咼推動潤交華通：基礎設施全自動檢測和數字化管理

文/本刊記者 陳楠枰

清華大學土木工程系副教授、博導，交通工程與地球空間信息研究所副所長咼潤華（源清慧虹供圖）

“當裝有交通基礎設施全自動檢測監測設備的檢測車在路上行駛時，道路的各種損害將被自動圖像識別，各項性能檢測數據同步收集，經系統處理后，用不同顏色代表不同道路狀況，展現于所經過路徑。而這一切，都將呈現在車載的道路狀況指標報表圖上?！?/p>

2021中國山區橋梁與隧道結構安全技術交流會上，清華大學土木工程系副教授、博導，交通工程與地球空間信息研究所副所長咼潤華向與會嘉賓展示起令其引以為傲的交通基礎設施全自動檢測監測技術。

交通基礎設施領域的數字基建如何發展？咼潤華似乎抓到了頭緒。

行業吶喊交通基建數字化已成剛性需求

“在道路基礎設施領域，截至2018年的統計數據顯示，中國公路總里程已達美國公路總里程的2/3，高速公路里程規模居世界第一。中國交通基礎設施的發展足以令世界驚嘆！”咼潤華表示。

但同時，在他看來，如今，中國推行的交通基礎設施全自動檢測與數字技術，依舊存在著碎片化數據采集與網級優化決策管理相違背，人工參與數據采集效率低下使得可靠性降低，冗余圖片等數據龐大導致高效數據缺乏的行業現狀。

“例如，不少城市現有道路標段劃分過細，路面分段瑣碎，導致了數據重復采集難以整合，有效可利用路面性能數據匱乏，后續區域路網管理難以實現。”

其中，咼潤華認為，道路基礎設施數字化管理的關鍵因素在于數據采集與數據庫管理、性能建模、生命周期成本的量化分析、網絡級別的優化、新改進的養護方案以及材料的特性?！俺酥猓Y產價值量化、綜合管理系統和計算能力同樣缺一不可。”

顯然，智慧城市發展已經對交通基礎設施數字化形成了剛性需求，“數字基建將成為其中新核心?！眴J潤華認為，智能交通系統是未來交通的發展方向，是解決城市交通擁擠問題的關鍵措施之一?！霸谙到y工程綜合集成思想下，需集合智能技術為智慧城市奠定良好基礎?！?/p>

從國家頂層設計來看，2020年3月，中共中央政治局常務委員會召開會議提出，加快5G網絡、數據中心等新型基礎設施建設進度，“這預示著基礎設施的數字基建成為新型基建的核心?！?/p>

咼潤華表示，交通基礎設施資產價值以萬億人民幣計，“在對其進行運營管理時，如果能管理好、使用好、開發利用好這一優良資產，勢必產生巨大的經濟效益。”

而在咼潤華看來，加強交通基礎設施全自動檢測監測設備研發，同時以大數據平臺、道路信息模型為抓手，做好交通基礎設施資產管理，通過新型道路功能材料的研發與應用構建未來交通智慧道路，已經成為了交通人的行業使命。

多點發力探究交通基建全自動檢測監測

據悉，目前，圍繞交通基礎設施行業中的公路、隧道、城市道路與機場等，咼潤華所在的團隊以交通基礎設施全自動檢測監測、交通基礎設施資產管理及未來交通智慧道路為錨點，主要針對建設與養護環節的新型功能材料、運營與管理層面的大數據設施運營決策平臺，以及檢測與監測過程中的一體化道路與機場巡檢車進行了多點研究發力。

透過案例展示，咼潤華分析，在進行第一代交通基礎設施數字化的過程中，應對路面破損、護欄、標線、路邊結構、結構凈空、標識牌、行駛舒適度、橫截面/橫坡、地圖GIS進行數據覆蓋?！袄绠斍叭藗儫崆嘘P注的路面坑洞、道路結構承載力等問題，我們將其放在第二代的交通基礎設施數字化里?！彼硎?。

在交通基礎設施全自動檢測監測設備研發中，咼潤華團隊將之分為了五大模塊，即破損圖像、環境圖像、雙DMI、粗糙度和三維紋理模塊?！霸谄茡p圖像模塊，我們對裂縫、車轍、擁包、坑槽、錯臺等路面性能進行重點收集并實現了數字化存儲。環境圖像模塊由三維激光雷達和全景相機構成，為實現自動駕駛所需，可以獲取高精度全景環境圖像及車體15m內高密度深度數據，并主要針對類似信號線、護欄、公路邊坡等路旁資產進行精細化的狀態比對和入庫管理?！?/p>

同時，咼潤華還提到了該設備中帶有定位、道路幾何結構測量及獨立抗干擾功能的雙DMI模塊，“有時候，我們在對車輛進行測量定位時并不能獲得非常精準的位置信息，雙DMI模式就可以滿足這方面的需求?！?/p>

咼潤華身前的顯示屏上，一幅通過破損圖像模塊生成的路面三維重構圖像躍然屏上。據悉，利用彩虹圖色差，路面三維信息彩虹圖像可展示路面三維高程圖中每個圖像像素的深度變化?！案叱虦y量分辨率可達0.01mm，足夠在圖像中直觀分辨路面標線、道路接縫、路面變形和路沿石等道路信息?！?/p>

在咼潤華看來，在實時同步、全自動廣適應的功能加持下，其全自動檢測監測設備具備實時計算、多樣化檢測、病害定位、環境廣適應、高適應性數據格式、同步傳輸、全過程全自動處理的“特長”。

而基于以上技術優勢，咼潤華團隊主要將該交通基礎設施全自動檢測監測設備應用到了高等級公路狀況檢測評價，機場場道巡檢、管養專用車，智慧城市數字道路、橋隧等信息采集車，無人機搭載橋梁巡檢，低等級農村路一體化快速檢測車等需求環境中。