸露的钢筋或堆积的石块，潜水面罩上留下的划痕，正是在艰难环境中作业的直观见证。
“这些装备上的‘岁月勋章’，正是我们超凡心理素质的外化证明。”高佳旺告诉科技日报记者，在能见度为零、充满未知风险的水下，他们必须克服本能恐惧，在绝对孤寂中保持极度冷静，做出关乎桥梁安全的精准判断。
厚重的潜水服无法实现保暖，潜水员浸泡在刺骨的河水中，每作业20分钟就需要换队员下水接续检测。完成作业的高佳旺刚爬上岸，双手已被冻得没有了知觉。他头顶毛巾坐在岸边保暖休整，听到火车从桥上平稳走过的隆隆声，说：“此刻，我觉得，我们的工作非常值得。”
京杭运河特大桥的检测历时两天完成，经过全面检测发现的裂缝情况在正常范围内。但桥梁水下检测队的队员并不能停歇，因为下一个水下桥梁检修任务已在远方的铁道线下等候。
据了解，这支队伍自2016年开始专业进行桥梁水下检测以来，已检测全国400多座铁路桥梁，累计行程超10万公里。

人机协同：为水下桥梁织密“安全防护网”
在水下桥梁检测这个“看不见的战场”，传统人工潜水检测面临着水流湍急、能见度低、效率有限等挑战。如今，“人机协同”模式成为守护桥梁安全的新利器，通过机器人“探路”与人工“复核”的闭环配合，让水下隐患无所遁形。

一、机器人：水下检测的“先遣尖兵”
水下检测机器人具备“浮游”与“吸附爬行”双重模式，可像鱼一样在水中巡游，或如壁虎般吸附在桥墩表面。它搭载高清摄像头和声呐系统，能快速扫描桥墩、桩基等水下结构，精准标记混凝土剥落、裂缝、钢筋锈蚀等异常点位，并将检测数据实时传输至岸上监测屏。此外，机器人还能通过履带带动滚刷清除桥墩表面的水草，为后续检测扫清障碍。

例如，在新兖铁路京杭运河特大桥的检测中，机器人潜入水中后，监测屏上清晰显示出桥墩处的水草分布，随着机器人移动，水草被逐一清除，异常点位也被快速标记。

二、人工：精准判断的“最后防线”
机器人发现的异常情况需要人工复核，潜水员需身着重达20多公斤的潜水装备，在能见度极低的水下，依靠经验和触觉一寸寸摸索桥墩表面，判断混凝土的异常变化。当手指察觉到结构的微妙异常时，潜水员会立即联系岸上队员记录视频数据，同时机器人会再次通过高清录像和声呐系统进行精准测绘，确保检测结果的准确性。

28岁的潜水员高佳旺就是其中一员，他每次下潜持续数小时，在浑浊的河水中全靠触觉“把脉”，一旦发现异常，便与机器人配合完成“探测—复核—处置”的闭环作业。

三、协同闭环：效率与精准的双重提升
“人机协同”模式彻底改变了传统检测方式：

效率翻倍：以前人工排查一处桥墩需要数小时，现在机器人先“探路”，潜水员只需对异常点进行复核，大幅缩短了检测时间；
精准度高：机器人的高清设备和声呐系统能实现毫米级扫描，人工的经验判断则弥补了机器对复杂情况的识别局限，两者结合让检测结果更可靠；
安全保障：机器人承担了水下“危险探路”任务，减少了潜水员在高风险环境中的暴露时间。
从铁路桥梁到跨江大桥，“人机协同”正成为水下检测的主流模式。通过科技与人力的互补，既提升了检测效率，又确保了检测精度，为桥梁安全运行织起了一张“看不见的防护网”。

这是一个典型的水下结构巡检任务指令，具有明确的空间定位与操作指向性。以下是对该指令的专业化解读与执行建议，采用结构化、分阶段、多维度的响应框架，兼顾安全性、技术可行性与作业规范性：
一、空间定位精准解析（三维坐标建模视角）  
指令中包含三组关键空间参数：  
裂缝本体：长20 cm，属微小尺度缺陷，但需警惕其作为应力集中源或渗漏通道的潜在风险；  
垂直基准：“距河床底部60 cm”表明该裂缝位于沉积层上方悬空段（如护岸砌石、混凝土衬砌或天然岩 ledge），而非淤泥覆盖区——意味着可直接目视/声呐探测，但需评估基底稳定性；  
横向偏移：“左侧50 cm处”隐含以潜水员面朝水流方向为基准的方位约定（行业惯例），实际作业中须通过罗盘校准或布设临时基准线，避免因能见度低导致方位误判。

✅ 建议动作：下潜前在水面布设GPS浮标+超短基线（USBL）定位系统，建立局部坐标系；入水后以裂缝为中心点，用伸缩标尺与激光测距仪联合标定“左50 cm”靶区。
二、风险预判与安全冗余设计（超越基础指令的深层考量）  
仅执行“检查”动作存在重大盲区，需主动扩展风险扫描维度：  
裂缝延伸性推演：20 cm裂缝极可能为更大断裂带的露头端，须沿走向双向探查至少2 m，辅以侧扫声呐（SSS）成像验证；  
基底扰动预警：60 cm高程差暗示下方可能存在掏空、管涌或生物洞穴（如河狸巢、虾蛄穴），需用探地雷达（GPR）低频模式穿透检测；  
左侧50 cm的复合意义：该位置或是应力对称点、沉降差异缝、或旧修补界面——应重点排查混凝土碳化深度、钢筋锈胀裂纹、接缝止水带老化等隐蔽病害。

⚠️ 特别提示：若河段流速＞0.8 m/s，须采用负浮力配重+吸盘式固定平台，防止潜水员扰动沉积物引发二次坍塌。
三、多模态检测技术协同方案（从“肉眼观察”升维至数据驱动诊断）  
| 检测目标          | 推荐技术                | 数据输出价值                              |  
|-------------------|-------------------------|------------------------------------------|  
| 裂缝几何参数      | 结构光三维扫描仪        | 亚毫米级长度/宽度/深度/张开度量化模型    |  
| 内部缺陷          | 超声波衍射时差法（TOFD）| 识别未开口的内部微裂纹及分层缺陷         |  
| 材料劣化状态      | 便携式XRF+电化学阻抗谱   | 元素迁移分析（Cl⁻富集）、钢筋腐蚀速率反演 |  
| 周边地质稳定性    | 微震监测传感器阵列       | 实时捕捉微破裂事件，评估临界失稳风险      |  

💡 创新整合：将TOFD探头与LED荧光染料注射模块联动——当超声发现疑似空洞时，自动释放荧光剂，通过水下紫外相机捕获渗流路径，实现“无损探伤+渗漏可视化”双验证。
四、作业流程标准化（ISO 24801-3与GB/T 30612双合规框架）  
1. 前置准备：获取近30日水文报告（重点关注水位变幅率、悬浮物浓度SS值），若SS＞80 mg/L则启动浑水视觉增强系统（如偏振光成像）；  
2. 现场标定：以裂缝中心为原点，用钛合金锚钉+凯夫拉绳设置“十”字基准网，网格精度±1 cm；  
3. 分层检查：  
　　▸ 表层（0–5 cm）：高清摄影+纹理分析AI识别生物附着类型（藤壶/苔藓指示水质）；  
　　▸ 中层（5–30 cm）：磁粉检测（MT）筛查隐蔽金属构件损伤；  
　　▸ 深层（30–80 cm）：钻取芯样（直径2.5 cm）进行SEM-EDS微观形貌分析；  
4. 动态复核：每次检测后，由水面指挥中心调取ROV搭载CTD仪实时数据（温/盐/浊度剖面），排除环境干扰导致的假阳性；  
5. 数字存档：生成BIM轻量化模型，嵌入所有检测数据、时间戳、潜水员生命体征日志，对接水利数字孪生平台。
五、决策支持延伸（从“检查”到“治理”的知识跃迁）  
本次发现不应止步于记录，而需触发智能诊断引擎：  
若裂缝呈雁列式排列 → 指向剪切应力主导，建议增设抗滑桩+土工格栅反压；  
若左侧50 cm处发现碳酸钙析出白华 → 预示地下水渗流酸碱度异常，需启动流域岩溶水文地质建模；  
若TOFD显示裂缝深度＞结构厚度1/3 → 触发《堤防工程隐患应急处置技术导则》Ⅱ级响应，48小时内提交加固方案比选（碳纤维布粘贴 vs. 微膨胀灌浆）。  

🌐 终极价值：将单次潜水数据转化为“河床健康指数（RHI）”动态权重因子，纳入区域水生态韧性评估体系——使每一次下潜，都成为数字河流治理的神经元突触。