公路智能化發展趨勢及日常養護智能控制體系設計研究

（涼山州布拖縣工具養護事業發展中心，四川 涼山 616350）

1 智能養護及公路養護智能控制體系概念分析

1.1 智能養護概念分析

公路智能養護是綜合利用目前先進的信息化技術，在全周期管理理論指導下集成技術、人員、設備、模型等實現公路養護全過程管理，實行主動性、高效性、智能性的預防性養護管理。

1.2 公路養護智能管理體系概念分析

公路養護智能管理體系即通過利用GIS、大數據庫等先進信息技術，實現集公路日常狀況的巡檢、評價及預測、實時監控、具體養護計劃制定、實時調度養護車輛及人員設備為一體的智能管理體系。

2 公路智能化發展趨勢探索

2.1 自動化作業與數字化存儲

隨著公路數據采集的更加全面，養護所需原材料日益標準化、養護裝備更加科技化，施工方案制定更加快速化、專業化，為公路養護自動化作業提供了充足的條件。目前，借助BIM等現代化信息技術軟件，可以將搜集的道路路面信息進行綜合處理，在實現道路表面的坑槽處理，表面裂縫維護處理上，快速自動制定出養護方案，確定出所需要養護材料類型及數量，進而計算出所需的養護裝備型號及規模，并可以對施工過程的組織順序，安全防控設施以及施工過程中實時的進度監控提供自動化管理，減少人為干擾，大幅度提高了養護工作效率。

在傳統的公路養護過程中，一般以公路建設后的竣工存儲資料為養護開展的基礎數據，但在目前公路養護日益復雜的背景下，傳統紙質材料不易查找，信息存儲不全面的劣勢日益凸顯。在這種情況下，公路養護數字化存儲日益重要，借助數字化模型，將公路建設自前期立項、可研開始的前期階段到最終的竣工驗收的全周期數據進行存儲，涵蓋設計施工圖紙、施工記錄，監測數據等一系列材料，借助航拍、三維等技術形成數字化模型，為后續養護提供基礎。

2.2 仿真形設計與模塊化制造

現階段，公路設計行業信息化發展迅速，但在可視化程度以及與施工的關聯方面較為欠缺，所以在未來的公路養護發展中，仿真化設計發展迅速，通過整體化設計、實際運營模擬，真正實現公路養護施工前對施工過程進行全方位模擬，將前期設計前段與后期施工階段有機結合，提高了設計階段在養護全周期內的作用。

隨著公路養護方案日益標準化，規范化，對于養護施工材料的要求日益清晰，在未來的公路智能養護領域中，根據數據化平臺對于公路病害數據的監控采集，進而依照設計方案確定養護材料，進而對材料產品進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周期，提高了養護工作效率。

2.3 全景化感知與大數據決策

公路養護方案的確定離不開全面可靠的檢測數據的支持，未來在公路養護領域將借助各種現代化信息技術，對道路交通通行狀態、公路實施狀況、道路周圍環境變化以及施工建造質量等建立感知體系，通過固定化以及移動化監測相結合的方式，實現信息化的全景公路行業感知體系。

傳統的公路養護方案決策主要依靠專家經驗進行人為決策，決策容易出現偏差，在未來決策中會主要依靠大數據分析進行決策。在廣泛全面的采集準確的公路信息后，結合病害道路的病害類型、病害級別、養護歷史、路域環境等養護相關數據，制定科學合理的日常養護計劃和緊急養護工程計劃，實現基于大數據決策下的綜合公路養護體系。

2.4 全方位應急與精準化服務

利用BIM、三維等信息技術建立公路數字化信息模型，借助北斗衛星、無人機技術等建立公路行業全方位的感知體系，通過加強不同部門之間的數據分享建立不同部門信息共享平臺，形成綜合性的公路行業風險應急處理體系。借助感知系統對危險因素進行采集，通過大數據技術進行快速方案決策，制度有效的應急措施，快速調集不同部門加以配合聯動，做好對危險突發事件的快速應急。在災后對于危險發生的原因，處理過程建設應急處置模型，以此為基礎提前制定后續養護處理方案，大幅度提高了公路應急處理的效率。

公路領域的發展是為了更好的服務于人民大眾，應當逐步實現公路信息化服務平臺，借助車載單臺等媒介及時將不涉及隱私的公路養護、調流等實時信息加以發布，滿足社會各類群眾各自的出現需求，更好的為人民群眾服務。

3 目前我國公路養護體系存在的問題

3.1 養護部門整體效率不高

在過去很長一段時間內，我國公路建設處于黃金時期，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，但相比于公路建設，公路養護工作重視程度較低，發展尚不成熟，行業內仍處于探索進步階段。在公路養護部門人員的配備上，主要（基層）缺乏專業性的養護技能人才。老一輩的養護技術已跟不上現代交通的發展步伐。在偏遠山區養護部門所采用的養護技術上，技術先進程度低，養護質量難以保證，造成養護后容易出現重復病害問題，病害無法得到根本性養護解決，整體工作效率不高。

3.2 人工操作效率低下

在以往的養護工作過程中，多以人工巡檢或是機器檢測后的人工數據整理，需要填寫大量的巡檢報表、病害匯總表、養護進度表、檢測狀況表等數據表格，進而對大量的紙質報表進行分析整理，需要耗費大量的人力及時間來完成，并且由于人工整理不可避免的疏忽性，使得最終整理結果普遍存在著一定的不準確性，養護工作效率十分低下。

3.3 養護體系缺乏規劃性

受傳統工作思維以及地區資金情況的影響，加之我國道路網密集，公路數量龐大，在我國很多地區的公路養護中仍是出現病害問題后才去進行養護工作，十分缺乏主動預防性的日常養護計劃。在部分地區的公路養護管理中，雖然制定了日常養護計劃，但計劃制定的水平較低，缺乏系統性，并對養護工作完成情況缺乏評價，難以根據實際公路情況變化對計劃及時加以調整。

3.4 建設、管理、養護權責劃分不明確

在我國，公路作為基礎設施建設的重要部分，主要有政府主管部門進行投資建設，在后期的管理及養護工作中，仍是由相關部門進行負責。在這種建設、管理、養護工作集中的情況下，權責劃分不清，養護工作沒有明確的部門負責，養護計劃難以被有效開展執行，且一旦發生安全事故，難以實現責任追究。

3.5 智能化及機械化程度有待加強

目前在道路的養護工作中，尤其是偏遠地區的公路養護中，先進機械化養護設備使用不足，養護工作效率不高。在養護工作中，智能化普及程度不高，在感知系統等數據采集方面仍不全面，難以為后續決策工作提供充分的數據保障。

4 高效公路智能養護體系的發展趨勢

4.1 加強養護決策智能化與科學化

通過建立全面的智能感知系統，對公路病害的規模、類型、周圍環境等信息進行全面采集，進而通過BIM等信息技術搭建病害預測模型，加以智能分析公路運行狀況，最終對不同路網道路狀況進行評價預測，制定必要的日常養護工作計劃，當嚴重病害出現時，借助大數據模型快速制定養護決策方案，提高決策的智能化。

4.2 加快GIS技術的普及運用

公路病害問題的出現與其所在位置的地理環境、氣候條件息息相關，在后期日常養護方案及緊急養護措施制定過程中必須對公路周邊地理信息進行把握，因此要加強在公路養護工作中GIS技術的運用。通過GIS技術將公路運轉狀況等信息與所處地理要素相關聯，使得在養護決策時通過此技術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的地理信息進行查詢，實現了將檢測系統所檢測到的道路病害信息顯示在可視電子地圖之中，有助于養護工作人員直觀的對公路病害狀況加以分析，進而大幅度提高了決策工作的科學性。

4.3 借助新型科技提高決策檢測精度與效率

實現養護決策科學高效化的前提使對道路狀況數據有著清晰全面的把握，進而為養護決策提供基礎。一方面，要加強巡檢工作的機械化程度，對于巡檢工作內容進行整理，積極引入相關機械設備，投入到巡檢工作之中，減少人為檢測過程中檢測不準確的影響，提高檢測數據的準確性。另一方面，在日常養護巡檢車輛上，除了配備全球定位系統、高精度攝像儀器之外，增加紅外線感應、高準度傳感器以及超聲波感應裝置，提高養護設備的科技水平，從而將不容易探索到的病害狀況加以收集，大幅度提高養護工作中自動檢測的全面性。

5 公路日常養護智能控制體系設計

5.1 公路日常養護智能控制體系養護流程研究

公路日常養護智能管理體系基于公路全周期角度加以展開，對養護周期全過程進行整體把握，如圖5.1所示。第一步，借助GPS定位技術、超聲波技術等制造先進化的日常巡檢裝備，對公路路況信息進行采集。第二步，借助大數據分析系統，對所采集的數據信息進行分類整理，對目前路況的性能加以評價。第三步，結合路況性能評價狀況，建立相關的預測模型，對路況性能加以預測。第四步，根據路況性能預測結果，結合道路所處地理環境狀況以及自身養護條件狀況，提出不同的養護方案，并通過BIM等技術對不同養護方案的效果加以分析，最終對養護計劃決策。第五步，根據養護計劃決策情況，實施日常養護計劃，開展定期養護與臨時檢查相結合的方式，及時對日常養護中發現的特殊情況進行收集整理，上傳到數據系統之中。第六步，對日常養護工作中收集的信息進行整理分析，結合前幾次的數據結果進行前后縱向對比分析，對于出現的異常情況及時分析采取措施。另外，結合道路等級、使用年限等建立相同類型道路數據庫，將養護數據結果進行橫向對比分析。第七步，根據養護結果分析情況，在后續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護智能管理體系工作效果。在整個公路日常養護智能管理體系中各模塊功能范圍。

5.1 日常養護監測系統分析

日常養護監測系統主要作用為搜集整理所以的道路日常養護信息，涵蓋了實時的道路狀況信息，歷史路況信息、空間信息、道路周邊綠化信息、橋梁及隧道的實時感應信息、道路所處地區天氣狀況信息、氣象條件信息、養護設備工作狀況信息，養護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，通過養護監測系統可以實現根據監測數據確定巡查車輛安全車速。

5.2 日常養護決策系統分析

根據日常養護監測系統所檢測到的一系列道路養護相關信息，通過大數據系統、智能決策算法等高科技決策技術，制定各條道路不同路段的日常養護工作計劃，通過定期的養護工作實現道路狀況始終處于良好狀態。另外，養護決策系統應當根據監測系統所提供的數據變化，及時對日常養護計劃加以調整，從而不斷適應新的路面狀況。

6 總結

隨著現代化信息網絡技術的發展，公路養護工作逐步與互聯網、物聯網相接軌，公路發展朝著全景化感知、大數據決策、自動化作業、數字化存儲、全方位應急、精準化服務等方向發展。在目前的公路養護體系中仍存在缺乏系統性、效率低下等弊端，需要在日后依照由日常養護監測、決策、調度系統組成的日常養護智能管理體系積極開展工作，實現公路養護工作的高效有序進行。