淺談實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位和資產(chǎn)可視化的高速公路養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)

陳志清

(福建省高速公路集團(tuán)有限公司漳州管理分公司，福建 漳州 363005)

1 概述

公路養(yǎng)護(hù)管理是公路交通工作的基礎(chǔ)，對(duì)保障路網(wǎng)整體效能，促進(jìn)公路交通更好地適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民群眾安全便捷出行具有十分重要的意義[1]。近年來(lái)，我國(guó)大力推動(dòng)公路養(yǎng)護(hù)管理轉(zhuǎn)型發(fā)展，提出要統(tǒng)籌推進(jìn)交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)，積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+便捷交通”，借助先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行改革創(chuàng)新，促進(jìn)服務(wù)提質(zhì)升級(jí)，努力構(gòu)建更加暢通、安全、智慧、綠色的公路交通網(wǎng)絡(luò)成為養(yǎng)護(hù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

現(xiàn)有的高速公路養(yǎng)護(hù)管理普遍采用傳統(tǒng)作業(yè)方式，存在以下不足。

①在開(kāi)展高速公路網(wǎng)命名編號(hào)調(diào)整工作時(shí)，一般先對(duì)主要控制點(diǎn)進(jìn)行放樣，確定其準(zhǔn)確樁號(hào)，再采用人工滑滾輪、拉皮尺等方式逐個(gè)確定公里牌、百米樁的位置。里程樁號(hào)的確定主要采用人工方式，耗時(shí)長(zhǎng)、易出錯(cuò)，并且在通車(chē)高速公路上長(zhǎng)時(shí)間步行存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，由于長(zhǎng)短鏈、彎道等因素的影響，采用該方法得到的非控制點(diǎn)里程樁號(hào)可能與實(shí)際位置存在較大偏差。

②道路設(shè)施損壞時(shí)，確定路損位置、收集路損施工信息、整理影像資料往往耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間，并且在整理過(guò)程中易出錯(cuò)、遺漏。當(dāng)特定位置再次出現(xiàn)損壞時(shí)，難以調(diào)取該位置的歷史損壞、維修記錄等信息，不利于養(yǎng)護(hù)對(duì)策的分析和制定。

③路面大中修從病害調(diào)查到設(shè)計(jì)、施工，往往耗時(shí)數(shù)個(gè)月以上時(shí)間。在此期間，在行車(chē)荷載和氣候條件作用下，路面病害程度可能已經(jīng)加深，施工單位進(jìn)場(chǎng)后若直接按設(shè)計(jì)圖施工，可能導(dǎo)致病害處治不到位，影響?zhàn)B護(hù)工程質(zhì)量。

④路面養(yǎng)護(hù)施工時(shí)的施工數(shù)據(jù)及影像資料的存檔、處理，仍主要采用人工收集整理方式，該方法效率低、無(wú)法隨時(shí)調(diào)取查看，不利于后續(xù)的工程檔案整理及調(diào)取，同時(shí)不利于同一位置路面再次損壞時(shí)的原因探查，影響針對(duì)性的處治措施的制定。

⑤指路標(biāo)志、里程牌等交通標(biāo)志受臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害侵襲損毀后，由于缺乏數(shù)字化、可視化信息，需要恢復(fù)標(biāo)志時(shí)，查找原來(lái)的版面內(nèi)容及結(jié)構(gòu)類(lèi)型資料往往較為困難，耗時(shí)耗力。

在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，電子信息技術(shù)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到快速發(fā)展，為了優(yōu)化傳統(tǒng)作業(yè)流程、推進(jìn)養(yǎng)護(hù)轉(zhuǎn)型升級(jí)、提高養(yǎng)護(hù)管理信息化水平，福建省高速公路集團(tuán)有限公司漳州管理分公司開(kāi)發(fā)了一套可實(shí)現(xiàn)里程樁號(hào)精準(zhǔn)定位和資產(chǎn)可視化的高速公路智慧養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)內(nèi)核

高速公路智慧養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)是采用高精度的GPS定位、人工智能、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等先進(jìn)信息技術(shù)，結(jié)合工程測(cè)繪原理研發(fā)而成。管理平臺(tái)包含服務(wù)器端后臺(tái)、網(wǎng)頁(yè)版前端和手機(jī)App端三大模塊。服務(wù)器端后臺(tái)基于Spring MVC框架，采用具備高穩(wěn)定性的大型網(wǎng)站主流開(kāi)發(fā)語(yǔ)言Java編寫(xiě)，搭載性能卓越服務(wù)穩(wěn)定的開(kāi)源Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)。網(wǎng)頁(yè)版前端采用HTML5+CSS3+JavaScript等語(yǔ)言開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)。手機(jī)端基于谷歌發(fā)布的集成開(kāi)發(fā)工具Android Studio，采用Java、XML等語(yǔ)言構(gòu)建。

“枕席而臥，則清泠之狀與目謀，瀯瀯之聲與耳謀，悠然而虛者與神謀，淵然而靜者與心謀。”即：“枕石席地而臥，清澈明凈的溪水使我眼目舒適，潺潺的水聲分外悅耳，那悠遠(yuǎn)寥廓、恬靜幽深的境界使人心曠神怡。”

為了實(shí)現(xiàn)高速公路里程樁號(hào)的快速精準(zhǔn)定位，首先，利用Android系統(tǒng)的原生API獲取精準(zhǔn)的位置信息；然后，引入高速公路工程圖紙中的線(xiàn)形要素，結(jié)合谷歌的高精度電子地圖；最后，通過(guò)系統(tǒng)自研的核心算法，快速準(zhǔn)確地計(jì)算出所在GPS位置信息對(duì)應(yīng)的里程樁號(hào)，并利用大數(shù)據(jù)分析對(duì)計(jì)算樁號(hào)進(jìn)行再次校正，進(jìn)一步提升穩(wěn)定性和可靠性。

為了提升公路養(yǎng)護(hù)大中修方案制定的及時(shí)性、科學(xué)性和準(zhǔn)確性，提高參與養(yǎng)護(hù)各方的溝通效率，該系統(tǒng)根據(jù)《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 5421-2018)和《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG 5210-2018)，定制研發(fā)了一套集快速的人工病害調(diào)查、自動(dòng)化的路面破損指標(biāo)PCI計(jì)算、智能化的維修方案推薦、即時(shí)精準(zhǔn)的消息提醒、高效化的報(bào)表整理導(dǎo)出等功能的跨平臺(tái)軟件。

在電腦PC端采用BS(瀏覽器-服務(wù)器)架構(gòu)，主要利用了Bootstrap、BootstrapTable、G2plot等主流開(kāi)源web端框架以及阿里巴巴旗下螞蟻金服開(kāi)發(fā)的G6圖可視化引擎，軟件維護(hù)和升級(jí)方便,只要能上網(wǎng)就能升級(jí)且不需要安裝額外的軟件，使用PC端瀏覽器就能夠使用該系統(tǒng)的各個(gè)功能。

在手機(jī)App端，由于需要頻繁使用樁號(hào)實(shí)時(shí)定位功能，為避免服務(wù)器壓力過(guò)大，該系統(tǒng)采用了CS(客戶(hù)機(jī)-服務(wù)器)架構(gòu)，使得大部分的運(yùn)算是在個(gè)人智能手機(jī)上運(yùn)行,一方面降低了服務(wù)器的計(jì)算壓力，另一方面由于直接在個(gè)人智能手機(jī)上進(jìn)行運(yùn)算，減少了網(wǎng)絡(luò)通信的時(shí)間消耗，該系統(tǒng)的使用流暢性也得到了提高，改善了用戶(hù)的使用體驗(yàn)。利用個(gè)人智能手機(jī)搭載的GPS定位芯片，配合基站、WLAN位置和系統(tǒng)自帶的樁號(hào)轉(zhuǎn)換算法進(jìn)行里程樁號(hào)的實(shí)時(shí)高精度定位。采用了Luban圖片壓縮算法，能在保證圖片清晰度的條件下，將幾個(gè)MB甚至幾十個(gè)MB的圖片壓縮至200kB左右，節(jié)省大量的存儲(chǔ)空間，同時(shí)避免大量的應(yīng)用數(shù)據(jù)導(dǎo)致個(gè)人手機(jī)卡頓。此外，該系統(tǒng)還使用了大量的移動(dòng)端主流框架，如：Fastjson、Picasso、Okhttp、SmartTable、GlideImageLoader等，用來(lái)提高移動(dòng)App端應(yīng)用的穩(wěn)定性、可靠性以及美觀性，提高用戶(hù)的使用體驗(yàn)。

為了提升公路資產(chǎn)管理的數(shù)字化、信息化水平，提高養(yǎng)護(hù)工作效率，該系統(tǒng)通過(guò)收集主要構(gòu)造物及標(biāo)志牌等資產(chǎn)的影像、GPS位置、施工參數(shù)及圖紙等信息，結(jié)合谷歌的高精度電子地圖，實(shí)現(xiàn)了公路資產(chǎn)的數(shù)字化管理和在電子地圖上的可視化。

3 主要功能

高速公路智慧養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)主要包含路網(wǎng)改造、路損調(diào)查、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、施工管理、工程量統(tǒng)計(jì)及變更管理、主要構(gòu)造物及標(biāo)志牌可視化六大模塊，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能

3.1 路網(wǎng)改造

該模塊需要先人工手持智能手機(jī)，到部分控制點(diǎn)(橋梁、隧道)采集該點(diǎn)位的經(jīng)緯度信息。區(qū)別于復(fù)雜的放樣流程，該方法操作簡(jiǎn)單，僅需操作人員站在控制點(diǎn)上，打開(kāi)已安裝在個(gè)人智能手機(jī)的App相應(yīng)模塊即可，無(wú)需使用其他專(zhuān)業(yè)設(shè)備。采集到控制點(diǎn)的經(jīng)緯度信息，再導(dǎo)入公路路線(xiàn)平面圖中的直線(xiàn)、曲線(xiàn)、轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)就能夠在地圖(如谷歌地圖、騰訊地圖、百度地圖、高德地圖等)上面繪制出高速公路路線(xiàn)圖，實(shí)現(xiàn)路線(xiàn)上所有點(diǎn)位的里程樁號(hào)的精準(zhǔn)定位。使用時(shí)，養(yǎng)護(hù)人員僅需打開(kāi)手機(jī)App，選擇路線(xiàn)、路幅后，即可實(shí)時(shí)顯示所處位置的里程樁號(hào)(在同一位置使用不同安卓手機(jī)、在不同時(shí)間的定位偏差不超過(guò)5米)，如圖2所示。選擇路牌類(lèi)型并拍照保存后，系統(tǒng)即可自動(dòng)計(jì)算該路牌位置的偏差值。

圖2 里程樁號(hào)實(shí)時(shí)精準(zhǔn)定位

3.2 路損調(diào)查

圖3 路損調(diào)查錄入界面

3.3 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)

該模塊主要是為了解決路面大中修時(shí)，從病害調(diào)查、確定維修設(shè)計(jì)方案到施工的整個(gè)周期較長(zhǎng)導(dǎo)致施工單位進(jìn)場(chǎng)后因病害情況已加劇無(wú)法按圖施工的問(wèn)題。為保證病害調(diào)查信息能真實(shí)反映當(dāng)前的路面損壞情況，調(diào)查人員至少在施工的一天前，開(kāi)展徒步病害調(diào)查，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)獲取病害位置準(zhǔn)確樁號(hào)、拍攝病害照片、錄入病害信息到系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)上傳的病害調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)整合歸檔，并結(jié)合《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》以及《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》，自動(dòng)計(jì)算出路面損壞指標(biāo)PCI，如圖 4 、圖 5 所示。設(shè)計(jì)人員可參考系統(tǒng)計(jì)算出的路面損壞指標(biāo)和路面病害影像，動(dòng)態(tài)、科學(xué)地調(diào)整維修設(shè)計(jì)方案，監(jiān)理、業(yè)主單位通過(guò)該系統(tǒng)確認(rèn)設(shè)計(jì)方案后，施工單位便可按此設(shè)計(jì)方案施工。從病害調(diào)查到施工單位開(kāi)始施工這個(gè)流程可以縮短到數(shù)個(gè)小時(shí)內(nèi)[5]。

圖4 對(duì)病害調(diào)查數(shù)據(jù)自動(dòng)整合，計(jì)算路面損壞指標(biāo)PCI

圖5 病害調(diào)查數(shù)據(jù)及影像

3.4 施工管理

該模塊將病害調(diào)查、施工等數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的GPS位置信息進(jìn)行綁定，與現(xiàn)有的高精度電子地圖(如谷歌地圖、高德地圖、百度地圖、騰訊地圖等)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)以下效果：在路面修復(fù)性養(yǎng)護(hù)完成后，養(yǎng)護(hù)人員在高速公路上巡查時(shí)，打開(kāi)個(gè)人智能手機(jī)接入該系統(tǒng)。該系統(tǒng)便可通過(guò)所處位置的GPS信息，調(diào)取系統(tǒng)內(nèi)存檔的病害調(diào)查、施工數(shù)據(jù)的GPS位置信息，實(shí)時(shí)顯示養(yǎng)護(hù)人員所處位置一定范圍內(nèi)的路面養(yǎng)護(hù)施工前和施工后信息。再利用樁號(hào)與設(shè)計(jì)單位制定的維修方案進(jìn)行關(guān)聯(lián)，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)路面修復(fù)性養(yǎng)護(hù)前損壞情況、維修設(shè)計(jì)、養(yǎng)護(hù)施工情況以及路面現(xiàn)狀進(jìn)行全程可視化跟蹤，實(shí)現(xiàn)路面再次損壞原因全程可追溯，為路面的再次損壞維修方案的制定提供數(shù)據(jù)支持。利用近幾年快速發(fā)展的Web端圖表可視化技術(shù)，在該系統(tǒng)上可以看到歷年的路面檢測(cè)指標(biāo)PQI、PCI、RDI、SRI等可視化對(duì)比，以路面破損指標(biāo)PQI為例，其效果圖如圖6所示。通過(guò)歷年數(shù)據(jù)對(duì)比，可以對(duì)路面的維修質(zhì)量實(shí)現(xiàn)可視化跟蹤。在該顯示界面上，通過(guò)滑動(dòng)下方的按鈕，可查看特定樁號(hào)范圍內(nèi)的相應(yīng)路面指標(biāo)。

圖6 某高速歷年路面破損指標(biāo)PQI的可視化對(duì)比

3.5 工程量統(tǒng)計(jì)和變更管理

該模塊打破傳統(tǒng)作業(yè)方式存在的信息孤島。首先，將病害調(diào)查數(shù)據(jù)、路面維修方案、施工數(shù)據(jù)等全部錄入到該系統(tǒng)中。然后，利用該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合功能，以樁號(hào)作為紐帶，實(shí)現(xiàn)病害調(diào)查、維修方案、施工數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)。最后，利用該系統(tǒng)的報(bào)表導(dǎo)出功能，一鍵自動(dòng)導(dǎo)出整套工程變更報(bào)表。

該報(bào)表包含：工程變更申請(qǐng)書(shū)、病害明細(xì)表、病害調(diào)查影像資料、各段落的路面破損指標(biāo)PCI及對(duì)應(yīng)的病害統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、工程變更方案確認(rèn)單、現(xiàn)場(chǎng)維修方案與原設(shè)計(jì)圖紙的對(duì)比表、工程變更數(shù)量確認(rèn)單、施工數(shù)量與維修方案對(duì)比表、局部病害處治數(shù)量表、工程數(shù)量表以及對(duì)應(yīng)的影像資料、工程變更令、新增單價(jià)申請(qǐng)批復(fù)單、工程變更費(fèi)用申請(qǐng)批復(fù)單等。

為了讓參建各方隨時(shí)能了解到各類(lèi)關(guān)鍵工程量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和施工設(shè)計(jì)對(duì)比數(shù)據(jù)、工程完成進(jìn)度等，該系統(tǒng)添加了施工工程量分類(lèi)及實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)功能，只要接入該系統(tǒng)，便可隨時(shí)查看到各類(lèi)關(guān)鍵統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，更好地把握工程的進(jìn)度。

3.6 主要構(gòu)造物和標(biāo)志牌可視化

該模塊由養(yǎng)護(hù)人員對(duì)路線(xiàn)上的所有橋梁、涵洞、隧道等主要構(gòu)造物和標(biāo)志牌進(jìn)行里程樁號(hào)定位，拍攝實(shí)物影像并上傳，系統(tǒng)便可自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，生成對(duì)應(yīng)的報(bào)表，各類(lèi)標(biāo)志及主要構(gòu)造物的數(shù)量、位置、影像資料一目了然，實(shí)現(xiàn)公路路產(chǎn)的數(shù)字化[6]。

此外，利用標(biāo)志及主要構(gòu)造物的GPS位置信息、現(xiàn)場(chǎng)拍攝的影像資料，結(jié)合高精度電子地圖和工程圖紙，該系統(tǒng)不僅將實(shí)物與其竣工圖進(jìn)行了數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，還創(chuàng)新地實(shí)現(xiàn)了各類(lèi)標(biāo)志及主要構(gòu)造物在電子地圖上的可視化，無(wú)論是在手機(jī)或電腦上都可以隨時(shí)查看任意標(biāo)志牌所在的位置、描述及影像資料，如圖7所示。

圖7 公路資產(chǎn)在電子地圖上的可視化

4 結(jié)論

高速公路智慧養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)已在漳州管理分公司的日常養(yǎng)護(hù)、路面養(yǎng)護(hù)施工中得到了廣泛的運(yùn)用，提高了工作效率和養(yǎng)護(hù)管理信息化水平。

①得益于里程樁號(hào)的快速精準(zhǔn)定位，養(yǎng)護(hù)人員僅需打開(kāi)手機(jī)App，即可實(shí)時(shí)顯示所處位置準(zhǔn)確的里程樁號(hào)，無(wú)需花費(fèi)時(shí)間通過(guò)找現(xiàn)場(chǎng)的公里牌和百米牌來(lái)推算樁號(hào)；養(yǎng)護(hù)人員發(fā)現(xiàn)路損時(shí)，可一鍵獲取里程樁號(hào)，智能提醒記錄路損情況，節(jié)省了現(xiàn)場(chǎng)記錄時(shí)間和事后整理上報(bào)時(shí)間，路損登記及修復(fù)流程運(yùn)轉(zhuǎn)更為快速、便捷。

②在路面大中修養(yǎng)護(hù)施工時(shí)，運(yùn)用該系統(tǒng)，從病害調(diào)查、維修方案制定及確認(rèn)到施工整個(gè)流程更為迅速快捷，節(jié)省了工期；可實(shí)現(xiàn)對(duì)路面修復(fù)性養(yǎng)護(hù)前的損壞情況、維修設(shè)計(jì)、養(yǎng)護(hù)施工以及路面現(xiàn)狀進(jìn)行全過(guò)程跟蹤，可對(duì)路面再次損壞原因進(jìn)行追溯，為養(yǎng)護(hù)決策提供技術(shù)支持；可一鍵導(dǎo)出特定樁號(hào)范圍內(nèi)的工程量數(shù)據(jù)和工程變更報(bào)表，節(jié)約了大量的人力和時(shí)間，同時(shí)保證了數(shù)據(jù)的完整性和可靠性，為計(jì)量支付和后期審計(jì)工作提供便利。

③該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了公路交通標(biāo)志和主要結(jié)構(gòu)物等公路資產(chǎn)在電子地圖上的可視化，借助系統(tǒng)可隨時(shí)查看交通標(biāo)志的歷史信息，提高損毀重建工作效率和質(zhì)量。

5 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)公路經(jīng)歷30年左右的快速建設(shè)后，正迎來(lái)一個(gè)公路養(yǎng)護(hù)維修高峰。我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)的“重建輕養(yǎng)”觀念，導(dǎo)致公路養(yǎng)護(hù)基礎(chǔ)十分薄弱，養(yǎng)護(hù)任務(wù)艱巨，大量早期修建的公路陸續(xù)進(jìn)入改擴(kuò)建及大中修養(yǎng)護(hù)階段，養(yǎng)護(hù)費(fèi)用的投入正在快速增長(zhǎng)，養(yǎng)護(hù)費(fèi)用將逐步超過(guò)建造費(fèi)用。發(fā)展公路，必須堅(jiān)持建、管、養(yǎng)并重原則。貫徹全壽命周期成本理念，開(kāi)展科學(xué)規(guī)范的養(yǎng)護(hù)管理，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)管理創(chuàng)新，積極推進(jìn)四新技術(shù)運(yùn)用，才能提高公路的運(yùn)行質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益[7]。

實(shí)踐證明，利用衛(wèi)星定位、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)信息技術(shù)開(kāi)發(fā)的可實(shí)現(xiàn)里程樁號(hào)精準(zhǔn)定位和資產(chǎn)可視化的高速公路智慧養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)，具有廣闊的發(fā)展前景，能夠推動(dòng)養(yǎng)護(hù)管理的轉(zhuǎn)型升級(jí)，對(duì)提高養(yǎng)護(hù)工作效率，降低養(yǎng)護(hù)成本、保障養(yǎng)護(hù)質(zhì)量有極大促進(jìn)作用。