公路數(shù)字養(yǎng)護(hù)管控成套技術(shù)及平臺(tái)研究應(yīng)用

摘要：文章通過(guò)分析公路養(yǎng)護(hù)行業(yè)現(xiàn)狀存在的問(wèn)題，針對(duì)行業(yè)痛點(diǎn)并結(jié)合施工實(shí)際情況提出了“改造現(xiàn)有設(shè)施設(shè)備以增加數(shù)字化能力+引入新的數(shù)字化設(shè)備+研發(fā)數(shù)字化管養(yǎng)系統(tǒng)”多管齊下的思路，通過(guò)搭建智能化的巡檢體系、社會(huì)化的參與體系、超視距的預(yù)警體系、可視化的管控體系、數(shù)據(jù)化的分析體系，全力打造集數(shù)字化采集、全景化感知、科學(xué)化決策于一體的公路數(shù)字養(yǎng)護(hù)新模式。經(jīng)實(shí)踐應(yīng)用，該平臺(tái)起到了公路巡檢降本增效、施工現(xiàn)場(chǎng)安全及監(jiān)管可控、輔助公路養(yǎng)護(hù)科學(xué)決策等效果，具有一定推廣應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：公路養(yǎng)護(hù)；智慧錐桶；智能巡檢；智能安全帽；現(xiàn)場(chǎng)管控

中圖分類號(hào)：U491.2? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-4874（2024）04-0203-03

0 引言

隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)政策的引導(dǎo)及發(fā)展，公路里程持續(xù)增加，公路網(wǎng)不斷完善，逐漸從密集建設(shè)期轉(zhuǎn)向養(yǎng)護(hù)高峰期。跟其他發(fā)展成熟的行業(yè)相比，當(dāng)前公路養(yǎng)護(hù)大體上仍處于較低發(fā)展水平，養(yǎng)護(hù)模式傳統(tǒng)、管理效率低、科學(xué)決策能力不足。為解決公路管養(yǎng)諸多環(huán)節(jié)中的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)相關(guān)學(xué)者展開(kāi)了一系列研究。唐巧玲［1］通過(guò)建立基于移動(dòng)終端的城市快速路巡檢養(yǎng)護(hù)信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)日常巡檢管理。劉昌新［2］通過(guò)設(shè)計(jì)高速公路養(yǎng)護(hù)監(jiān)控管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)護(hù)施工及公路運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)監(jiān)控。李春明等［3］通過(guò)建立基于微信小程序的公路橋梁巡查數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)橋梁巡查的全面性、標(biāo)準(zhǔn)化和信息化。車(chē)德福等［4］設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了一套基于GIS實(shí)現(xiàn)道路信息采集車(chē)和移動(dòng)端APP采集數(shù)據(jù)的公路養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)，提高了公路養(yǎng)護(hù)管理工作的效率。王杰［5］通過(guò)對(duì)夜間養(yǎng)護(hù)作業(yè)區(qū)行車(chē)風(fēng)險(xiǎn)影響因素、交通流特性和交通沖突研究結(jié)果，提出了適用于夜間的高速公路養(yǎng)護(hù)作業(yè)區(qū)的安全管控措施。

上述學(xué)者針對(duì)公路養(yǎng)護(hù)管理各環(huán)節(jié)中某一方面的問(wèn)題進(jìn)行闡述及分析，研究及應(yīng)用取得了一些效果，但未形成公路巡檢、施工安全、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管、養(yǎng)護(hù)決策等全過(guò)程的成套數(shù)字化養(yǎng)護(hù)管控技術(shù)及平臺(tái)，而是更偏向于專業(yè)化養(yǎng)護(hù)未注重社會(huì)化參與。因此，進(jìn)一步研究應(yīng)用新一代信息技術(shù)的集成與應(yīng)用，提升公路數(shù)字養(yǎng)護(hù)管控水平，具有重要價(jià)值意義。

1 現(xiàn)狀分析

以廣西為例，公路養(yǎng)護(hù)行業(yè)普遍存在幾個(gè)問(wèn)題：（1）公路巡檢仍廣泛依賴人工巡查，存在工作負(fù)荷大、效率低、效果差、風(fēng)險(xiǎn)高等問(wèn)題；（2）公路養(yǎng)護(hù)涉及占道施工，通常使用錐桶圍起來(lái)作為一個(gè)施工區(qū)域，經(jīng)常發(fā)生車(chē)輛沖撞施工區(qū)域，存在交通安全事故問(wèn)題；（3）公路養(yǎng)護(hù)施工點(diǎn)遠(yuǎn)離鬧市，同時(shí)具有機(jī)動(dòng)性臨時(shí)性，管理人員與施工人員溝通不順暢，無(wú)法實(shí)時(shí)掌控調(diào)度，存在施工現(xiàn)場(chǎng)難以管理的問(wèn)題；（4）不同于新建道路集中施工，養(yǎng)護(hù)施工點(diǎn)分散各地，項(xiàng)目管理人員經(jīng)常奔跑各地檢查，差旅費(fèi)用長(zhǎng)期居高不下；（5）公路養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目涉及到的工程量清單細(xì)目多且雜，施工完畢之后存在施工單位自檢、勞務(wù)人員收方、業(yè)主收方等多方多步的重復(fù)計(jì)量收方工作；（6）截至2022年末廣西全區(qū)公路總里程達(dá)到160 600 km，數(shù)量龐大且點(diǎn)多線長(zhǎng)，單純依靠養(yǎng)護(hù)人員無(wú)法應(yīng)對(duì)海量的公路養(yǎng)護(hù)管理需求。

2 解決思路

針對(duì)公路養(yǎng)護(hù)管理各環(huán)節(jié)存在效率低、風(fēng)險(xiǎn)高、監(jiān)管困難、成本高、重復(fù)收方等問(wèn)題，結(jié)合公路養(yǎng)護(hù)施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施設(shè)備情況，本文通過(guò)采取改造+引入+研發(fā)成套技術(shù)及數(shù)字化系統(tǒng)的解決思路，形成一整套公路數(shù)字養(yǎng)護(hù)管控技術(shù)及平臺(tái)，為公路養(yǎng)護(hù)嵌入科技元素，提升施工現(xiàn)場(chǎng)的管理水平，節(jié)約社會(huì)資源，改善交通和安全生產(chǎn)狀況。

3 設(shè)計(jì)方案

3.1 方案概述

本方案融合應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、4G/5G、北斗定位、人工智能、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，改造、引入及研發(fā)應(yīng)用集高精定位、智能感知、安全監(jiān)控等服務(wù)功能于一體的智能化設(shè)備，并將這些設(shè)備集成起來(lái)，建立一個(gè)涵蓋公路巡檢、施工安全、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管、科學(xué)決策等全過(guò)程高效精準(zhǔn)的公路數(shù)字養(yǎng)護(hù)管控平臺(tái)。平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層和決策層組成。如下頁(yè)圖1所示，感知層中智慧錐桶、智能安全帽、智能巡檢車(chē)、固定翼無(wú)人機(jī)、手機(jī)微信小程序等產(chǎn)生的音視頻、圖片等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)以及位置信息、設(shè)備狀態(tài)等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)層建立設(shè)備間多節(jié)點(diǎn)NB-IOT自組網(wǎng)或WIFI自組網(wǎng)的邊緣物聯(lián)網(wǎng)匯聚數(shù)據(jù)后，借助DTU-4G/5G傳給數(shù)據(jù)層。對(duì)于實(shí)時(shí)性要求高的數(shù)據(jù)則存入數(shù)據(jù)中心關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)及文件存儲(chǔ)服務(wù)器，非實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)暫存分布式緩存服務(wù)器，基于廣西北部灣投資集團(tuán)有限公司自主研發(fā)“北投云”提供的計(jì)算集群云算力服務(wù)和數(shù)據(jù)流引擎，并利用容器化云及數(shù)據(jù)中臺(tái)基礎(chǔ)服務(wù)組件，將公路養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)全部上云，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)數(shù)字化。數(shù)據(jù)中心和計(jì)算集群對(duì)公路養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度加工挖掘和關(guān)聯(lián)性分析，通過(guò)統(tǒng)一數(shù)據(jù)服務(wù)網(wǎng)關(guān)以REST、SDK接口等方式為應(yīng)用層提供數(shù)據(jù)服務(wù)，可用于導(dǎo)航施工提醒、施工監(jiān)控及檢查、公路病害識(shí)別、違章作業(yè)識(shí)別、可視化計(jì)量收方、公路險(xiǎn)情上報(bào)。在決策層利用人工智能和大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)智能決策、指揮調(diào)度、綜合管控、評(píng)估考核等。

3.2 改造錐桶增加超視距的預(yù)警能力

錐桶是公路養(yǎng)護(hù)施工現(xiàn)場(chǎng)中必不可少的設(shè)施，但傳統(tǒng)錐桶只有隔離施工區(qū)域和近距離警戒作用。當(dāng)司機(jī)以120 km/h高速行駛時(shí)，受限于人眼視野局限，開(kāi)到施工點(diǎn)前才發(fā)現(xiàn)當(dāng)前車(chē)道被錐桶封鎖的情形下，可能會(huì)闖入施工區(qū)域造成現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)人員及司乘人員傷亡交通事故。通過(guò)將4G/5G通信、物聯(lián)網(wǎng)、北斗定位等技術(shù)集成在錐桶上，在施工現(xiàn)場(chǎng)擺放智慧錐桶之后，借助北斗定位把當(dāng)前施工點(diǎn)經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，通過(guò)4G/5G傳輸至云端物聯(lián)網(wǎng)中臺(tái)，物聯(lián)網(wǎng)中臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以及位置匹配后同步到高德等主流導(dǎo)航地圖，在地圖上生成施工事件，給施工點(diǎn)過(guò)往司乘提供行前規(guī)劃和行中提醒，引導(dǎo)出行公眾合理規(guī)劃路線，提前超視距告知前方占道施工，減少交通事故發(fā)送的幾率，如圖2所示。

3.3 改造安全帽增加移動(dòng)可視化現(xiàn)場(chǎng)管控能力

公路一般遠(yuǎn)離鬧市，養(yǎng)護(hù)施工環(huán)境復(fù)雜多變且機(jī)動(dòng)臨時(shí)，在施工過(guò)程中會(huì)存在各種各樣的難題，管理人員無(wú)法及時(shí)跟現(xiàn)場(chǎng)施工人員溝通可能造成工期延長(zhǎng)，甚至因缺少監(jiān)管導(dǎo)致違章作業(yè)出現(xiàn)傷亡事故。安全帽作為施工場(chǎng)地三寶之一，是使用率最高的安全防護(hù)工具，如圖3所示，通過(guò)在安全帽集成攝像頭、4G/5G通信、北斗定位、物聯(lián)傳感器等模塊，實(shí)現(xiàn)音視頻通話、人員定位等功能，支撐現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)遠(yuǎn)程指導(dǎo)、安全質(zhì)量檢查、計(jì)量收方等，提升公路養(yǎng)護(hù)行業(yè)現(xiàn)場(chǎng)管控能力。

3.4 改造巡檢車(chē)增加公路病害人工智能識(shí)別能力

一條公路的通暢與健康需要養(yǎng)護(hù)人員通過(guò)日常的巡檢和維修保養(yǎng)，如果還是常規(guī)“肉眼觀察、下車(chē)拍照、事后上傳”的人工巡檢，不僅成本高、安全隱患大、效率低，而且還受多方面因素影響如道路條件、自然天氣等，難以提升公路管養(yǎng)效率和效益。通過(guò)將4G/5G通信、北斗定位、AI病害算法倉(cāng)等技術(shù)集成在現(xiàn)有巡檢車(chē)，自動(dòng)識(shí)別路面主要病害，快速獲取平整度、跳車(chē)等專業(yè)路面指數(shù)，為公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)決策提供數(shù)據(jù)支撐。

3.5 引入固定翼無(wú)人機(jī)用于自動(dòng)化公路巡檢

智能巡檢車(chē)雖然解決了人工巡檢的弊端，但某些情況下如邊坡塌方、地震災(zāi)害等原因?qū)е碌缆吠ㄐ兄袛鄷r(shí)無(wú)法正常巡檢，需要借助其他巡檢設(shè)備補(bǔ)充完善巡檢場(chǎng)景。小型四旋翼無(wú)人機(jī)雖然也用于巡檢，但存在無(wú)法遠(yuǎn)程操控、依賴飛手、續(xù)航時(shí)間短、作業(yè)范圍小、飛行速度慢的問(wèn)題，基于5G+自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)+固定翼無(wú)人機(jī)的自動(dòng)化公路巡檢模式解決了這些矛盾。通過(guò)低時(shí)延高速率的5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)超視距調(diào)度與控制，解決無(wú)人機(jī)作業(yè)范圍受限問(wèn)題；自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)具備自動(dòng)起降、換電等功能，解決續(xù)航時(shí)間短及飛手依賴問(wèn)題，如圖4所示。

3.6 引入太陽(yáng)能攝像頭完善全場(chǎng)景可視化現(xiàn)場(chǎng)管控

智能安全帽監(jiān)控有自身局限性，由于佩戴在施工人員頭上，畫(huà)面晃動(dòng)，視野高度不佳，無(wú)法全面監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)角度。傳統(tǒng)有線監(jiān)控在戶外場(chǎng)景下取電取網(wǎng)困難，挖溝布線人工成本高周期長(zhǎng)，基于4G+太陽(yáng)能+攝像頭組合的方式，打破地域限制無(wú)需拉網(wǎng)布線，結(jié)合攝像頭云臺(tái)控制和變倍變焦功能，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)全局全景可視化監(jiān)控，有效彌補(bǔ)智能安全帽移動(dòng)監(jiān)控死角問(wèn)題。

3.7 研發(fā)公路險(xiǎn)情上報(bào)小程序構(gòu)建公路養(yǎng)護(hù)社會(huì)化的參與體系

動(dòng)員沿線公眾參與護(hù)路愛(ài)路，通過(guò)研發(fā)公路險(xiǎn)情上報(bào)小程序，構(gòu)建社會(huì)化的參與體系。公眾發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情后，使用微信小程序上傳圖片及填寫(xiě)信息，提交后系統(tǒng)發(fā)送短信提醒，項(xiàng)目管理人員確認(rèn)險(xiǎn)情信息后到項(xiàng)目負(fù)責(zé)人進(jìn)行審核，系統(tǒng)根據(jù)交通影響程度，影響較大時(shí)短信通知項(xiàng)目業(yè)主以及公司分管領(lǐng)導(dǎo)，隨后轉(zhuǎn)到施工人員處置險(xiǎn)情，處置完成后通知上報(bào)者。其流程如圖5所示。

4 實(shí)踐應(yīng)用

本文研究的成套技術(shù)及平臺(tái)已在廣西全區(qū)范圍內(nèi)的高速公路、國(guó)省道及農(nóng)村公路養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目進(jìn)行推廣應(yīng)用，服務(wù)于廣大公路養(yǎng)護(hù)巡路人員、公路沿線居民、公路養(yǎng)護(hù)作業(yè)人員、公路過(guò)往司乘、公路養(yǎng)護(hù)管理人員、公路養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)及公路管理業(yè)主。

4.1 公路巡檢降本增效

傳統(tǒng)人工巡檢一般每天十幾公里，使用智能巡檢車(chē)替換公路養(yǎng)護(hù)巡路人員后，每日可巡查數(shù)百公里，無(wú)須人工下車(chē)，保障人員巡檢過(guò)程中的安全；無(wú)須手工記錄自動(dòng)識(shí)別坑槽、裂縫、車(chē)道垃圾等，經(jīng)測(cè)算每公里投入成本降低50%～70%，效率提升2～3倍，起到降本增效的作用。特殊情況下，使用固定翼無(wú)人機(jī)可完成道路坑洼異物、輔助設(shè)施排查等例行巡檢，也可用于極端環(huán)境下如道路中斷、交通擁堵等應(yīng)急巡檢，巡視全程可按航線規(guī)劃自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)道路，無(wú)須進(jìn)行人工干預(yù)。

除了公路養(yǎng)護(hù)巡路人員定期巡檢，還可以在管養(yǎng)路段投放小程序二維碼，當(dāng)公路沿線居民發(fā)現(xiàn)有邊坡塌方影響交通安全時(shí)，使用微信通過(guò)小程序自動(dòng)獲取險(xiǎn)情位置，填寫(xiě)信息并上傳圖片反饋路況，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)送短信提醒公路養(yǎng)護(hù)巡路人員，即能解決公路養(yǎng)護(hù)點(diǎn)多線長(zhǎng)數(shù)量多的難題。

4.2 施工現(xiàn)場(chǎng)安全及監(jiān)管可控

針對(duì)車(chē)輛闖入施工區(qū)域帶來(lái)的安全隱患問(wèn)題，公路養(yǎng)護(hù)作業(yè)人員擺放智慧錐桶后，智慧錐桶自動(dòng)采集占道施工信息上傳同步至導(dǎo)航地圖，方便公路過(guò)往司乘了解路況，從而通過(guò)導(dǎo)航引導(dǎo)車(chē)主提前躲避施工路段或減速慢行，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離提前預(yù)警，不僅能保障公路養(yǎng)護(hù)作業(yè)人員安全，也讓司機(jī)出行更加安全。

同時(shí)，在施工區(qū)域，公路養(yǎng)護(hù)作業(yè)人員佩戴智能安全帽后，公路養(yǎng)護(hù)管理人員能夠?qū)崟r(shí)查看施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和作業(yè)情況。施工周期較長(zhǎng)的作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)加裝太陽(yáng)能攝像頭，可有效彌補(bǔ)智能安全帽監(jiān)控視野小、晃動(dòng)大的問(wèn)題，更全面掌控現(xiàn)場(chǎng)施工情況。得益于智能安全帽和太陽(yáng)能攝像頭音視頻能力，公路養(yǎng)護(hù)管理人員和公路管理業(yè)主能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程可視化檢查和計(jì)量收方，減少出差次數(shù)，節(jié)省路費(fèi)、油費(fèi)和人員成本。以計(jì)量收方為例，施工單位、勞務(wù)隊(duì)伍和業(yè)主單位，只需要一個(gè)單位在現(xiàn)場(chǎng)，減少成本1～2倍，助力企業(yè)降本增效。

4.3 養(yǎng)護(hù)科學(xué)決策

借助指揮中心駕駛艙，通過(guò)整合公路地理信息、管養(yǎng)系統(tǒng)信息、智能化設(shè)備動(dòng)態(tài)信息，結(jié)合視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)挖掘和分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中展示、快速響應(yīng)、及時(shí)研判、統(tǒng)一指揮，輔助公路養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)分析各類經(jīng)營(yíng)指標(biāo)進(jìn)行科學(xué)養(yǎng)護(hù)決策。

4.4 應(yīng)用結(jié)果價(jià)值高

通過(guò)大量實(shí)踐應(yīng)用，結(jié)果表明，智能巡檢車(chē)、固定翼無(wú)人機(jī)、險(xiǎn)情上報(bào)小程序、智慧錐桶、智能安全帽、太陽(yáng)能攝像頭等技術(shù)手段在公路養(yǎng)護(hù)全過(guò)程中具有重要的應(yīng)用價(jià)值和潛力，公路數(shù)字養(yǎng)護(hù)管控成套技術(shù)及平臺(tái)的落地應(yīng)用，促進(jìn)了公路養(yǎng)護(hù)行業(yè)信息化、精細(xì)化和智能化進(jìn)程，推動(dòng)了公路養(yǎng)護(hù)模式創(chuàng)新，提高了施工過(guò)程中的安全性，降低了人工成本，為公路數(shù)字養(yǎng)護(hù)做了良好的探索和示范。

5 結(jié)語(yǔ)

5G、人工智能、北斗定位等新一代信息技術(shù)在國(guó)家新基建政策的激勵(lì)和驅(qū)動(dòng)下，以肉眼可見(jiàn)的速度滲透、顛覆及變革交通、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等各行各業(yè)。本文通過(guò)研究應(yīng)用成套公路數(shù)字養(yǎng)護(hù)管控技術(shù)及平臺(tái)，與公路養(yǎng)護(hù)施工業(yè)務(wù)深度融合，為公路養(yǎng)護(hù)管理信息化智能化提供可借鑒的思路和方案。然而，當(dāng)前由于部分國(guó)省道及農(nóng)村公路4G/5G信號(hào)覆蓋問(wèn)題，可視化監(jiān)控受到一定影響，需要進(jìn)一步優(yōu)化，未來(lái)在偏遠(yuǎn)山區(qū)及隧道采用4G/5G/衛(wèi)星融合通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)全天候數(shù)據(jù)接入支持更流暢更實(shí)時(shí)的施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：米儉輝（1985—），碩士，高級(jí)信息系統(tǒng)項(xiàng)目管理師，研究方向：公路養(yǎng)護(hù)信息化及智能化。