農村公路瀝青路面養(yǎng)護智能決策系統(tǒng)研究

文/柏魯甬、石家福、汪海年、張琛、李元樂、劉勝蘭

1 前言

當前，我國交通運輸部門以及各地方公路管理部門都搭建了信息化管理系統(tǒng)，為公路運營管理以及養(yǎng)護提供數(shù)據(jù)支撐，有效提高了我國的公路運營管理水平以及養(yǎng)護工作效率。然而，目前這些信息化管理系統(tǒng)的功能主要集中在數(shù)據(jù)管理方面，包括路面信息、病害管理以及養(yǎng)護信息等，功能相對比較單一。鑒于此，我們需要構建農村公路瀝青路面養(yǎng)護智能決策系統(tǒng)，通過對農村公路瀝青路面進行評估分析，實現(xiàn)路面養(yǎng)護決策的智能化以及自動化，從而在保障養(yǎng)護質量的基礎上進一步提高路面養(yǎng)護工作效率。

2 農村公路瀝青路面養(yǎng)護智能決策系統(tǒng)設計思路

路面養(yǎng)護工作本質上就是及時發(fā)現(xiàn)瀝青路面出現(xiàn)的病害，并制定出針對性的養(yǎng)護措施，使路面恢復健康的狀態(tài)。路面養(yǎng)護工作大致可分為信息采集、分析處理、實施以及結果反饋等幾個環(huán)節(jié)[1]。農村公路瀝青路面養(yǎng)護智能決策系統(tǒng)主要是為養(yǎng)護工作的實施提供決策輔助，因此必須要具備信息采集、分析處理、養(yǎng)護決策、過程記錄以及結果反饋功能，其中信息采集主要收集農村公路瀝青路面的信息；分析處理環(huán)節(jié)主要通過對基礎數(shù)據(jù)信息的處理，識別路面存在的病害；養(yǎng)護決策環(huán)節(jié)主要是根據(jù)病害的類型、特點、大小等制定出具體的養(yǎng)護方案；過程記錄環(huán)節(jié)主要是記錄養(yǎng)護方案實施的整個過程；結果反饋環(huán)節(jié)主要是記錄路面養(yǎng)護結果，以為后續(xù)養(yǎng)護工作提供參考[2]。

3 農村公路瀝青路面養(yǎng)護智能決策系統(tǒng)指標評價體系

考慮到農村地區(qū)公路設計等級低、車輛行駛速度低、行駛車輛少、大型車輛少等特點，在評估瀝青路面狀況時不考慮抗滑性能以及平整度，綜合評估分析路面狀況時僅從路面結構強度以及路面破損狀況兩方面進行分析，評價指標體系建立如下：

3.1 路面破損狀況評估指標

路面狀況指的是路面結構保持完好的程度，是瀝青路面破損情況的直觀體現(xiàn)和反映。一般情況下，針對路面不同破損的類型以及破損程度，采用路面狀況指數(shù)（PCI）表示，計算公式如下：PCI= 100 - 15DR0.412；DR=∑∑DijKij/A；其中DR 表示路面綜合破損率；A 表示破損路段面積；Kij表示i 中破損類型、j 級破損嚴重程度換算系數(shù)，具體可參照表1；Dij表示i 中破損類型、j 級破損嚴重程度實際面積[3]。

表1 農村公路瀝青路面破損換算系數(shù)表

3.2 路面結構評價指標

瀝青路面結構承載性能指的是路面在達到預定的損壞狀況之前還能承受的行車載荷作用次數(shù)或者還能使用的年數(shù)[4]。通過該指標可以確定瀝青路面的剩余使用壽命，對公路改建或者加鋪的時間進行預判。路面結構評價指標（RPSI）的計算公式如下：；SSI=lR/l0；其中RPSI 表示路面結構強度指數(shù)；l0表示路面實測彎沉，單位為mm；lR表示路面允許彎沉，單位為mm；a0表示模型參數(shù)，為15.71；a1表示模型參數(shù)，為5.19。

4 農村公路瀝青路面養(yǎng)護智能決策系統(tǒng)的構建

近年來，隨著“村村通”工程的實施，農村地區(qū)的路面基本都采用瀝青或者是混凝土，但無論采用的是哪種路面，描述路面性能一般都是根據(jù)平整度、結構強度、破損狀況、耐久度以及抗滑性能等指標進行評估[5]。結合農村地區(qū)公路的實際情況，本文只考慮路面結構強度以及破損狀況兩項指標進行評估，基于此，構建農村公路瀝青路面養(yǎng)護智能決策系統(tǒng)，具體主要分為以下五大模塊：

4.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集模塊主要是負責收集包括路面建造信息、基礎參數(shù)以及巡檢信息等方面的數(shù)據(jù)信息，以便實時掌控路面的情況?？紤]到農村地區(qū)范圍大，并且公路相對比較分散，如果采用人工巡檢的方式獲取路面信息，不僅效率低下，而且需要投入大量人力資源，因此，在本系統(tǒng)設計中，擬主要采用航拍的形式獲取路面信息，同時拍攝路面高清圖片判斷路面當前的狀態(tài)。此外，還可以根據(jù)路面附近居民或者過往車輛司機的報告獲取到路面病害信息，以掌握更全面的基礎資料。及時掌握全面的信息對于開展路面養(yǎng)護工作極為關鍵，它是確保養(yǎng)護工作高效進行的重要前提，在本模塊設計中采用現(xiàn)代化技術手段，降低了人工采集的難度和強度，為識別路面病害以及判斷路面整體狀態(tài)奠定了堅實基礎。

4.2 病害識別

病害識別模塊主要是對信息采集模塊收集的數(shù)據(jù)資料進行處理分析，通過識別航拍圖片以及相關信息報告，判斷路面存在的病害以及路面結構狀態(tài)。為了提高病害識別的準確度，在本模塊中除采用圖像識別技術外，還采用了神經(jīng)網(wǎng)絡技術、深度學習技術以及大數(shù)據(jù)技術。通過多種現(xiàn)代化技術手段，可以提高數(shù)據(jù)信息處理分析的效率，同時準確度也能得到保障，及時、準確地識別出路面病害；在沒有有關病害類型的典型視頻圖片時，可通過對大量圖片基于聚類分析的方式加以處理，獲得疑似病害的圖片集等信息，然后通過人工再次確認等方法，最終得到病害圖片，并確定路面病害所處位置。隨著后續(xù)路面病害信息的規(guī)模越來越大，在后續(xù)路面病害識別過程中，可將病害信息以及待識別信息在相同規(guī)則下進行量化處理，并結合計算公式計算出待識別信息相似度，根據(jù)既定的相似度閾值對待識別信息進行分類處理，最終輸出結果，具體流程如圖1 所示[6]。

4.3 智能化決策模塊

這是本系統(tǒng)的核心模塊，主要是負責根據(jù)信息采集模塊以及病害識別模塊的輸出結果制定出具有針對性的專業(yè)化養(yǎng)護方案，以指導路面養(yǎng)護工作的開展。首先，根據(jù)病害識別模塊輸出的結果，確定路面病害類型，然后對數(shù)據(jù)信息進行進一步的處理分析，結合實地勘察結果，對路面病害范圍、嚴重程度、影響大小以及其他方面的因素做出準確判斷；其次，參照我國現(xiàn)行的農村公路瀝青路面養(yǎng)護工作的相關標準規(guī)范、法律法規(guī)以及政策條例等，結合病害路面位置的實際情況與周圍環(huán)境因素、人文因素等，對養(yǎng)護工作的工程量進行預估，并做出資金規(guī)劃、人員安排、使用機械設備情況等相關事務的安排；最后，結合上述所有要素，輸出最終的養(yǎng)護決策方案，為實際工作的開展提供切實依據(jù)。

4.4 過程記錄

過程記錄模塊主要是負責記錄路面養(yǎng)護工作的全過程，完整記錄人力資源、物料、工期、資金使用以及施工安全等方面的信息，并與預定的養(yǎng)護方案進行比對，適時根據(jù)實際情況對預定方案進行調整和優(yōu)化。

4.5 結果反饋

結果反饋模塊主要是負責收集病害路面養(yǎng)護工作完成的相關信息，包括養(yǎng)護工作完成后路面的結構強度指數(shù)以及破損狀況評估等，并對路面整體情況做出客觀評估，包括路面剩余使用壽命、潛在的隱患等，以便為后續(xù)的路面養(yǎng)護工作以及公路改建、加鋪等工作提供參考依據(jù)。此外，過程記錄模塊以及結果反饋模塊所收集的各項信息也能充實系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，再次識別到路面發(fā)生類似病害時，系統(tǒng)可以更快地做出反應，并且輸出的養(yǎng)護決策方案更科學、更精準。

5 結語

本系統(tǒng)充分結合農村地區(qū)公路的特點和實際情況，對瀝青路面的評估指標體系進行了簡化；同時，在系統(tǒng)設計上，也不僅考慮到了當前路面病害處理的需求，同時還考慮到了后續(xù)養(yǎng)護工作的需求，這對路面養(yǎng)護工作具有一定的價值。