海口白駒大道智慧道路設施數字化解構與編碼技術研究

李建強

（中交第四航務工程局有限公司，廣州 510290）

1 引言

2019 年，交通運輸部印發《數字交通發展規劃綱要》指出：以“數據鏈”為主線，構建數字化的采集體系，推動交通基礎設施規劃、設計、建造、養護、運行管理等全要素、全周期數字化，到2025 年，我國將基本實現智慧道路、智能交通在精準感知、精確分析等方面的全面提升[1]。美國于21 世紀初期實施的弗吉尼亞州智慧公路項目（Smart Road）開啟了美國智能公路設施的進程，立足于設施服役性態監測、自動駕駛等方向進行技術整合，應用在一段長2.2 英里（約3 540.56 m）的智慧道路[2]。從國內外進展來看，道路基礎設施的智慧化、數字化是智能公路建設、無人駕駛、智能交通等領域發展的必要先決條件。中國城市道路設施的管理功能分散，數字化程度不發達，在建的智慧道路感知數據類型多、數據種類多、數據體量大、數據格式不統一，建立一個統一的智慧道路設施解構與完備編碼管理體系，是當今我國道路設施數字化急需解決的問題[3]。

研究建立標準化的智慧道路設施編碼體系，對不同來源和形式的數據進行統一的編碼，為智慧道路設施數字化系統的開發和推廣提供基礎標準。對工程系統結構分解體系的探討分析；應用EBS 實現白駒大道智慧道路設施的分解、編碼、建立編碼體系，基于此設計建立智慧道路設施數據庫，開發智慧道路系統應用。

2 工程系統結構分解（EBS）體系研究

2.1 工程系統結構分解（EBS）編碼技術

我國目前在智慧道路及其信息編碼技術方面的應用經驗不足，行業內缺乏統一的編碼標準，各省市、甚至同區使用單位編碼方式差異性較大，沒有成熟、完善的統一編碼體系支持智慧道路項目的數字化編碼。在信息數字編碼體系中，目前應用較多的是工程系統結構分解編碼（Engineering Breakdown Structure，EBS）。EBS 以工程系統為對象，將工程的物理屬性結構進行逐層解分，對各層的所屬工程結構編碼，從而形成一套可以代表系統工程整體的編碼方式。國內外學者進行了大量EBS 數據編碼體系方面的應用研究，余健俊等[4]對EBS編碼和WBS 編碼方式的不同進行了對比研究，解釋了EBS編碼和WBS 編碼的特點以及2 種編碼方式在工程項目應用中的不同；羅艷芳等[5]針對目前推廣的數字編碼體系，主要研究了工程結構分解方法的不同框架，進一步完善了對工程結構分解編碼（EBS）的編碼方法；劉振邦[6]從橋梁結構為入手點，總結和歸納了橋梁建設工程中的各類信息體，涵蓋大量橋梁基礎信息的工程結構分解編碼方法，為橋梁結構的編碼和橋梁信息管理提供了基礎，利用BIM 技術，實現了橋梁結構信息的二維與三維的編碼映射，提高了編碼技術水平。EBS 方法可以完整地體現項目工程的特點及全功能、全要素的構成[7]，利用EBS，將道路從規劃、設計，到現場實施、運營運維，可以無遺漏、無偏差地聯系起來，在全壽命周期信息管理中發揮作用，可保證工程系統的完整性。

2.2 應用EBS 技術的智慧道路設施編碼方法

應用EBS 體系，實現對城市智慧道路工程的解構，形成多層級編碼（見圖1）。主要方法為：

圖1 智慧道路工程項目結構分解方法

1）將智慧道路工程項目中獨立功能部分分解形成子項目，例如，道路結構、道路面層、道路基層、供排水設施、供電設施、照明設施、桿件、視頻監控設施、公交站臺、園林綠化設施、護欄、標線標識、交通信號控制系統等；

2）依照工程項目本身的框架在分項下形成一系列子系統，例如，道路結構分為路基、橋梁、隧道、涵洞、地下通道，供排水設施分為供水管道、排水管道、河道設施、檢查井等；

3）對工程項目的最基本的支持構件要素進行層級劃分，直到子單元，再對子單元進行編碼，編碼項應考慮通用的元素：外觀尺寸、顏色、材質、位置、功能，同時也應考慮專用的元素：橋梁的結構形式、燈柱的制造廠家、井蓋的開啟狀態等。

例如，檢查井，細分為井體結構、井蓋、井蓋監測設備。每個檢查井的井蓋均進行獨立編碼，寫入數據庫表進行管理，精確到單個井蓋每分鐘的狀態，實時狀態反饋到軟件，從而提高市政道路設施管理的精細化水平。

對于已分解形成的各分項、子系統、構件要素，按照從頂層逐級向下的方式進行細分編碼，根據編碼規則，形成具有唯一標識和標志特征的編碼結構。在該編碼體系中，由上層向下層逐級順序編碼，各子類的編碼獨立且不重復，下一級子類屬于上一級。對于每一個編碼單元形成1 組編碼對應的屬性，屬性包括初始信息和變化更新的信息。在道路工程智慧化項目中，建議編碼規則包括：

1）每一層EBS 編碼一般由該級項目的英文縮寫標識，由2～4 位大寫英文字母組成；

2）編碼應包括項目的基本信息和擴展信息以及預留項等。

3 基于EBS 的白駒大道智慧道路設施編碼模型

海口白駒大道工程包括道路、綠化、智慧道路系統等部分。其中，智慧道路系統細分為智慧綜合感知系統、車路協同系統、井蓋管理系統、服務系統等。智慧道路綜合感知系統包括道路及附屬設施監測編碼、交通運行狀態監測編碼、道路環境監測編碼（見圖2）。

圖2 智慧道路設施編碼分類

3.1 道路及附屬設施監測編碼

細分為道路狀態監測、橋梁狀態監測、隧道狀態監測、交通工程設施狀態監測。此類編碼數據主要為開展道路及附屬設施的養護和運維提供數據支持。

3.1.1 道路狀態監測編碼

主要指標項包含路面動荷載、路面病害和路基異常等，其中路面病害包含路面裂縫、坑槽、車轍、擁包等，路基異常包含局部坍塌、路基沉降等。道路狀態監測EBS 編碼模型見表1。

表1 道路狀態監測編碼模型

3.1.2 橋梁狀態監測編碼

橋梁狀態監測（標識BR-）的主要指標項包含結構應力PRE、變形DIS、結構裂縫DIC、環境腐蝕COR、交通荷載WIM和結構溫度BTM 等。變形又分為水平位移HDIS、線性下撓DDIS 和基礎沉降SED。橋梁狀態監測編碼模型靜態信息包括橋梁名稱、橋梁位置；動態信息則為各類監測指標。

3.1.3 隧道（電纜溝）狀態監測編碼

隧道（電纜溝）狀態監測的主要指標項包含能見度VIS、CO 濃度CO、風速風向WND、亮度LT、火災FIR、積水深度DEP 和結構安全狀態STR 等。

3.1.4 交通工程設施狀態監測編碼

交通工程及沿線設施狀態監測（標識IFT-）的主要指標項為交安設施狀態，其中安全設施狀態監測SA；服務設施狀態監測SR；管理設施狀態監測MA；機電設備運行狀態包含設備供電狀態PWR、通信狀態CMM、防雷器狀態LTP、機箱開門狀態CA、箱內溫濕度TH 等。

3.2 交通運行狀態監測編碼

主要包含交通參數監測、交通事件檢測及車流運行監測，此類數據主要為制定道路管理措施、指揮調度等提供數據。

3.2.1 交通參數監測編碼

交通參數監測（標識TRPM-）的主要指標項包含交通量TRV、速度SPD、占有率LOC、車道LAN、車輛類型TYP、車輛長度LTH 等，支持按車道統計交通參數信息。

3.2.2 交通事件檢測測編碼

交通事件檢測（標識TREV-）的主要指標項宜包含交通擁堵JAM、異常停車PAK、違法變道LCH、路面污染PLU、拋灑物SPL等。

3.2.3 車流運行監測編碼

車流運行監測（標識TRRN-）的主要指標項包含車輛身份信息CAR、實時定位信息LCT、運行狀態信息OPR、行駛軌跡信息TRC 等。

3.3 道路環境監測編碼

道路運行環境監測（EV-）主要包含路面積水結冰監測、團霧監測以及溫度濕度監測等。此類數據主要為惡劣天氣預警、安全信息提示等提供數據支持。主要指標項包含能見度VIS、路面溫度RTM、路面狀態RST（干燥、潮濕、積水、結冰、積雪）、風速風向WND 等。

4 結語

本研究建立標準化的智慧道路設施編碼體系，為智慧道路設施系統的開發和推廣提供基礎標準。對工程系統結構分解（EBS）體系研究；開展智慧道路設施的分解、編碼，建立了一套完整的智慧道路設施編碼體系，包括道路及附屬設施監測、交通運行狀態監測設施、路運行環境監測設施等的EBS 編碼模型。提供對智慧道路設施解構與編碼。基于此，編碼體系建立了白駒大道智慧道路數據字典和數據庫，開發了智慧道路系統軟件，用于智慧道路數字化管理監管和維護，具有良好的應用價值。