?？诎遵x大道智慧道路設(shè)施數(shù)字化解構(gòu)與編碼技術(shù)研究

李建強(qiáng)

（中交第四航務(wù)工程局有限公司，廣州 510290）

1 引言

2019 年，交通運(yùn)輸部印發(fā)《數(shù)字交通發(fā)展規(guī)劃綱要》指出：以“數(shù)據(jù)鏈”為主線，構(gòu)建數(shù)字化的采集體系，推動(dòng)交通基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)行管理等全要素、全周期數(shù)字化，到2025 年，我國將基本實(shí)現(xiàn)智慧道路、智能交通在精準(zhǔn)感知、精確分析等方面的全面提升[1]。美國于21 世紀(jì)初期實(shí)施的弗吉尼亞州智慧公路項(xiàng)目（Smart Road）開啟了美國智能公路設(shè)施的進(jìn)程，立足于設(shè)施服役性態(tài)監(jiān)測、自動(dòng)駕駛等方向進(jìn)行技術(shù)整合，應(yīng)用在一段長2.2 英里（約3 540.56 m）的智慧道路[2]。從國內(nèi)外進(jìn)展來看，道路基礎(chǔ)設(shè)施的智慧化、數(shù)字化是智能公路建設(shè)、無人駕駛、智能交通等領(lǐng)域發(fā)展的必要先決條件。中國城市道路設(shè)施的管理功能分散，數(shù)字化程度不發(fā)達(dá)，在建的智慧道路感知數(shù)據(jù)類型多、數(shù)據(jù)種類多、數(shù)據(jù)體量大、數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，建立一個(gè)統(tǒng)一的智慧道路設(shè)施解構(gòu)與完備編碼管理體系，是當(dāng)今我國道路設(shè)施數(shù)字化急需解決的問題[3]。

研究建立標(biāo)準(zhǔn)化的智慧道路設(shè)施編碼體系，對不同來源和形式的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的編碼，為智慧道路設(shè)施數(shù)字化系統(tǒng)的開發(fā)和推廣提供基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。對工程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分解體系的探討分析；應(yīng)用EBS 實(shí)現(xiàn)白駒大道智慧道路設(shè)施的分解、編碼、建立編碼體系，基于此設(shè)計(jì)建立智慧道路設(shè)施數(shù)據(jù)庫，開發(fā)智慧道路系統(tǒng)應(yīng)用。

2 工程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分解（EBS）體系研究

2.1 工程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分解（EBS）編碼技術(shù)

我國目前在智慧道路及其信息編碼技術(shù)方面的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不足，行業(yè)內(nèi)缺乏統(tǒng)一的編碼標(biāo)準(zhǔn)，各省市、甚至同區(qū)使用單位編碼方式差異性較大，沒有成熟、完善的統(tǒng)一編碼體系支持智慧道路項(xiàng)目的數(shù)字化編碼。在信息數(shù)字編碼體系中，目前應(yīng)用較多的是工程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分解編碼（Engineering Breakdown Structure，EBS）。EBS 以工程系統(tǒng)為對象，將工程的物理屬性結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐層解分，對各層的所屬工程結(jié)構(gòu)編碼，從而形成一套可以代表系統(tǒng)工程整體的編碼方式。國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量EBS 數(shù)據(jù)編碼體系方面的應(yīng)用研究，余健俊等[4]對EBS編碼和WBS 編碼方式的不同進(jìn)行了對比研究，解釋了EBS編碼和WBS 編碼的特點(diǎn)以及2 種編碼方式在工程項(xiàng)目應(yīng)用中的不同；羅艷芳等[5]針對目前推廣的數(shù)字編碼體系，主要研究了工程結(jié)構(gòu)分解方法的不同框架，進(jìn)一步完善了對工程結(jié)構(gòu)分解編碼（EBS）的編碼方法；劉振邦[6]從橋梁結(jié)構(gòu)為入手點(diǎn)，總結(jié)和歸納了橋梁建設(shè)工程中的各類信息體，涵蓋大量橋梁基礎(chǔ)信息的工程結(jié)構(gòu)分解編碼方法，為橋梁結(jié)構(gòu)的編碼和橋梁信息管理提供了基礎(chǔ)，利用BIM 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了橋梁結(jié)構(gòu)信息的二維與三維的編碼映射，提高了編碼技術(shù)水平。EBS 方法可以完整地體現(xiàn)項(xiàng)目工程的特點(diǎn)及全功能、全要素的構(gòu)成[7]，利用EBS，將道路從規(guī)劃、設(shè)計(jì)，到現(xiàn)場實(shí)施、運(yùn)營運(yùn)維，可以無遺漏、無偏差地聯(lián)系起來，在全壽命周期信息管理中發(fā)揮作用，可保證工程系統(tǒng)的完整性。

2.2 應(yīng)用EBS 技術(shù)的智慧道路設(shè)施編碼方法

應(yīng)用EBS 體系，實(shí)現(xiàn)對城市智慧道路工程的解構(gòu)，形成多層級編碼（見圖1）。主要方法為：

圖1 智慧道路工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)分解方法

1）將智慧道路工程項(xiàng)目中獨(dú)立功能部分分解形成子項(xiàng)目，例如，道路結(jié)構(gòu)、道路面層、道路基層、供排水設(shè)施、供電設(shè)施、照明設(shè)施、桿件、視頻監(jiān)控設(shè)施、公交站臺、園林綠化設(shè)施、護(hù)欄、標(biāo)線標(biāo)識、交通信號控制系統(tǒng)等；

2）依照工程項(xiàng)目本身的框架在分項(xiàng)下形成一系列子系統(tǒng)，例如，道路結(jié)構(gòu)分為路基、橋梁、隧道、涵洞、地下通道，供排水設(shè)施分為供水管道、排水管道、河道設(shè)施、檢查井等；

3）對工程項(xiàng)目的最基本的支持構(gòu)件要素進(jìn)行層級劃分，直到子單元，再對子單元進(jìn)行編碼，編碼項(xiàng)應(yīng)考慮通用的元素：外觀尺寸、顏色、材質(zhì)、位置、功能，同時(shí)也應(yīng)考慮專用的元素：橋梁的結(jié)構(gòu)形式、燈柱的制造廠家、井蓋的開啟狀態(tài)等。

例如，檢查井，細(xì)分為井體結(jié)構(gòu)、井蓋、井蓋監(jiān)測設(shè)備。每個(gè)檢查井的井蓋均進(jìn)行獨(dú)立編碼，寫入數(shù)據(jù)庫表進(jìn)行管理，精確到單個(gè)井蓋每分鐘的狀態(tài)，實(shí)時(shí)狀態(tài)反饋到軟件，從而提高市政道路設(shè)施管理的精細(xì)化水平。

對于已分解形成的各分項(xiàng)、子系統(tǒng)、構(gòu)件要素，按照從頂層逐級向下的方式進(jìn)行細(xì)分編碼，根據(jù)編碼規(guī)則，形成具有唯一標(biāo)識和標(biāo)志特征的編碼結(jié)構(gòu)。在該編碼體系中，由上層向下層逐級順序編碼，各子類的編碼獨(dú)立且不重復(fù)，下一級子類屬于上一級。對于每一個(gè)編碼單元形成1 組編碼對應(yīng)的屬性，屬性包括初始信息和變化更新的信息。在道路工程智慧化項(xiàng)目中，建議編碼規(guī)則包括：

1）每一層EBS 編碼一般由該級項(xiàng)目的英文縮寫標(biāo)識，由2～4 位大寫英文字母組成；

2）編碼應(yīng)包括項(xiàng)目的基本信息和擴(kuò)展信息以及預(yù)留項(xiàng)等。

3 基于EBS 的白駒大道智慧道路設(shè)施編碼模型

?？诎遵x大道工程包括道路、綠化、智慧道路系統(tǒng)等部分。其中，智慧道路系統(tǒng)細(xì)分為智慧綜合感知系統(tǒng)、車路協(xié)同系統(tǒng)、井蓋管理系統(tǒng)、服務(wù)系統(tǒng)等。智慧道路綜合感知系統(tǒng)包括道路及附屬設(shè)施監(jiān)測編碼、交通運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測編碼、道路環(huán)境監(jiān)測編碼（見圖2）。

圖2 智慧道路設(shè)施編碼分類

3.1 道路及附屬設(shè)施監(jiān)測編碼

細(xì)分為道路狀態(tài)監(jiān)測、橋梁狀態(tài)監(jiān)測、隧道狀態(tài)監(jiān)測、交通工程設(shè)施狀態(tài)監(jiān)測。此類編碼數(shù)據(jù)主要為開展道路及附屬設(shè)施的養(yǎng)護(hù)和運(yùn)維提供數(shù)據(jù)支持。

3.1.1 道路狀態(tài)監(jiān)測編碼

主要指標(biāo)項(xiàng)包含路面動(dòng)荷載、路面病害和路基異常等，其中路面病害包含路面裂縫、坑槽、車轍、擁包等，路基異常包含局部坍塌、路基沉降等。道路狀態(tài)監(jiān)測EBS 編碼模型見表1。

表1 道路狀態(tài)監(jiān)測編碼模型

3.1.2 橋梁狀態(tài)監(jiān)測編碼

橋梁狀態(tài)監(jiān)測（標(biāo)識BR-）的主要指標(biāo)項(xiàng)包含結(jié)構(gòu)應(yīng)力PRE、變形DIS、結(jié)構(gòu)裂縫DIC、環(huán)境腐蝕COR、交通荷載WIM和結(jié)構(gòu)溫度BTM 等。變形又分為水平位移HDIS、線性下?lián)螪DIS 和基礎(chǔ)沉降SED。橋梁狀態(tài)監(jiān)測編碼模型靜態(tài)信息包括橋梁名稱、橋梁位置；動(dòng)態(tài)信息則為各類監(jiān)測指標(biāo)。

3.1.3 隧道（電纜溝）狀態(tài)監(jiān)測編碼

隧道（電纜溝）狀態(tài)監(jiān)測的主要指標(biāo)項(xiàng)包含能見度VIS、CO 濃度CO、風(fēng)速風(fēng)向WND、亮度LT、火災(zāi)FIR、積水深度DEP 和結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)STR 等。

3.1.4 交通工程設(shè)施狀態(tài)監(jiān)測編碼

交通工程及沿線設(shè)施狀態(tài)監(jiān)測（標(biāo)識IFT-）的主要指標(biāo)項(xiàng)為交安設(shè)施狀態(tài)，其中安全設(shè)施狀態(tài)監(jiān)測SA；服務(wù)設(shè)施狀態(tài)監(jiān)測SR；管理設(shè)施狀態(tài)監(jiān)測MA；機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)包含設(shè)備供電狀態(tài)PWR、通信狀態(tài)CMM、防雷器狀態(tài)LTP、機(jī)箱開門狀態(tài)CA、箱內(nèi)溫濕度TH 等。

3.2 交通運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測編碼

主要包含交通參數(shù)監(jiān)測、交通事件檢測及車流運(yùn)行監(jiān)測，此類數(shù)據(jù)主要為制定道路管理措施、指揮調(diào)度等提供數(shù)據(jù)。

3.2.1 交通參數(shù)監(jiān)測編碼

交通參數(shù)監(jiān)測（標(biāo)識TRPM-）的主要指標(biāo)項(xiàng)包含交通量TRV、速度SPD、占有率LOC、車道LAN、車輛類型TYP、車輛長度LTH 等，支持按車道統(tǒng)計(jì)交通參數(shù)信息。

3.2.2 交通事件檢測測編碼

交通事件檢測（標(biāo)識TREV-）的主要指標(biāo)項(xiàng)宜包含交通擁堵JAM、異常停車PAK、違法變道LCH、路面污染PLU、拋灑物SPL等。

3.2.3 車流運(yùn)行監(jiān)測編碼

車流運(yùn)行監(jiān)測（標(biāo)識TRRN-）的主要指標(biāo)項(xiàng)包含車輛身份信息CAR、實(shí)時(shí)定位信息LCT、運(yùn)行狀態(tài)信息OPR、行駛軌跡信息TRC 等。

3.3 道路環(huán)境監(jiān)測編碼

道路運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測（EV-）主要包含路面積水結(jié)冰監(jiān)測、團(tuán)霧監(jiān)測以及溫度濕度監(jiān)測等。此類數(shù)據(jù)主要為惡劣天氣預(yù)警、安全信息提示等提供數(shù)據(jù)支持。主要指標(biāo)項(xiàng)包含能見度VIS、路面溫度RTM、路面狀態(tài)RST（干燥、潮濕、積水、結(jié)冰、積雪）、風(fēng)速風(fēng)向WND 等。

4 結(jié)語

本研究建立標(biāo)準(zhǔn)化的智慧道路設(shè)施編碼體系，為智慧道路設(shè)施系統(tǒng)的開發(fā)和推廣提供基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。對工程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分解（EBS）體系研究；開展智慧道路設(shè)施的分解、編碼，建立了一套完整的智慧道路設(shè)施編碼體系，包括道路及附屬設(shè)施監(jiān)測、交通運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測設(shè)施、路運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測設(shè)施等的EBS 編碼模型。提供對智慧道路設(shè)施解構(gòu)與編碼。基于此，編碼體系建立了白駒大道智慧道路數(shù)據(jù)字典和數(shù)據(jù)庫，開發(fā)了智慧道路系統(tǒng)軟件，用于智慧道路數(shù)字化管理監(jiān)管和維護(hù)，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。