公路智能化發(fā)展趨勢及日常養(yǎng)護(hù)智能控制體系設(shè)計(jì)研究

（涼山州布拖縣工具養(yǎng)護(hù)事業(yè)發(fā)展中心，四川 涼山 616350）

1 智能養(yǎng)護(hù)及公路養(yǎng)護(hù)智能控制體系概念分析

1.1 智能養(yǎng)護(hù)概念分析

公路智能養(yǎng)護(hù)是綜合利用目前先進(jìn)的信息化技術(shù)，在全周期管理理論指導(dǎo)下集成技術(shù)、人員、設(shè)備、模型等實(shí)現(xiàn)公路養(yǎng)護(hù)全過程管理，實(shí)行主動性、高效性、智能性的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)管理。

1.2 公路養(yǎng)護(hù)智能管理體系概念分析

公路養(yǎng)護(hù)智能管理體系即通過利用GIS、大數(shù)據(jù)庫等先進(jìn)信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)集公路日常狀況的巡檢、評價(jià)及預(yù)測、實(shí)時(shí)監(jiān)控、具體養(yǎng)護(hù)計(jì)劃制定、實(shí)時(shí)調(diào)度養(yǎng)護(hù)車輛及人員設(shè)備為一體的智能管理體系。

2 公路智能化發(fā)展趨勢探索

2.1 自動化作業(yè)與數(shù)字化存儲

隨著公路數(shù)據(jù)采集的更加全面，養(yǎng)護(hù)所需原材料日益標(biāo)準(zhǔn)化、養(yǎng)護(hù)裝備更加科技化，施工方案制定更加快速化、專業(yè)化，為公路養(yǎng)護(hù)自動化作業(yè)提供了充足的條件。目前，借助BIM等現(xiàn)代化信息技術(shù)軟件，可以將搜集的道路路面信息進(jìn)行綜合處理，在實(shí)現(xiàn)道路表面的坑槽處理，表面裂縫維護(hù)處理上，快速自動制定出養(yǎng)護(hù)方案，確定出所需要養(yǎng)護(hù)材料類型及數(shù)量，進(jìn)而計(jì)算出所需的養(yǎng)護(hù)裝備型號及規(guī)模，并可以對施工過程的組織順序，安全防控設(shè)施以及施工過程中實(shí)時(shí)的進(jìn)度監(jiān)控提供自動化管理，減少人為干擾，大幅度提高了養(yǎng)護(hù)工作效率。

在傳統(tǒng)的公路養(yǎng)護(hù)過程中，一般以公路建設(shè)后的竣工存儲資料為養(yǎng)護(hù)開展的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，但在目前公路養(yǎng)護(hù)日益復(fù)雜的背景下，傳統(tǒng)紙質(zhì)材料不易查找，信息存儲不全面的劣勢日益凸顯。在這種情況下，公路養(yǎng)護(hù)數(shù)字化存儲日益重要，借助數(shù)字化模型，將公路建設(shè)自前期立項(xiàng)、可研開始的前期階段到最終的竣工驗(yàn)收的全周期數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，涵蓋設(shè)計(jì)施工圖紙、施工記錄，監(jiān)測數(shù)據(jù)等一系列材料，借助航拍、三維等技術(shù)形成數(shù)字化模型，為后續(xù)養(yǎng)護(hù)提供基礎(chǔ)。

2.2 仿真形設(shè)計(jì)與模塊化制造

現(xiàn)階段，公路設(shè)計(jì)行業(yè)信息化發(fā)展迅速，但在可視化程度以及與施工的關(guān)聯(lián)方面較為欠缺，所以在未來的公路養(yǎng)護(hù)發(fā)展中，仿真化設(shè)計(jì)發(fā)展迅速，通過整體化設(shè)計(jì)、實(shí)際運(yùn)營模擬，真正實(shí)現(xiàn)公路養(yǎng)護(hù)施工前對施工過程進(jìn)行全方位模擬，將前期設(shè)計(jì)前段與后期施工階段有機(jī)結(jié)合，提高了設(shè)計(jì)階段在養(yǎng)護(hù)全周期內(nèi)的作用。

隨著公路養(yǎng)護(hù)方案日益標(biāo)準(zhǔn)化，規(guī)范化，對于養(yǎng)護(hù)施工材料的要求日益清晰，在未來的公路智能養(yǎng)護(hù)領(lǐng)域中，根據(jù)數(shù)據(jù)化平臺對于公路病害數(shù)據(jù)的監(jiān)控采集，進(jìn)而依照設(shè)計(jì)方案確定養(yǎng)護(hù)材料，進(jìn)而對材料產(chǎn)品進(jìn)行模型定制化工廠制造，將各組件有序拼裝，大幅度縮短了材料生產(chǎn)周期，提高了養(yǎng)護(hù)工作效率。

2.3 全景化感知與大數(shù)據(jù)決策

公路養(yǎng)護(hù)方案的確定離不開全面可靠的檢測數(shù)據(jù)的支持，未來在公路養(yǎng)護(hù)領(lǐng)域?qū)⒔柚鞣N現(xiàn)代化信息技術(shù)，對道路交通通行狀態(tài)、公路實(shí)施狀況、道路周圍環(huán)境變化以及施工建造質(zhì)量等建立感知體系，通過固定化以及移動化監(jiān)測相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)信息化的全景公路行業(yè)感知體系。

傳統(tǒng)的公路養(yǎng)護(hù)方案決策主要依靠專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行人為決策，決策容易出現(xiàn)偏差，在未來決策中會主要依靠大數(shù)據(jù)分析進(jìn)行決策。在廣泛全面的采集準(zhǔn)確的公路信息后，結(jié)合病害道路的病害類型、病害級別、養(yǎng)護(hù)歷史、路域環(huán)境等養(yǎng)護(hù)相關(guān)數(shù)據(jù)，制定科學(xué)合理的日常養(yǎng)護(hù)計(jì)劃和緊急養(yǎng)護(hù)工程計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)決策下的綜合公路養(yǎng)護(hù)體系。

2.4 全方位應(yīng)急與精準(zhǔn)化服務(wù)

利用BIM、三維等信息技術(shù)建立公路數(shù)字化信息模型，借助北斗衛(wèi)星、無人機(jī)技術(shù)等建立公路行業(yè)全方位的感知體系，通過加強(qiáng)不同部門之間的數(shù)據(jù)分享建立不同部門信息共享平臺，形成綜合性的公路行業(yè)風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急處理體系。借助感知系統(tǒng)對危險(xiǎn)因素進(jìn)行采集，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行快速方案決策，制度有效的應(yīng)急措施，快速調(diào)集不同部門加以配合聯(lián)動，做好對危險(xiǎn)突發(fā)事件的快速應(yīng)急。在災(zāi)后對于危險(xiǎn)發(fā)生的原因，處理過程建設(shè)應(yīng)急處置模型，以此為基礎(chǔ)提前制定后續(xù)養(yǎng)護(hù)處理方案，大幅度提高了公路應(yīng)急處理的效率。

公路領(lǐng)域的發(fā)展是為了更好的服務(wù)于人民大眾，應(yīng)當(dāng)逐步實(shí)現(xiàn)公路信息化服務(wù)平臺，借助車載單臺等媒介及時(shí)將不涉及隱私的公路養(yǎng)護(hù)、調(diào)流等實(shí)時(shí)信息加以發(fā)布，滿足社會各類群眾各自的出現(xiàn)需求，更好的為人民群眾服務(wù)。

3 目前我國公路養(yǎng)護(hù)體系存在的問題

3.1 養(yǎng)護(hù)部門整體效率不高

在過去很長一段時(shí)間內(nèi)，我國公路建設(shè)處于黃金時(shí)期，大量的高速公路以及低等級公路被修建，逐漸形成了全面完整的交通網(wǎng)，但相比于公路建設(shè)，公路養(yǎng)護(hù)工作重視程度較低，發(fā)展尚不成熟，行業(yè)內(nèi)仍處于探索進(jìn)步階段。在公路養(yǎng)護(hù)部門人員的配備上，主要（基層）缺乏專業(yè)性的養(yǎng)護(hù)技能人才。老一輩的養(yǎng)護(hù)技術(shù)已跟不上現(xiàn)代交通的發(fā)展步伐。在偏遠(yuǎn)山區(qū)養(yǎng)護(hù)部門所采用的養(yǎng)護(hù)技術(shù)上，技術(shù)先進(jìn)程度低，養(yǎng)護(hù)質(zhì)量難以保證，造成養(yǎng)護(hù)后容易出現(xiàn)重復(fù)病害問題，病害無法得到根本性養(yǎng)護(hù)解決，整體工作效率不高。

3.2 人工操作效率低下

在以往的養(yǎng)護(hù)工作過程中，多以人工巡檢或是機(jī)器檢測后的人工數(shù)據(jù)整理，需要填寫大量的巡檢報(bào)表、病害匯總表、養(yǎng)護(hù)進(jìn)度表、檢測狀況表等數(shù)據(jù)表格，進(jìn)而對大量的紙質(zhì)報(bào)表進(jìn)行分析整理，需要耗費(fèi)大量的人力及時(shí)間來完成，并且由于人工整理不可避免的疏忽性，使得最終整理結(jié)果普遍存在著一定的不準(zhǔn)確性，養(yǎng)護(hù)工作效率十分低下。

3.3 養(yǎng)護(hù)體系缺乏規(guī)劃性

受傳統(tǒng)工作思維以及地區(qū)資金情況的影響，加之我國道路網(wǎng)密集，公路數(shù)量龐大，在我國很多地區(qū)的公路養(yǎng)護(hù)中仍是出現(xiàn)病害問題后才去進(jìn)行養(yǎng)護(hù)工作，十分缺乏主動預(yù)防性的日常養(yǎng)護(hù)計(jì)劃。在部分地區(qū)的公路養(yǎng)護(hù)管理中，雖然制定了日常養(yǎng)護(hù)計(jì)劃，但計(jì)劃制定的水平較低，缺乏系統(tǒng)性，并對養(yǎng)護(hù)工作完成情況缺乏評價(jià)，難以根據(jù)實(shí)際公路情況變化對計(jì)劃及時(shí)加以調(diào)整。

3.4 建設(shè)、管理、養(yǎng)護(hù)權(quán)責(zé)劃分不明確

在我國，公路作為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要部分，主要有政府主管部門進(jìn)行投資建設(shè)，在后期的管理及養(yǎng)護(hù)工作中，仍是由相關(guān)部門進(jìn)行負(fù)責(zé)。在這種建設(shè)、管理、養(yǎng)護(hù)工作集中的情況下，權(quán)責(zé)劃分不清，養(yǎng)護(hù)工作沒有明確的部門負(fù)責(zé)，養(yǎng)護(hù)計(jì)劃難以被有效開展執(zhí)行，且一旦發(fā)生安全事故，難以實(shí)現(xiàn)責(zé)任追究。

3.5 智能化及機(jī)械化程度有待加強(qiáng)

目前在道路的養(yǎng)護(hù)工作中，尤其是偏遠(yuǎn)地區(qū)的公路養(yǎng)護(hù)中，先進(jìn)機(jī)械化養(yǎng)護(hù)設(shè)備使用不足，養(yǎng)護(hù)工作效率不高。在養(yǎng)護(hù)工作中，智能化普及程度不高，在感知系統(tǒng)等數(shù)據(jù)采集方面仍不全面，難以為后續(xù)決策工作提供充分的數(shù)據(jù)保障。

4 高效公路智能養(yǎng)護(hù)體系的發(fā)展趨勢

4.1 加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)決策智能化與科學(xué)化

通過建立全面的智能感知系統(tǒng)，對公路病害的規(guī)模、類型、周圍環(huán)境等信息進(jìn)行全面采集，進(jìn)而通過BIM等信息技術(shù)搭建病害預(yù)測模型，加以智能分析公路運(yùn)行狀況，最終對不同路網(wǎng)道路狀況進(jìn)行評價(jià)預(yù)測，制定必要的日常養(yǎng)護(hù)工作計(jì)劃，當(dāng)嚴(yán)重病害出現(xiàn)時(shí)，借助大數(shù)據(jù)模型快速制定養(yǎng)護(hù)決策方案，提高決策的智能化。

4.2 加快GIS技術(shù)的普及運(yùn)用

公路病害問題的出現(xiàn)與其所在位置的地理環(huán)境、氣候條件息息相關(guān)，在后期日常養(yǎng)護(hù)方案及緊急養(yǎng)護(hù)措施制定過程中必須對公路周邊地理信息進(jìn)行把握，因此要加強(qiáng)在公路養(yǎng)護(hù)工作中GIS技術(shù)的運(yùn)用。通過GIS技術(shù)將公路運(yùn)轉(zhuǎn)狀況等信息與所處地理要素相關(guān)聯(lián)，使得在養(yǎng)護(hù)決策時(shí)通過此技術(shù)既可以查詢到不同路段的公路屬性，也可以利用路段編碼對路段對應(yīng)的地理信息進(jìn)行查詢，實(shí)現(xiàn)了將檢測系統(tǒng)所檢測到的道路病害信息顯示在可視電子地圖之中，有助于養(yǎng)護(hù)工作人員直觀的對公路病害狀況加以分析，進(jìn)而大幅度提高了決策工作的科學(xué)性。

4.3 借助新型科技提高決策檢測精度與效率

實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)決策科學(xué)高效化的前提使對道路狀況數(shù)據(jù)有著清晰全面的把握，進(jìn)而為養(yǎng)護(hù)決策提供基礎(chǔ)。一方面，要加強(qiáng)巡檢工作的機(jī)械化程度，對于巡檢工作內(nèi)容進(jìn)行整理，積極引入相關(guān)機(jī)械設(shè)備，投入到巡檢工作之中，減少人為檢測過程中檢測不準(zhǔn)確的影響，提高檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。另一方面，在日常養(yǎng)護(hù)巡檢車輛上，除了配備全球定位系統(tǒng)、高精度攝像儀器之外，增加紅外線感應(yīng)、高準(zhǔn)度傳感器以及超聲波感應(yīng)裝置，提高養(yǎng)護(hù)設(shè)備的科技水平，從而將不容易探索到的病害狀況加以收集，大幅度提高養(yǎng)護(hù)工作中自動檢測的全面性。

5 公路日常養(yǎng)護(hù)智能控制體系設(shè)計(jì)

5.1 公路日常養(yǎng)護(hù)智能控制體系養(yǎng)護(hù)流程研究

公路日常養(yǎng)護(hù)智能管理體系基于公路全周期角度加以展開，對養(yǎng)護(hù)周期全過程進(jìn)行整體把握，如圖5.1所示。第一步，借助GPS定位技術(shù)、超聲波技術(shù)等制造先進(jìn)化的日常巡檢裝備，對公路路況信息進(jìn)行采集。第二步，借助大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，對所采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類整理，對目前路況的性能加以評價(jià)。第三步，結(jié)合路況性能評價(jià)狀況，建立相關(guān)的預(yù)測模型，對路況性能加以預(yù)測。第四步，根據(jù)路況性能預(yù)測結(jié)果，結(jié)合道路所處地理環(huán)境狀況以及自身養(yǎng)護(hù)條件狀況，提出不同的養(yǎng)護(hù)方案，并通過BIM等技術(shù)對不同養(yǎng)護(hù)方案的效果加以分析，最終對養(yǎng)護(hù)計(jì)劃決策。第五步，根據(jù)養(yǎng)護(hù)計(jì)劃決策情況，實(shí)施日常養(yǎng)護(hù)計(jì)劃，開展定期養(yǎng)護(hù)與臨時(shí)檢查相結(jié)合的方式，及時(shí)對日常養(yǎng)護(hù)中發(fā)現(xiàn)的特殊情況進(jìn)行收集整理，上傳到數(shù)據(jù)系統(tǒng)之中。第六步，對日常養(yǎng)護(hù)工作中收集的信息進(jìn)行整理分析，結(jié)合前幾次的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行前后縱向?qū)Ρ确治?，對于出現(xiàn)的異常情況及時(shí)分析采取措施。另外，結(jié)合道路等級、使用年限等建立相同類型道路數(shù)據(jù)庫，將養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行橫向?qū)Ρ确治?。第七步，根?jù)養(yǎng)護(hù)結(jié)果分析情況，在后續(xù)的路況信息采集中加以特殊安排，提高路況信息采集的針對性，有助于提高公路日常養(yǎng)護(hù)智能管理體系工作效果。在整個(gè)公路日常養(yǎng)護(hù)智能管理體系中各模塊功能范圍。

5.1 日常養(yǎng)護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)分析

日常養(yǎng)護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)主要作用為搜集整理所以的道路日常養(yǎng)護(hù)信息，涵蓋了實(shí)時(shí)的道路狀況信息，歷史路況信息、空間信息、道路周邊綠化信息、橋梁及隧道的實(shí)時(shí)感應(yīng)信息、道路所處地區(qū)天氣狀況信息、氣象條件信息、養(yǎng)護(hù)設(shè)備工作狀況信息，養(yǎng)護(hù)材料使用狀況等一系列信息。例如霧天會對檢測車的工作造成影響，通過養(yǎng)護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)確定巡查車輛安全車速。

5.2 日常養(yǎng)護(hù)決策系統(tǒng)分析

根據(jù)日常養(yǎng)護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)所檢測到的一系列道路養(yǎng)護(hù)相關(guān)信息，通過大數(shù)據(jù)系統(tǒng)、智能決策算法等高科技決策技術(shù)，制定各條道路不同路段的日常養(yǎng)護(hù)工作計(jì)劃，通過定期的養(yǎng)護(hù)工作實(shí)現(xiàn)道路狀況始終處于良好狀態(tài)。另外，養(yǎng)護(hù)決策系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)變化，及時(shí)對日常養(yǎng)護(hù)計(jì)劃加以調(diào)整，從而不斷適應(yīng)新的路面狀況。

6 總結(jié)

隨著現(xiàn)代化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，公路養(yǎng)護(hù)工作逐步與互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)相接軌，公路發(fā)展朝著全景化感知、大數(shù)據(jù)決策、自動化作業(yè)、數(shù)字化存儲、全方位應(yīng)急、精準(zhǔn)化服務(wù)等方向發(fā)展。在目前的公路養(yǎng)護(hù)體系中仍存在缺乏系統(tǒng)性、效率低下等弊端，需要在日后依照由日常養(yǎng)護(hù)監(jiān)測、決策、調(diào)度系統(tǒng)組成的日常養(yǎng)護(hù)智能管理體系積極開展工作，實(shí)現(xiàn)公路養(yǎng)護(hù)工作的高效有序進(jìn)行。