文 鐘盛

陳軍 攝

近年來，BIM技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)迅猛發(fā)展，為新時(shí)代道路管理養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)優(yōu)化升級(jí)帶來了契機(jī)。不少專家、學(xué)者認(rèn)為，可以借助新技術(shù)建立健全道路資產(chǎn)的全壽命周期管理系統(tǒng)以及基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字孿生系統(tǒng)，移除“數(shù)據(jù)煙囪”，并以數(shù)據(jù)智能為驅(qū)動(dòng)，提高道路管養(yǎng)效率，節(jié)省管理養(yǎng)護(hù)成本，促進(jìn)道路管養(yǎng)從粗放式向精細(xì)化邁進(jìn)。

整體水平大幅提升，問題也不少!

自20世紀(jì)80年代起，我國(guó)對(duì)道路管理養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)從最開始的純?nèi)斯げ僮饔涗浖堎|(zhì)數(shù)據(jù)，開始向科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化、電子化、信息化、機(jī)械化方向發(fā)展，道路管理養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)在道路運(yùn)營(yíng)管理中的作用愈加凸顯。由于道路養(yǎng)護(hù)管理數(shù)據(jù)有較強(qiáng)的時(shí)間、空間特性，在應(yīng)用過程中需要將檢測(cè)數(shù)據(jù)與其進(jìn)行匹配處理，但目前我國(guó)傳統(tǒng)的“數(shù)據(jù)庫(kù)式”道路管理養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的記錄、統(tǒng)計(jì)，在指導(dǎo)道路管理養(yǎng)護(hù)實(shí)踐中還存在較多不便。再加上路政工作子系統(tǒng)繁多，各子系統(tǒng)間業(yè)務(wù)流程銜接較為松散，形成了“數(shù)據(jù)煙囪”，使得道路管理養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)未得到充分利用，導(dǎo)致資金、資源、人員配置效率低下。

目前，我國(guó)傳統(tǒng)的“數(shù)據(jù)庫(kù)式”道路管理養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的記錄、統(tǒng)計(jì)，在指導(dǎo)道路管理養(yǎng)護(hù)實(shí)踐中還存在較多不便。

此外，我國(guó)傳統(tǒng)的道路管理養(yǎng)護(hù)模式較為粗放，不少道路新建不久后便因路內(nèi)管線安裝等被迫再次開挖，使原有路面結(jié)構(gòu)遭到破壞，同時(shí)相關(guān)單位對(duì)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工作不夠重視，導(dǎo)致許多道路未達(dá)到設(shè)計(jì)年限就已發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞。綜上所述，優(yōu)化道路管理養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)，保護(hù)我國(guó)公路建設(shè)的發(fā)展成果，是一個(gè)迫在眉睫的難題。

道路管養(yǎng)“有心無力”，癥結(jié)在這里！

我國(guó)道路管理養(yǎng)護(hù)工作的數(shù)據(jù)采集及處理方面存在以下問題。

路面數(shù)據(jù)，供不應(yīng)求

當(dāng)前，我國(guó)道路數(shù)據(jù)采集的方式主要有：高精度自動(dòng)化設(shè)備檢測(cè)、半自動(dòng)化檢測(cè)、人工檢測(cè)等。其中，高精度自動(dòng)化設(shè)備檢測(cè)精度高、誤差小、自動(dòng)化程度高，可基本滿足我國(guó)高等級(jí)道路一年一檢的需求，但設(shè)備價(jià)格高昂、數(shù)量有限，無法實(shí)現(xiàn)道路檢測(cè)的全覆蓋；半自動(dòng)化檢測(cè)、人工檢測(cè)成本較低，但檢測(cè)效率不高，檢測(cè)過程中需要較長(zhǎng)時(shí)間封閉道路，對(duì)交通影響大，且檢測(cè)結(jié)果受人主觀意識(shí)影響強(qiáng)，數(shù)據(jù)較為離散，也無法滿足我國(guó)中低等級(jí)道路的檢測(cè)需求。綜合來看，我國(guó)道路健康數(shù)據(jù)采集存在較為突出的“供需矛盾”。

數(shù)據(jù)“不和”，利用率低

受招投標(biāo)、檢測(cè)資金等因素限制，道路管理養(yǎng)護(hù)單位一般會(huì)選擇多家檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行道路檢測(cè)，但不同機(jī)構(gòu)的檢測(cè)設(shè)備、檢測(cè)水平、數(shù)據(jù)處理方法均有所差別，采集的數(shù)據(jù)之間存在壁壘。此外，即便同一家檢測(cè)機(jī)構(gòu)使用同一設(shè)備采集路面數(shù)據(jù)，也會(huì)因?yàn)閿?shù)據(jù)采集車道和時(shí)間選擇的隨意性，導(dǎo)致檢測(cè)數(shù)據(jù)利用率偏低。

謊報(bào)數(shù)據(jù)，缺乏指導(dǎo)

一方面，由于監(jiān)管體制存在缺陷，部分道路管理養(yǎng)護(hù)單位的道路檢測(cè)數(shù)據(jù)存在虛報(bào)謊報(bào)的情況；另一方面，路面檢測(cè)結(jié)果與養(yǎng)護(hù)規(guī)劃、計(jì)劃、對(duì)策的脫節(jié)也使得檢測(cè)數(shù)據(jù)喪失了應(yīng)有的功能，無法為養(yǎng)護(hù)決策、預(yù)測(cè)分析提供基礎(chǔ)性支撐。

采集處理，效率不高

目前，我國(guó)道路健康信息采集的自動(dòng)化程度仍然偏低，即便使用高精度多功能檢測(cè)車，也需要在作業(yè)完成后人工轉(zhuǎn)儲(chǔ)檢測(cè)數(shù)據(jù)，而傳統(tǒng)的半自動(dòng)、人工檢測(cè)則需要人工錄入數(shù)據(jù)，不僅工作量巨大，效率受到限制，而且非常容易出現(xiàn)錯(cuò)錄、漏錄的情況，無法滿足大體量的道路養(yǎng)護(hù)檢測(cè)需求。

數(shù)據(jù)價(jià)值，挖掘不夠

數(shù)據(jù)采集的頻率低、范圍有限，后期處理效率低，導(dǎo)致收集的路面數(shù)據(jù)無法實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地反映路面健康狀況。此外，采集的路面數(shù)據(jù)一般只用來做簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)分析，且數(shù)量較少，無法與其他多元數(shù)據(jù)結(jié)合進(jìn)行深入的數(shù)據(jù)挖掘分析。以高速公路為例，高速公路的健康狀況檢測(cè)周期為一年，而交通量、氣溫、降雨等數(shù)據(jù)的檢測(cè)周期為7天甚至是1天，極度不對(duì)等的數(shù)據(jù)采集頻率妨礙了多元數(shù)據(jù)的融合分析，使得道路管理養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)價(jià)值未得到充分挖掘。

數(shù)據(jù)收集差點(diǎn)“火候”，新技術(shù)助力！

近年來，BIM技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)迅猛發(fā)展，為新時(shí)代道路管理養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)優(yōu)化升級(jí)帶來了契機(jī)。不少專家、學(xué)者認(rèn)為，可以借助新技術(shù)建立健全道路資產(chǎn)的全壽命周期管理系統(tǒng)以及基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字孿生系統(tǒng)，移除“數(shù)據(jù)煙囪”，并以數(shù)據(jù)智能為驅(qū)動(dòng)，提高道路管理養(yǎng)護(hù)效率，節(jié)省管養(yǎng)成本，促進(jìn)道路管養(yǎng)從粗放式向精細(xì)化邁進(jìn)。綜合國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究，筆者總結(jié)了未來道路管理養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)采集的發(fā)展趨勢(shì)。

裝配式鋪面+埋入式傳感器

裝配式鋪面技術(shù)是一種較理想的鋪面快速施工技術(shù)，在美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家有較為深入的研究與應(yīng)用。它將鋪面加工中耗時(shí)最長(zhǎng)的強(qiáng)度增長(zhǎng)過程放在預(yù)制廠進(jìn)行，待其強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，再運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，通過吊機(jī)進(jìn)行快速裝配，施工完成后即可開放交通。裝配式鋪面技術(shù)解決了道路材料養(yǎng)生期較長(zhǎng)與現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間較短之間的主要矛盾，實(shí)現(xiàn)了集中預(yù)制、分散安裝，具有可持續(xù)化、智能化、多功能化的特點(diǎn)，因此也是未來鋪面發(fā)展的重要方向。

裝配式鋪面的增長(zhǎng)過程發(fā)生在工廠中，為鋪面內(nèi)大規(guī)模集成傳感器提供了機(jī)會(huì)。鋪面內(nèi)可集成埋入式傳感器，如檢測(cè)傳感器、發(fā)熱傳感器、能量收集傳感器等，使鋪面板可監(jiān)測(cè)自身性能，自動(dòng)融冰雪、回收汽車能量；可集成車輛監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器及通訊傳感器，實(shí)時(shí)向行駛的車輛及交管部門反饋路面、交通信息。相較于傳統(tǒng)的道路檢測(cè)，“裝配式鋪面+埋入式傳感器”可實(shí)現(xiàn)對(duì)路面結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)采集的頻率將大幅提升，且采集數(shù)據(jù)均為力學(xué)性能數(shù)據(jù)，能直觀反映出路面的健康狀況。

相較于傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)埋入式傳感器，在裝配式鋪面集成埋入式傳感器可排除現(xiàn)場(chǎng)因素的干擾，保證傳感器的存活率及檢測(cè)精度，但“裝配式鋪面+埋入式傳感器”也存在不足：常規(guī)的應(yīng)力應(yīng)變傳感器價(jià)格昂貴，無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模鋪設(shè)；價(jià)格相對(duì)低廉的分布式光纖，其相關(guān)技術(shù)目前還處于研發(fā)階段，性能衰變及信號(hào)解調(diào)技術(shù)及有待進(jìn)一步優(yōu)化；此外，我國(guó)道路的裝配式鋪面技術(shù)處于起步階段，相關(guān)的設(shè)計(jì)方法及工藝還不成熟，現(xiàn)階段大范圍推廣的阻力較大。

無人機(jī)航拍

隨著無人機(jī)、數(shù)碼影像、通信等技術(shù)的成熟，無人機(jī)航拍在民用及工程測(cè)繪領(lǐng)域的應(yīng)用越來越普遍。無人機(jī)航拍具有靈活、安全性高、速度快、檢測(cè)范圍廣等特點(diǎn)，在飛行過程中可以隨時(shí)采集路面照片，并通過圖像拼接還原路面病害以及路面邊坡狀況，特別是在山區(qū)高填方、高挖方等路段，使用無人機(jī)進(jìn)行道路檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)極其明顯。由于無人機(jī)航拍檢查便捷高效，能避免檢查盲區(qū)，可以同時(shí)對(duì)不同項(xiàng)目進(jìn)行病害檢查，契合我國(guó)大體量的道路檢測(cè)需求，具有較好的應(yīng)用前景。

目前主流的路橋病害的檢測(cè)算法主要是基于圖像的閾值分析及邊緣檢測(cè)，無人機(jī)在空中拍攝的影像存在汽車、行人、陰影以及周遭雜物，路面病害在影像中所占的面積非常小，因此圖片中病害識(shí)別的速率與準(zhǔn)確率都會(huì)受到限制。由于無人機(jī)是在空中采集圖像數(shù)據(jù)，無法感知路面的顛簸，不能反饋橋頭跳車病害及路面平整度狀況。此外，無人機(jī)的續(xù)航、人員安全以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)回傳等問題還有待進(jìn)一步解決，使用無人機(jī)航拍輔助檢查還有待研究探索。

檢測(cè)設(shè)備輕量化+云計(jì)算

隨著硬件技術(shù)的迭代優(yōu)化，工業(yè)相機(jī)、紅外相機(jī)、加速度計(jì)、地雷達(dá)等檢測(cè)設(shè)備的性能越來越高，而且設(shè)備的體積、功耗越來越小，成本也越來越低，如果將這類輕量化的傳感器安裝于普通車輛上，車輛在行駛的過程中就可以對(duì)道路病害情況以及路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施情況進(jìn)行采集。

此外，隨著通信成本的降低及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，前端車載設(shè)備采集的數(shù)據(jù)可直接上傳至云端，通過云端強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)快速處理數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)路面病害，評(píng)價(jià)路面健康狀況，生成道路健康信息報(bào)表，方便道路管理養(yǎng)護(hù)部門統(tǒng)計(jì)工作量。若在清掃車、巡查車等普通車輛上大范圍安裝輕量化傳感器，即可形成“運(yùn)營(yíng)即檢測(cè)”的模式——道路管理養(yǎng)護(hù)部門不需要安排專門的道路巡檢車，通過普通車輛即可采集信息并及時(shí)感知路面病害的位置，進(jìn)而安排日常養(yǎng)護(hù)及應(yīng)急養(yǎng)護(hù)工作。

相對(duì)于傳統(tǒng)的高精度檢測(cè)，輕量化檢測(cè)設(shè)備采集的路面健康信息頻次和范圍可大幅提高，但輕量化檢測(cè)設(shè)備采集的數(shù)據(jù)相對(duì)簡(jiǎn)單，還只能作為高精度檢測(cè)設(shè)備的輔助檢測(cè)，指導(dǎo)日常小修小補(bǔ)。若要用輕量化檢測(cè)設(shè)備采集的路面健康數(shù)據(jù)預(yù)估道路壽命、指導(dǎo)道路的中長(zhǎng)期養(yǎng)護(hù)計(jì)劃，傳感器技術(shù)以及數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)還有較長(zhǎng)的路要走。

要將裝配式鋪面、無人機(jī)、輕量化檢測(cè)設(shè)備等新技術(shù)充分應(yīng)用于道路管理養(yǎng)護(hù)工作中，還需要相關(guān)部門加強(qiáng)政策引導(dǎo)及頂層設(shè)計(jì)，在施工管理、數(shù)據(jù)挖掘、結(jié)構(gòu)材料試驗(yàn)等方面做更多的儲(chǔ)備。

本刊記者 陳邦賢 攝

近年來，我國(guó)道路管理養(yǎng)護(hù)壓力不斷加大，道路檢測(cè)數(shù)據(jù)“供需不平衡”、數(shù)據(jù)利用效率低等問題突出。裝配式鋪面、無人機(jī)、輕量化檢測(cè)設(shè)備等新技術(shù)的出現(xiàn)為道路管理養(yǎng)護(hù)的大數(shù)據(jù)采集提供了新的思路，但要將上述新技術(shù)充分應(yīng)用于道路管理養(yǎng)護(hù)工作中，還需要相關(guān)部門加強(qiáng)政策引導(dǎo)及頂層設(shè)計(jì)，在施工管理、數(shù)據(jù)挖掘、結(jié)構(gòu)材料試驗(yàn)等方面做更多的儲(chǔ)備。