基于大數(shù)據(jù)的高速公路智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)研究

高輝光

摘 要：“十三五”期間，“大數(shù)據(jù)”被寫入《交通運(yùn)輸信息化規(guī)劃》，交通部明確了將大數(shù)據(jù)技術(shù)、公路養(yǎng)護(hù)成套技術(shù)、綜合信息服務(wù)、智能化養(yǎng)護(hù)運(yùn)營管理作為技術(shù)創(chuàng)新的重點(diǎn)。透過“大數(shù)據(jù)”技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的充分發(fā)展，利用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使得海量數(shù)據(jù)通過收集、存儲、分析、整理從而為人們所用，實(shí)現(xiàn)促進(jìn)各個(gè)領(lǐng)域的提升、創(chuàng)造更多的價(jià)值。因此，大數(shù)據(jù)技術(shù)也被應(yīng)用到高速公路管理當(dāng)中，讓高速公路養(yǎng)護(hù)管理與大數(shù)據(jù)技術(shù)相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展。本文基于大數(shù)據(jù)的高速公路智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)研究，從大數(shù)據(jù)和高速公路養(yǎng)護(hù)管理現(xiàn)狀入手，從而探討大數(shù)據(jù)技術(shù)與高速公路養(yǎng)護(hù)管理結(jié)合的意義，并基于大數(shù)據(jù)的高速公路智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而為基于大數(shù)據(jù)的高速公路智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)研究提供一些參考及建議。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù);高速公路;智能系統(tǒng);養(yǎng)護(hù)管理

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，在越來越多的領(lǐng)域受到重視并加以引入，以期望通過與大數(shù)據(jù)技術(shù)相結(jié)合消除自身領(lǐng)域工作弊端，提升工作效率，從而實(shí)現(xiàn)行業(yè)利益最大化。[1]因此，將高速公路管理與大數(shù)據(jù)技術(shù)相結(jié)合的基于大數(shù)據(jù)的高速公路智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，高速公路養(yǎng)護(hù)管理部門希望應(yīng)用該系統(tǒng)從而提升高速公路養(yǎng)護(hù)管理水平，從而實(shí)現(xiàn)高速公路養(yǎng)護(hù)的精細(xì)化管理。

1 大數(shù)據(jù)的含義

大數(shù)據(jù)是指利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將傳統(tǒng)無法利用常規(guī)軟件工具進(jìn)行捕捉、管理和處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行更好的、更為快捷獲取和管理、處理數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)利用海量數(shù)據(jù)處理得來的數(shù)據(jù)規(guī)律和結(jié)論以此為決策提供更為科學(xué)合理的數(shù)據(jù)支撐。[2]通過定義我們發(fā)現(xiàn)，大數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)集合大、數(shù)據(jù)內(nèi)容廣、處理數(shù)據(jù)速度更快和數(shù)據(jù)更為科學(xué)合理的特征。

2 高速公路養(yǎng)護(hù)管理現(xiàn)狀

高速公路因其行車速度快、通行效率高、運(yùn)輸成本低、土地資源占用率少的優(yōu)勢，而受到國家和社會的重視，他的出現(xiàn)緩解了鐵路道路的運(yùn)輸壓力，提高了人們的駕駛體驗(yàn)，降低了運(yùn)輸成本和運(yùn)輸時(shí)間從而給社會帶來良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前我國已經(jīng)擁有高速公路里程16.1萬公里，位居全球第一。[3]而隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和公眾出行需求勢必會導(dǎo)致高速公路的里程和車輛通行流量的增加，這樣就導(dǎo)致了高速公路運(yùn)營的復(fù)雜性和增加了高速公路的養(yǎng)護(hù)管理的難度。因此，提升高速公路養(yǎng)護(hù)管理，實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)的被動治理、修復(fù)工作模式，轉(zhuǎn)化為主動防御的養(yǎng)護(hù)模式尤為重要，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)將傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)管理數(shù)據(jù)、高速公路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、日常監(jiān)測、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行整合處理，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析決策指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)管理模式。

3 大數(shù)據(jù)技術(shù)與高速公路養(yǎng)護(hù)管理結(jié)合的意義

通過大數(shù)據(jù)技術(shù)將高速公路從前期的設(shè)計(jì)施工到后期竣工驗(yàn)收交付使用;收費(fèi)站、機(jī)電設(shè)備類型、品牌等信息;高速公路路面、路基及橋梁隧道等設(shè)施及機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)保養(yǎng)情況;日常交通道路車輛行駛數(shù)據(jù)等海量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一分析，從而形成大規(guī)模、多種類的數(shù)據(jù)集合。[4]大數(shù)據(jù)技術(shù)打破了原企業(yè)或者交通部門的數(shù)據(jù)采集難題，讓其數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)開放共享，從而打破部門壁壘，避免數(shù)據(jù)孤島產(chǎn)生，使得各部分?jǐn)?shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)共享交流，降低數(shù)據(jù)采集難度，節(jié)約企業(yè)或者交通部門的管理成本，從而提高企業(yè)或者交管部門的經(jīng)濟(jì)效益。通過大數(shù)據(jù)技術(shù)和高速公路養(yǎng)護(hù)管理的結(jié)合，也可以提高管理決策的科學(xué)性，使得管理決策從傳統(tǒng)的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和專家意見轉(zhuǎn)化為高速公路大數(shù)據(jù)分析作為決策支撐，從而提高決策的科學(xué)性和可行性[5]。

4 基于大數(shù)據(jù)的高速公路智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 總體設(shè)計(jì)

基于大數(shù)據(jù)的高速公路智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，我們應(yīng)該從在此系統(tǒng)中包含的模塊應(yīng)該具有公路資產(chǎn)管理、地理信息平臺、日常巡邏、專項(xiàng)檢查、小修養(yǎng)護(hù)、專項(xiàng)工程大中型項(xiàng)目養(yǎng)護(hù)管理、統(tǒng)計(jì)分析、移動智能設(shè)備APP、路面、橋梁和隧道管理子系統(tǒng)等基礎(chǔ)功能。使得操作者登陸進(jìn)入系統(tǒng)首頁后可以根據(jù)自己的需求進(jìn)入到相應(yīng)的應(yīng)用界面，實(shí)現(xiàn)利用其養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)達(dá)到精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)、高效的高速公路養(yǎng)護(hù)管理。

在系統(tǒng)軟件的整體結(jié)構(gòu)上，以操作系統(tǒng)、商業(yè)數(shù)據(jù)庫等基礎(chǔ)軟件為支撐層;建立地理信息、公路資產(chǎn)、日常巡檢、小修養(yǎng)護(hù)等專題數(shù)據(jù)庫作為系統(tǒng)的模型層;GIS、圖像識別、顯示等三維公共組件為控制應(yīng)用層提供基礎(chǔ)功能;控制應(yīng)用層基于GIS圖形平臺。建立巡檢、維修、特檢、大中型維修管理、移動智能設(shè)備APP、統(tǒng)計(jì)分析和決策幫助等功能模塊。視圖層提供圖形化界面，用戶可以作為各個(gè)功能模塊進(jìn)行訪問。通過外部接入層提供的設(shè)計(jì)接口，可以連接橋梁隧道和視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

4.2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)利用總線型、樹型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將計(jì)算機(jī)、監(jiān)控系統(tǒng)、隧道管理系統(tǒng)等連接起來形成物理布局。在基于大數(shù)據(jù)的高速公路智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)上各級用戶可以通過局域網(wǎng)或者內(nèi)網(wǎng)介入系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的訪問。對于橋梁、隧道這些獨(dú)立的監(jiān)管系統(tǒng)，我們也可以實(shí)現(xiàn)連接，從而達(dá)到整體訪問管理的目的。

用戶通過網(wǎng)絡(luò)防火墻和路由器訪問系統(tǒng)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器，創(chuàng)建“養(yǎng)護(hù)信息中心”和系統(tǒng)管理員。各級用戶通過本地互聯(lián)網(wǎng)和內(nèi)部無線網(wǎng)絡(luò)訪問系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠連接獨(dú)立的橋梁、隧道健康監(jiān)測系統(tǒng)和路政視頻監(jiān)控系統(tǒng)。通過外部授權(quán)的檢驗(yàn)、設(shè)計(jì)、施工等用戶，可以通過互聯(lián)網(wǎng)登錄和訪問系統(tǒng)。

4.3 基于高速公路隧道智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在高速公路管理當(dāng)中，隧道是高速公路養(yǎng)護(hù)管理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。通過研究發(fā)現(xiàn)我國高速公路交通事故當(dāng)中其高速公路隧道事故發(fā)生量占有較大比重，研究者們根據(jù)交通事故率與隧道交通量發(fā)現(xiàn)，追尾、火宅、翻車、撞壁等交通事故發(fā)生率與隧道交通之間有著直接的關(guān)系，所以為了降低高速公路事故率，加強(qiáng)高速公路隧道養(yǎng)護(hù)管理是非常有必要的[6]。

但是傳統(tǒng)的高速公路養(yǎng)護(hù)管理方式主要是采取被動的方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)管理。即當(dāng)路面發(fā)生病變或者電機(jī)設(shè)備出現(xiàn)故障后，對其進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)，同時(shí)也會在定期對整體高速公路進(jìn)行統(tǒng)一的檢測維護(hù)，這樣的管理模式無法雖然可以很好的反應(yīng)高速公路的基本情況及特征，但是卻無法實(shí)現(xiàn)高速公路動態(tài)信息的管理和描述。隨著科技的發(fā)展，越來越多的新興技術(shù)引入到高速公路管理當(dāng)中，而這些技術(shù)的使用，就會產(chǎn)生各方面大量的實(shí)時(shí)信息，以前的高速公路養(yǎng)護(hù)管理方式已經(jīng)不能很好的滿足養(yǎng)護(hù)部門對于這些實(shí)時(shí)動態(tài)信息數(shù)據(jù)的處理。

高速公路的 GIS 圖形平臺為維護(hù)管理提供了全新的信息共享功能 在“路網(wǎng)-線-節(jié)點(diǎn)”中根據(jù)管理級別和不同設(shè)置三層GIS圖形和數(shù)據(jù)內(nèi)容。

第一個(gè)是高速公路網(wǎng)絡(luò)技術(shù)狀況的總圖。二是高速公路整體圖。三是重要工作點(diǎn)的詳圖，包括二維平面圖和三維視圖。四是整合原有的道路視頻監(jiān)控系統(tǒng)，將視頻信息與地圖進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)高速公路資產(chǎn)地理信息和屬性視頻信息的交互查詢。

4.3.1 GIS及三維技術(shù)的運(yùn)用

高速公路智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，運(yùn)用地理信息系統(tǒng)技術(shù)，高速公路管理部門可以直接對高速公路隧道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控查看，一旦發(fā)現(xiàn)高速公路隧道地面出現(xiàn)病害，高速公路管理人員通過GIS技術(shù)直接觀看高速公路實(shí)時(shí)圖像信息，找到精準(zhǔn)病變位置，并初步判斷其嚴(yán)重情況，從而制定相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)方案，實(shí)現(xiàn)針對性、精準(zhǔn)化的高速公路養(yǎng)護(hù)工作[7]。

4.3.2 決策樹算法的應(yīng)用

在高速公路隧道養(yǎng)護(hù)管理當(dāng)中，利用決策數(shù)算法，將相關(guān)法律法規(guī)及其標(biāo)準(zhǔn)納入系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)對高速公路隧道的評估，確定高速公路隧道病變程度。[8]通過其評估結(jié)果，系統(tǒng)可以給出相應(yīng)程度的維護(hù)方案，從而實(shí)現(xiàn)更為科學(xué)的養(yǎng)護(hù)，提高高速公路隧道的使用周期。

綜上所述，大數(shù)據(jù)技術(shù)與高速公路養(yǎng)護(hù)管理相結(jié)合從而設(shè)計(jì)出基于大數(shù)據(jù)的高速公路智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的出現(xiàn)不但可以提高高速公路養(yǎng)護(hù)管理工作水平，實(shí)現(xiàn)高速公路養(yǎng)護(hù)的精準(zhǔn)化、科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化，提高高速公路養(yǎng)護(hù)的效率。同時(shí)，通過精準(zhǔn)化的養(yǎng)護(hù)管理工作，還可以降低高速公路養(yǎng)護(hù)成本，為企業(yè)或者管理部門降低管理費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的提升。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，還可以充分發(fā)揮公路養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)，提升數(shù)據(jù)的使用效率，從而更好的為人們、為社會、為國家提供更好的服務(wù)。

5 結(jié)語

大數(shù)據(jù)已經(jīng)從傳統(tǒng)抽樣轉(zhuǎn)向全樣本分析。數(shù)據(jù)不再是簡單的，而是大規(guī)模的大量數(shù)據(jù)選擇。數(shù)據(jù)來源必須從公司或部門的采集轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌袠I(yè)和區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)的開放共享，打破了信息孤島，降低了數(shù)據(jù)采集的成本。管理決策要從依靠專家和管理者的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)橐詳?shù)據(jù)分析為科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)。

當(dāng)高速公路處于健康狀態(tài)時(shí)，延長其使用壽命的成本遠(yuǎn)低于發(fā)生病害或機(jī)電故障后的修復(fù)成本。因此，路面維護(hù)和機(jī)電設(shè)備的預(yù)防性維護(hù)策略是關(guān)鍵。利用公路運(yùn)營過程中的海量數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)分析路面病害、機(jī)電設(shè)備故障及影響因素之間的聯(lián)系。這樣可以預(yù)測其發(fā)生的可能性，實(shí)現(xiàn)早期維護(hù)和快速響應(yīng)，有效降低公路維護(hù)成本和損失。

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