探討大數(shù)據(jù)在高速公路預防性養(yǎng)護中的應用

谷 明

（黔東南公路建設養(yǎng)護有限公司,貴州 凱里 556000）

0 引言

交通運輸業(yè)的高速發(fā)展對我國經(jīng)濟繁榮至關重要，作為基礎性產(chǎn)業(yè)之一，交通運輸業(yè)的發(fā)展水平直接決定了我國經(jīng)濟發(fā)展狀況[1]?，F(xiàn)階段，傳統(tǒng)公路養(yǎng)護措施已經(jīng)無法滿足經(jīng)濟社會發(fā)展對道路維護的要求，養(yǎng)護管理策略也存在滯后性。隨著大數(shù)據(jù)技術的應用，公路養(yǎng)護管理水平得以提升，養(yǎng)護效果明顯改善，公路運行水平有所提高，交通運輸業(yè)產(chǎn)業(yè)升級推動了經(jīng)濟貿(mào)易高速發(fā)展[2]。基于此，為達到增加公路使用壽命、節(jié)約成本支出、精簡養(yǎng)護支出的目的，該文基于大數(shù)據(jù)技術，對公路預防性養(yǎng)護中小型養(yǎng)護維修前置、大中修后延的效果進行了總結(jié)。該文重點分析公路監(jiān)測、整治決策、養(yǎng)護實行、病害預告等環(huán)節(jié)中AI技術、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)應用的效果[3]。

1 預防性養(yǎng)護內(nèi)涵及外延

預防性養(yǎng)護多用于高速公路路基路面，常見于路面結(jié)構受損且強度足夠的情況，通過病害成因分析、病害調(diào)查、發(fā)展預判，找到可能存在的病害威脅，通過預防性維護，保障路面服役性能達標，確保路面運營功能。預防性養(yǎng)護中，早期病害調(diào)查重點分析路基路面基層設計與實際車輛符合性、路基填料穩(wěn)定性、路面排水狀況等細節(jié)。在隧道和橋梁的預防性養(yǎng)護中也可以根據(jù)上述內(nèi)容進行早期病害項目的排查，通過預防性養(yǎng)護達到增加使用壽命、延長服役時間、降低壽命周期養(yǎng)護支出的目的。路基注漿、路面灌縫、階段性檢測、日常性觀測，均為橋梁道路預防性維護中的常用技術與檢測項目[4]。

為更好區(qū)分預防性養(yǎng)護的內(nèi)涵與外延，可對公路養(yǎng)護的常規(guī)定義進行對比性討論，從操作層面上理解，預防性養(yǎng)護可認知為改正性養(yǎng)護。以路基路面為例，路基路面的改正性養(yǎng)護包括路基注漿、路面坑槽切塊挖補、路面銑刨加鋪等。預防性養(yǎng)護與常規(guī)公路養(yǎng)護，最典型的區(qū)別在于兩者的實施時機，早發(fā)現(xiàn)、早處理是預防性養(yǎng)護的基本原則，前置養(yǎng)護是預防性養(yǎng)護的主要措施，延長壽命周期是預防性養(yǎng)護的根本目標。由此可見，預防性養(yǎng)護與管理機構精細化管理的目標相吻合，應更加注重提高道路體驗感，注重對養(yǎng)護資金的合理使用，以提升其經(jīng)濟性。

2 預防性養(yǎng)護數(shù)據(jù)分類構成及其內(nèi)在關系

高速公路早期養(yǎng)護管理決策的數(shù)據(jù)多為自行收集，數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)需花費高額的成本，且數(shù)據(jù)可利用度不足。大數(shù)據(jù)技術應用后，公路養(yǎng)護中可實現(xiàn)跨行業(yè)、跨領域數(shù)據(jù)資源共享，顯著降低數(shù)據(jù)采集成本，打破數(shù)據(jù)壁壘，提高資源流動性，實現(xiàn)多樣本綜合性分析，改善數(shù)據(jù)資源可利用度，豐富數(shù)據(jù)價值。高速公路預防性養(yǎng)護中，在合適的時間選擇合適的技術，對目標道路進行大數(shù)據(jù)分析，結(jié)合決策數(shù)據(jù)，以制定合理的養(yǎng)護方案?；ヂ?lián)網(wǎng)行業(yè)是大數(shù)據(jù)的發(fā)源地，在公路預防性養(yǎng)護中需通過精確篩選對“相關大數(shù)據(jù)”進行有效分析和對資源的合理調(diào)度，以提高數(shù)據(jù)匹配度，為科學決策提供指南[5]。

2.1 前期研究、設計、施工等基礎檔案類數(shù)據(jù)

在高速公路規(guī)劃設計到施工建設的全流程中，大量相關檔案資料均可成為預防性養(yǎng)護“相關大數(shù)據(jù)”的一部分。審批階段政府部門核實的工程可行性研究報告、項目立項書、國土部門審批的環(huán)保評估報告；設計過程中的水文資料、結(jié)構設計書、地質(zhì)縱斷勘探報告、設計圖紙等；施工過程中的招標書、施工合同、實驗數(shù)據(jù)、竣工圖紙等，均可作為大數(shù)據(jù)的基礎數(shù)據(jù)來源，在項目建成通車后由建設單位移交至運營管理部門[6]。上述工序涉及資料均屬于基礎檔案范疇，可將相關數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)建?；A進行立體化歸檔。通過對基礎數(shù)據(jù)資料的充分收集與歸檔，借助大數(shù)據(jù)技術實施存儲、建檔，形成動態(tài)、立體、豐富的信息數(shù)據(jù)庫，為公路全壽命管理提供準確的路網(wǎng)信息來源，形成全面覆蓋、真實有效的公路資產(chǎn)全壽命信息資源數(shù)據(jù)庫。

圖1 公路資產(chǎn)全壽命信息數(shù)據(jù)庫組成

2.2 經(jīng)常性養(yǎng)護數(shù)據(jù)

公路養(yǎng)護部門以交通運輸部下發(fā)的技術評定標準為基礎，結(jié)合高速公路路況制定技術評估細則，收集橋梁、涵洞、隧道、沿線設施等基礎數(shù)據(jù)資料，并對日常道路養(yǎng)護工作日志、路面評定資料、巡查記錄等進行綜合技術評估。

工作實踐中發(fā)現(xiàn)上述數(shù)據(jù)存在不同程度問題，尤其是在高速公路里程明顯增加和日常養(yǎng)護工作業(yè)務量迅速提升的形勢下，日常養(yǎng)護、專項維修等工作由不同單位分包實施，導致各類數(shù)據(jù)的獲取時間、規(guī)范性、準確性等指標參差不齊，使經(jīng)常性養(yǎng)護數(shù)據(jù)資料質(zhì)量不佳。故此，需對經(jīng)常性養(yǎng)護數(shù)據(jù)制定統(tǒng)一的規(guī)范性標準，通過大數(shù)據(jù)應用，提高數(shù)據(jù)標準化程度，減少人工養(yǎng)護帶來的數(shù)據(jù)偏差與質(zhì)量問題，逐步實現(xiàn)檢測設備化、數(shù)據(jù)智能化、監(jiān)測自動化。通過數(shù)據(jù)共享機制建設與完善，積累和豐富工作經(jīng)驗，形成基于路基路面、橋梁、隧道等施工單元的數(shù)據(jù)體系，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通[7]。結(jié)合高速公路技術評定標準，實現(xiàn)對經(jīng)常性養(yǎng)護數(shù)據(jù)的科學評定，對各單元工作質(zhì)量和工作進度有效評估，為預防性養(yǎng)護大數(shù)據(jù)形成奠定基礎。

2.3 大中修、改擴建數(shù)據(jù)

建設完工并投入使用的高速公路項目，隨著使用年限的增加，會面臨項目改擴建、大中修等情況，原道路使用情況、改造后數(shù)據(jù)收集，都將為高速公路預防性養(yǎng)護策略制定提供參考。高速公路預防性養(yǎng)護是基于上述大數(shù)據(jù)完成，并通過對大數(shù)據(jù)的分析與整合，實現(xiàn)大中修周期延長的目的以確保道路質(zhì)量。某省高速公路采取既定管理策略、管理要求、技術手段的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)進行預防性養(yǎng)護，對路網(wǎng)多項目進行綜合技術、經(jīng)濟分析與決策，詳細流程如下：多設備現(xiàn)場檢測→人工數(shù)據(jù)采集→系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析→專家決策樹建立→基于約束條件形成養(yǎng)護計劃。預防性養(yǎng)護詳細流程如圖2 所示。

圖2 某地區(qū)路面養(yǎng)護管理系統(tǒng)的流程

2.4 定期監(jiān)測、檢測、監(jiān)控或特殊檢測數(shù)據(jù)

運營狀態(tài)下的高速公路定期數(shù)據(jù)檢測是預防性養(yǎng)護的重要環(huán)節(jié)，尤其洪水、暴雨、地震、冰凍等特殊天氣下的數(shù)據(jù)監(jiān)測與收集是早發(fā)現(xiàn)、早預防、早處理的關鍵，也是確保養(yǎng)護效果的基礎。

行車痕跡、車輛類型、節(jié)假日峰值等信息的定期分析與匯總，對準確了解橋梁、涵洞、路基路面結(jié)構力學特征有重要意義，也是獲取環(huán)境數(shù)據(jù)的有效措施。橋梁、隧道、涵洞等結(jié)構物，對道路運行安全有重要影響，通過組織專業(yè)結(jié)構檢測，有利于道路養(yǎng)護管理機構獲取豐富的安全性評估數(shù)據(jù)。

2.5 大氣環(huán)境數(shù)據(jù)

高速公路直接與自然環(huán)境接觸，與大氣環(huán)境相關的大數(shù)據(jù)在高速公路預防性養(yǎng)護中的合理利用，必然會發(fā)揮重要價值。依托技術支撐，將環(huán)境數(shù)據(jù)、交通狀況、設施檢測等資料匯總，借助大氣環(huán)境數(shù)據(jù)模型，以實現(xiàn)大氣環(huán)境數(shù)據(jù)的分級管理。通過大數(shù)據(jù)應用與模型建設，實現(xiàn)養(yǎng)護策略的科學修正，依托大數(shù)據(jù)和樣本分析，為公路預防性養(yǎng)護目標的實現(xiàn)保駕護航。

通過對數(shù)據(jù)類別的精準判斷與科學評估，為數(shù)據(jù)共享機制建設和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)形成提供參考，從而提高大數(shù)據(jù)的預測能力，為節(jié)約養(yǎng)護成本做出貢獻。隨著科技快速發(fā)展，智能化、機械化將會逐步取代人工，成為養(yǎng)護工作的重要特征，通過大數(shù)據(jù)的深度挖掘，為預防性養(yǎng)護工作的精準性、針對性、全面性決策提供依據(jù)[8]。

3 物聯(lián)網(wǎng)、AI、5G 等新興技術的應用

顯而易見，隨著物聯(lián)網(wǎng)、AI、5G 技術高速發(fā)展，預防性養(yǎng)護將會朝著行業(yè)內(nèi)大數(shù)據(jù)集合、數(shù)據(jù)共享的方向發(fā)展，并且伴隨著數(shù)據(jù)處理手段的革新，最終實現(xiàn)智慧物聯(lián)。人們對新生事物的好奇促使智慧物聯(lián)網(wǎng)技術得到迅速發(fā)展與應用，手機操控電燈、辦公室智能化空調(diào)、戶外預定自動蒸飯等都是智慧物聯(lián)網(wǎng)技術的應用案例，但上述場景并未達到物聯(lián)網(wǎng)的最高境界。家庭場景應用的物聯(lián)網(wǎng)技術普及到高速公路預防性養(yǎng)護管理中，依托智慧高速公路體系進行互聯(lián)互通，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動化檢測、采集、跟蹤、分析、處置，從而降低運營成本，改善工作效率。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術特點，其效率隨著應用場景擴展和接入對象的不斷豐富顯著增加。借助AI 技術與智慧物聯(lián)網(wǎng)的應用，可通過傳感器，準確獲取作用對象的數(shù)據(jù)，借助機器學習和數(shù)據(jù)分析提效增速，達到共同協(xié)調(diào)的目的[9]。

龐大的AI 智慧物聯(lián)網(wǎng)場景在智慧公路上應用，需要龐大的計算能力支持，而隨著5G 技術的快速發(fā)展，高速、高精度、多接入對象、低延遲的工作場景將成為理想化目標，也為智慧物聯(lián)場景豐富提供了新方向。

4 智慧公路實現(xiàn)智能預防性養(yǎng)護

智行和智感是目前國內(nèi)試運行階段智慧公路項目的主要特征，在不同層次、不同位置、不同結(jié)構層中埋入傳感器，獲取路況信息并進行智慧檢測與反饋，為道路安全出行出謀劃策。冰凍路段、隧道、涵洞、橋梁、易發(fā)團霧、大填大挖段等特殊路段，通過實時監(jiān)控系統(tǒng)部署，準確掌握車輛類型、車速、流量、胎壓等數(shù)據(jù)，經(jīng)智能化檢測設備完成數(shù)據(jù)提取與分享，共同并入到公路養(yǎng)護大數(shù)據(jù)中。智慧公路通過大數(shù)據(jù)技術將結(jié)構物基本信息、公路路面信息、沿線交安設施信息與地面摩擦力、路面限速、行車流量、天氣、彎道半徑等數(shù)據(jù)融合，借助機器學習完成自動化決策，即實現(xiàn)智控與智決[10]。

國內(nèi)，部分省份在高速公路養(yǎng)護中嘗試依托大數(shù)據(jù)技術建立道路模型，通過現(xiàn)狀模型與設計模型的比對，準確評估道路現(xiàn)狀，對可能存在的病害類型科學預測，為預防性養(yǎng)護措施的精準落實提供幫助。與此同時，通過基于大數(shù)據(jù)技術的道路模型設計，實現(xiàn)對養(yǎng)護管理環(huán)節(jié)路基路面、隧道、涵洞、橋梁等不同場景下通車狀態(tài)評估，獲取準確的技術參數(shù)，借助可視化技術獲取運行狀態(tài)。AI 技術的應用提高了設備智能化水平，新型可識別模塊的應用提高了模型自動檢測水平，從而使高速公路全面監(jiān)控成為現(xiàn)實，自我感知與健康監(jiān)測為智慧高速公路預防性養(yǎng)護方案優(yōu)化提供了參考。

5 結(jié)論

結(jié)合該文分析，高速公路養(yǎng)護技術水平是影響道路交通運輸質(zhì)量的重要因素。即高速公路預防性養(yǎng)護的智慧水平，會直接影響公路運營安全與效益；智慧公路建設中AI 技術、物聯(lián)網(wǎng)技術、設備視覺、自動感知監(jiān)測技術的應用，提高了預防性養(yǎng)護智能化水平，實現(xiàn)了公路結(jié)構物、道路主體、沿線設備、路面信息的精準識別；通過智能傳感技術應用探測可能存在的問題，將信息實時反饋至管理平臺，提高快速響應水平，增強交通監(jiān)測能力，提升預警水平。由此可知，養(yǎng)護管理技術的提升是高速公路預防性養(yǎng)護的基礎，隨著云計算、AI 技術、物聯(lián)網(wǎng)等大數(shù)據(jù)技術的普及應用，養(yǎng)護管理體系的智能化顯著提升，為高速公路預防性養(yǎng)護中大數(shù)據(jù)技術的應用探索指明方向。