面向長江堤防的智慧限行集成技術研究設想

張潔，居鴻洋，胡操，徐逸文

（1.南京市水務建設工程有限公司，江蘇 南京210011；2.南京振高建設有限公司，江蘇 南京 211300；3.南京市長江河道管理處，江蘇 南京210011）

近期，水利部先后出臺《關于大力推進智慧水利建設的指導意見》《智慧水利建設頂層設計》《“十四五”智慧水利建設規劃》《“十四五”期間推進智慧水利建設實施方案》等系列重要文件，全面部署智慧水利建設，并將數字孿生流域建設作為構建智慧水利體系、實現“四預”的重中之重。數字孿生流域是當下的研究熱點，河道堤防工程是其重要組成部分，“四預”的許多場景與河道堤防工程直接和間接相關，需要加強對堤防防汛道路管理的智慧化研究和探索，為數字孿生流域實現提供基礎部件支撐。

1 限行措施現狀與不足

南京市長江堤防約270km，歷經1988年達標建設、2010～2013年防洪能力提升建設、2015年城區濱江風光帶建設等，已全部達到防洪標準，在抵御洪水、保障南京市防洪安全方面發揮了巨大的作用。其中防洪能力提升段堤防長度約102km，以擋墻結合土堤型式為主，坡比1：3，墻高0.5～1m，堤頂寬度8m，堤頂設防汛道路，以瀝青路面為主。

1.1 限行措施現狀

考慮堤防道路等級相對市政交通標準低，抗壓能力弱，為避免超載車輛對防洪能力提升段堤防造成嚴重損壞，工程實施前后，建設單位及運行管理部門在上堤路口及堤頂部分位置設置了若干限寬路墩和限高桿（如圖1（a））。限寬路墩凈寬2.5m，設置后不可移動；限高桿凈高2.5m，非汛期關閉，汛期打開（如圖1（b））。

圖1 限寬路墩和限高桿現狀

1.2 存在的不足

2013年至今，上述堤防管理附屬設施在保障堤防安全運行方面發揮了重要作用，但綜合多年運行實踐及當前智慧水利建設要求，南京市長江堤防限行措施還存在以下幾方面的不足：

（1）堤防限行設施智慧化程度低。雖然南京市長江堤防防洪能力提升工程起步較早，但目前來看，智慧化限行有待提升。當前的堤防限行管理方式和手段傳統，不能達到遠程可視控制，已落后于智慧水利建設和發展要求，不能滿足智慧化管理的要求。

（2）不利于防汛及養護專用車輛通行。設置限寬路墩會在一定程度上對堤防工程防汛、養護、維修車輛的通行造成不便，此外每年都會耗費大量的人力物力財力進行管護，不僅未能帶來經濟價值，而且群眾認可度不高。

（3）安全冗余度有待進一步提高。現有的限寬路墩及限高桿外分別刷有反光油漆及粘貼反光條。長江堤防不同于市政道路，基本不設置照明設施。因此，當夜晚無外來光源或者外來光源較弱時，反光油漆的警示作用難以得到充分發揮。同時，現有限高桿單開設計且跨度大。長達5 個月的汛期，限高桿打開后一直成懸臂狀態，除容易發生一定的變形外，汛期出現的惡劣天氣也會造成橫梁發生旋轉，一旦橫梁旋轉至堤頂道路上部空間，將對來往行人和車輛安全構成一定威脅。

（4）堤防限行設施布置有待優化。現有大部分限行設施因防洪能力提升工程分期建設而分批設置，有待進一步優化研究。

2 國內外類似問題研究現狀與特點

2.1 國內外類似問題研究現狀

2.1.1 國內研究現狀

目前，國內的道路限行措施研究方向如下：

（1）固定式限高限寬。這是現階段道路中最主要的限行措施，包括限高桿和限寬墩。當車輛的高度和寬度超過限定的值即被禁止通行。該方式的優點在于能較好地對超載車輛進行管控，因其尺寸一般都遠大于限定的值。但因該種方式固定了通行高度和寬度，一旦需要調整限行高寬值時就需要重新調整布置；防汛緊急情況下，會對特殊應急車輛造成嚴重影響[1]。

（2）開關式限高限寬。開關式限高限寬，通過開關調整道路上的限高門架和限寬路墩來實現道路的限高和限寬。目前的主要應用形式有多功能一體式限高門架以及電液升降式路障[2]，可以相對靈活地對堤防防汛道路進行限行[3]，缺少智能控制單元，功能單一。

（3）電子式限高限寬。電子式限高限寬主要依靠裝置中的激光和紅外檢測器，當有超過限高和限寬值的車輛駛入，檢測器會及時發現并向控制器發送信號，控制設備會通過提示音和光線進行警示，告知限高限寬相關信息，達到限行目的[4-11]。

2.1.2 國外研究現狀

國外的道路限行措施研究與發展方向與國內不同，主要是簡易型和阻攔型[12]，包括交通警告裝置、伸縮路障、柔性路障、阻攔防撞路障等，更偏重于裝置的物理功能，缺少對裝置的控制和管理[13-18]。

2.2 國內外研究特點

綜上所述，國內外開展的類似問題研究都偏向于具體限行方式的創新和優化，沒有將其納入智慧水利大背景下，未能智慧化解決堤防道路防汛應急使用與常規使用的矛盾沖突，缺少對數字孿生流域建設的一些“四預”場景的數據和模型支撐。

3 “面向長江堤防的智慧限行集成技術”的研究設想

3.1 研究內容

“面向長江堤防的智慧限行集成技術”主要由自動升降式道閘、車牌識別、測高測速、信息播報、遠程控制、視頻監控、數據交換、一張圖指揮等子系統組成。通過車牌識別子系統識別系統內或系統外車輛，測高測速子系統測出車高和車速，并提供開關信號給自動升降式道閘，識別數據給信息播報子系統。自動升降式道閘子系統根據開關信號進行升降操作；信息播報子系統播報對應的聲音和文字。視頻監控子系統重點負責限行點的周界安全監控；遠程控制子系統負責遠程操作自動升降式道閘；數據交換子系統實現與其它業務系統的數據交換；一張圖指揮實現項目的可視化管理。

3.1.1 自動升降式道閘

開發集成一種可調節通行高度的升降式限高路障，需要提供反光或自發光能力，提高夜間行駛安全水平。

利用電液升降形成攔截效果，主要由路障箱、軸承座和電液推桿組成，路障箱的箱體為長方體的鋼結構件，在安裝路障處開挖并砌筑深溝槽以安裝電液升降式路障。該路障可承受爆炸、沖擊，能有效地阻止機動車闖卡實現路障可攔、可調、可控，使路障達到既能限制通行，又可調節通行的目的。

3.1.2 多系統的集成

實現自動升降式道閘、車牌識別、測高測速、信息播報、遠程控制、視頻監控、數據交換、一張圖指揮等子系統的綜合集成，包含現有業務系統、成熟系統、研發系統這三類系統的集成，根據相關子系統的特點采取合適的技術（同步機制、異步機制）來保障項目集成的可靠性。

3.1.3 數據的互聯互通

結合防汛應急指揮需求，實現與防汛應急指揮業務的無縫銜接，考慮采用數據共享交換的方式，實現相關業務的數據集成和深度挖掘，為可視化全要素展示提供數據保障，并提供數據快速獲取、搜索與推薦等功能。

3.1.4 基于水利一張圖實現管理可視化

基于水利一張圖實現堤防防汛道路管理可視化，布置點位直觀展示、數據快速查詢、遠程視頻監控，提高管理的智能化水平和運維管理的工作效率。

3.1.5 移動端管理

可通過移動端來進行自動升降式道閘的遠程控制和管理，實現管理人員的移動辦公需求。

3.2 擬需解決的關鍵問題

（1）需要現場踏勘調研，結合升降式道閘的型號參數，根據項目示范布設點周邊的接電和網絡環境現狀，選擇合適的設備型號和安裝方式；

（2）通過軟硬件系統集成，形成適用于堤防防汛道路智慧化限行的解決方案和數據標準，方便與智慧水利其它業務系統進行功能集成和數據共享。

4 結語

“面向長江堤防的智慧限行集成技術”的研究與應用，通過軟件總線技術實現各類軟件系統、硬件設備的集成，軟件系統、硬件之間功能解耦，可實現獨立替換升級；通過制定堤防防汛道路管理的數據開發規范，可實現與其它水利業務系統的數據交換；通過傳感器（視頻+語音）的數據采集，然后利用圖像智能識別、自然語言理解、防汛道路管理規則強化學習等技術，具備一定的智慧處理能力；能實現堤防管理由傳統的線下人工管理轉換為線上數字化管理，緊跟智慧水利的政策和方向，提升管理單位的數字化管理水平和運管能力；運營成本及社會效益方面具有優勢，可以進一步進行業務推廣。因此，無論從技術方面還是業務管理方面，“面向長江堤防的智慧限行集成技術”的研究與應用均具有一定意義。