養護機械區域化動態作業與應急管理系統應用

蔣彬等

0 引言

隨著北京市交通事業的不斷發展，高速公路通行壓力不斷加大，總機動車保有量超過559.1萬輛（2014年末），高速公路總里程接近1 000 km。在高速公路日常的養護管理中，發揮好車輛設備的使用效率，盡量減少對于道路通行能力的影響，是道路養護車輛設備使用的重要課題[1]。同時，高速公路承擔著大量的保障任務，加上極端天氣的影響，對高速公路養護應急能力提出嚴峻的考驗。在應急搶險、防汛除雪中，具備調動車輛設備快速反應、及時處置突發事件的能力，是對首都高速管養單位的重要要求。

基于上述情況，筆者所在單位提出建立“養護機械區域化動態作業與應急管理系統”的構想，使用物聯網技術，通過研發設備狀態傳感器、狀態分析器，結合GPS和3G網絡，實現對車輛設備作業狀態的監控、跟蹤、采集，根據狀態情況進行合理的指揮調度和作業安排；通過數據的不斷積累，形成車輛設備運轉的“大數據”，結合日常管理，制定統計分析模型；通過有效的數據分析，促進養護作業與設備、材料使用逐步趨于合理化，更好地支撐高速養護決策，為社會大眾提供更完善的高速出行服務。

截止目前，筆者所在單位與合作單位已共同完成了“養護機械區域化動態作業與應急管理系統”建設，研制完成除雪作業車、清掃車的狀態采集設備，建立了設施維修信息采集機制、指揮通信體系和司機識別體系。

1 系統開發背景

1.1 北京高速公路養護現狀

北京高速公路養護管理壓力大，僅筆者所在單位管養的高速公路就達近900 km（圖1），車輛設備1 000余臺套，其中車輛約390臺，日均上路作業車輛近200臺，日均上路行駛里程近2.5萬km。高速養護工作分為公司、管養中心、作業工段、作業人員4級管理模式，搶險工作時因管理層級復雜，管理難度較大。

北京道路養護工作面臨車流量大、保障任務多、道路敏感度高等諸多問題。以2014年為例，從年初“兩會”、春節到世界葡萄大會、APEC會議、國慶65周年，重大活動及重要節假日接連不斷，有保障任務的日期達到58天，全年防汛除雪備勤保障88天。道路養護工作面臨極大的壓力，養護工作不僅要及時到位，而且要最大程度地減少對交通的影響，這對養護車輛設備的使用管理、指揮調度都提出了極高的要求。

1.2 道路養護車輛設備管理的問題

在上述的現狀下，全面掌握道路養護作業狀態、及時調度作業車輛及機械、選擇性地發布養護信息顯得尤為重要。這樣可以為日常指揮調度車輛、指揮處理突發應急事件和重要保暢任務中的養護作業提供決策依據；同時，可形成全面準確的養護作業及設備運行報告，方便養護作業及設備的管理；指揮中心可以通過全面監控為社會大眾提供占路作業信息提示，更好地提供出行服務。北京市每天都有大量養護車輛在道路上作業，單車平均日行駛里程超過120 km，車輛及司機的日常使用記錄、車輛保養維護、司機工作情況、安全管理都是日常管理中的重要問題。

1.3 物聯網技術

物聯網是指通過各種信息傳感設備實時采集需要監控、連接、互動的物體或過程中的信息，與互聯網結合形成的一個巨大網絡。其目的是實現物與物、物與人以及所有的物體與網絡的連接，方便識別、管理和控制，具體就是通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器、氣體感應器等信息傳感設備，按約定的協議把任何物體與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理[2]。簡而言之，物聯網就是“物物相連的互聯網”。

目前，國內物聯網技術在交通方面多用于技術檢測（如橋梁檢測）、交通運輸（如G-BOS智慧運營系統）等方向，對于更深層次的數據采集，尤其是高速養護方面的應用尚處于空白階段。在北京，隨著交通通行要求和綠色交通要求的提高，勢必對影響交通的因素中車流、事故、特殊事件、養護事件等逐一進行攻克，養護工作智能化、實時信息開放化將成為必然的發展趨勢，而物聯網技術正好可以達到控制、開放、協調的養護管理作用。

2 養護車輛設備信息化管理系統介紹

利用物聯網技術，將養護車輛設備與電子信息技術、無線感應檢測技術、GPS全球定位技術相結合，能夠將日常養護作業及應急處置調度指揮的實時監測與作業記錄、數據統計完美地融合[3-4]?！梆B護機械區域化動態作業與應急管理系統”能夠實現對道路各項養護施工作業情況的掌握，全面反映道路養護作業狀態，與作業車輛進行實時通話，快速發布工作指令，實現養護車輛設備的動態、科學、精細化管理。

2.1 系統建設目標

系統建設預期主要解決3個層面、5個問題（圖2），形成指揮調度平臺。3個層面指的是領導決策層、管理執行層、基礎操作層，覆蓋公司自上而下的管理層級；5個問題是決策數據的支持問題、資金消耗的去向問題、生產作業內容的問題、工作完成效果的問題、具體操作內容的問題。通過車輛設備狀態的收集、分析，計算出工作完成的情況，分析完成效果和消耗情況，為決策提供數據化的支持。

2.2 養護車輛設備信息化管理應用架構

基于道路養護動態作業運行期間的狀態監控管理分析，結合道路作業現實業務要求，定制專業化的養護管理信息系統，形成養護設備互聯網絡（圖3）。依托物聯網技術實現全局掌控、統一指揮、監控管理、智能調度、應急處理、安全控制以及作業工作行為信息管理等服務；通過對車輛作業量、作業分布、完好率、物資耗用量等因素的綜合分析，對作業行為進行優化，形成最佳作業方法，達到最高作業效率，安全掌控作業行為，保證企事業作業成本及作業效率指標最佳；并可通過與城市應急指揮系統對接，將業務數據與空間數據結合，進行數據各個方面深層次的查詢、統計、分析，使決策者能從更高的角度全面、直觀地審視企業發展的態勢，提高統覽全局的決策能力，從而使決策分析更加信息化、科學化、合理化；同時，采用物聯網技術與GIS地圖相結合，實現養護作業的情況、數量的實時掌握，形成公共服務數據，提供交通影響情況查詢，更好地提供出行服務。endprint

2.3 系統功能

2.3.1 作業監控

建立基于GIS地圖的圖形顯示系統，將收集的數據信息進行統計分析，在GIS地圖中反映路網內養護工作情況，將清掃車（圖4）、除雪車（圖5）、水車、小貨車的工作狀態進行分類，顯示車輛出勤、完成工作情況以及有效的工作時間和工作里程。如清掃車作業情況的“有效”體現，通過系統檢測得到當前車輛作業狀態、當日清掃用時、清掃作業里程、清掃路線。

2.3.2 車輛設備指揮調度

使用語音呼叫平臺、短信平臺、3G視頻技術將設備與GIS集合，在掌握作業狀態的同時實現指揮調度，對重點事件可見、可管（圖6），將車輛設備的垂直管理轉變為扁平式的管理，提升應急情況下的反映速度。

2.3.3 駕駛人員管理

進行養護作業車輛、人員綁定，形成設備運轉記錄、駕駛人員考勤（圖7）、駕駛人員工作量統計，在車輛信息中反映聯系人及聯系方式，編寫公司指揮中心與車載智能終端通信功能，進行信息推送、點對點通信，實現調度聯動。

2.3.4 設備運轉記錄

編制車輛養護工作統計報表，詳細記錄每臺車輛的運行情況（圖8），具體到作業時間、行駛里程，并對每日、每月、每年工作情況進行統計分析。

2.3.5 工作量對比分析

以下屬管理單位為對比單元，按照不同車型的使用情況分類統計，進行車輛設備使用效率對比（圖9），促進設備使用管理，提高使用效率。

2.4 數據采集模塊

采用高精度傳感器、采集分析器、車載GPS模塊，在除雪車、清掃車、水車、小貨車等機械設備上采集作業狀態信息、作業量信息（如融雪劑、水以及清掃里程等）、駕駛人員信息。感應器、智能分析儀控制臺設備與車載GPS相結合，實現實時工作狀態數據的傳遞。

2.4.1 智能調度終端采集

智能調度終端通過在車輛上加裝智能調度屏，連接GPS設備，實現遠程指揮通信、人員識別。設備具有點對點通信、短信播報、身份識別功能。系統（包含視頻）與GPS系統相結合，實現GPS地圖上的一鍵撥號，信息群體推送，完善公司應急指揮調度系統。終端具有身份識別功能，每位司機配備身份識別卡，驗證、保存作業人員信息。

2.4.2 除雪設備采集

在除雪鏟、撒布器上布設感應器和分析儀，用來采集除雪鏟工作狀態、施撒狀態、施撒寬度、面積、施撒量等數據（圖10）。除雪輪盤轉動傳感器采集撒布機傳動軸的轉動信息。傳動軸轉動代表融雪劑進入撒布的狀態；傳動軸停止代表未撒融雪劑。

2.4.3 清掃設備

清掃車在掃刷、垃圾箱內加裝感應器和作業狀態分析器（圖11），識別作業狀態，同時收集車載垃圾信息。數據信息實時反映清掃車有效清掃距離，測算清掃路段垃圾量，最終形成道路衛生狀態基礎數據。

3 養護車輛設備信息化管理效果

經過車輛互聯，在指揮中心形成完整的養護作業車輛、人員檢查監督、應急調度系統，實時掌握道路上的養護作業情況，監督人員上路作業情況。通過B/S架構系統，在各網絡地點實現作業情況的實時反映，為應急保障、搶險作業提供決策和指揮依據。建立作業情況的報表，對養護工作情況、效率進行統計分析。通過合理的安排與調度，可降低物資、人力消耗，使養護工作更加趨于合理化。掌握完整的作業信息，可以有選擇性地向社會大眾提供道路信息，更好地落實“科技高速、人文高速”的管理理念。具體表現在以下幾個方面。

（1）在日常養護作業中，實現對全部養護作業的動態監控，全面掌握作業情況，收集除雪、清掃等作業數據，實現作業過程的監控、監管，提高作業質量，為養護決策提供依據。實現司機工作的統計管理，完善機械運轉記錄。

（2）在應急搶險工作中，全面掌握設備情況，更加準確、有效地調度指揮車輛運行。例如在“11.3”大雪中，設備調動更準確、及時、有效。

（3）實現手機終端軟件養護動態情況查詢、指令發送，以及文字、圖像、語音的信息共享。

（4）提供更加完善的出行服務，系統建立后可快速實時地反映占路作業信息，與交通量線圈圖及收費情報板相結合，可全面地為公眾提供道路信息，減少擁堵；同時也可更合理地安排、調整養護作業，使其對交通的影響降到最低。

4 結語

互聯網時代日新月異，刷新著高速公路養護車輛設備管理的理念，運用物聯網技術開發的“養護機械區域化動態作業與應急管理系統”，將使高速公路養護車輛設備管理從傳統管理方式向利用高新技術科學管理方式轉型。新技術通過對空間和時間上的精準控制把分布在廣大地理空間上、歸屬相對分散的作業設備進行統一管理，在實際作業中達到集權與分權相統一、調控與監督相統一的目標；在這種管理模式的轉化下，現代通信技術、感應技術、數據挖掘技術等新思維正帶領高速養護管理逐步進入大數據時代，全面走上精細化管理的道路。

參考文獻：

[1] 刁建堂，王淑清.淺談高速公路養護機務管理[J].黑龍江交通科技，2008，31（1）：113-114.

[2] 賈俊剛，金建航.基于物聯網的交通信息共享技術研究[J].中國公共安全：學術版，2010（3）：92-95.

[3] 曾勛澤，趙寶山，姚文清.高速公路養護機械設備管理之思考[J].江西公路科技，2004（4）：106-107.

[4] 余建輝，林 通，葉 敏.路面機械的施工信息化監控管理研究[J].筑路機械與施工機械化，2012， 29（1）：78-81.endprint