唐宗明

摘 要：隨著養(yǎng)護道路里程不斷增長，傳統(tǒng)道路巡檢模式已無法滿足實際需求，文章基于新形勢下的人工智能技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，自動識別道路病害及病害分級，對道路健康狀況分析、養(yǎng)護決策分析及養(yǎng)護績效評估應用進行研究，以期能為道路養(yǎng)護技術(shù)發(fā)展提供一些參考。

關鍵詞：高頻檢測;可視化;自動化

中圖分類號：U41 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2020）11-023-04

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2020.11.012

1 研究背景

上海市管養(yǎng)道路里程已超過5 000km，新建道路增速逐漸趨于平緩，大量已有道路設施需要不斷的養(yǎng)護維修來保證全壽命周期內(nèi)的正常運營。由于道路設施體量大、交通負荷重，傳統(tǒng)道路檢測方法復雜、檢測數(shù)據(jù)覆蓋度低、更新時間長，難以有效支持養(yǎng)護維修決策使用。道路設施養(yǎng)護運管工作亟需一套經(jīng)濟高效、智能可靠的一體化集成解決方案。

因此，運用路面多維高頻檢測的大數(shù)據(jù)智能分析技術(shù)體系，結(jié)合傳統(tǒng)道路巡檢工作，豐富巡檢內(nèi)容、降低巡檢成本、實現(xiàn)全壽命周期養(yǎng)護，提高道路養(yǎng)護科學決策水平，提高道路管養(yǎng)效率，優(yōu)化公眾出行質(zhì)量，對推動城市精細化管理具有重要意義。

2 路面多維高頻檢測裝備

路面多維高頻檢測裝備可以基于輕量化復合傳感器及人工智能算法，進行路面病害及附屬設施的快速巡檢，建立高頻、快速、全覆蓋的道路設施健康巡檢體系，實現(xiàn)路面裂縫、坑槽、網(wǎng)狀裂縫、顛簸等病害以及路側(cè)標志標牌的識別及準確定位，降低路面健康巡檢對設備的高精尖要求，減輕人工巡檢的工作量[1]。同時，在采集的多維度路面健康數(shù)據(jù)基礎上，建立城市道路健康診斷平臺，構(gòu)建“路面損傷演化機理—多維高頻檢測裝備—智能養(yǎng)護運維系統(tǒng)”的閉環(huán)體系，在上海整體道路設施網(wǎng)絡及多地區(qū)高速公路系統(tǒng)中得到大規(guī)模推廣應用，路面多維高頻檢測裝備如圖1所示。

路面多維高頻檢測裝備的檢測流程如下：運用前端設備進行數(shù)據(jù)采集后，數(shù)據(jù)通過Wi-Fi上傳至信息中心服務器，進一步對數(shù)據(jù)進行篩選、整理，得到結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。之后，對數(shù)據(jù)進行分析處理，識別路面圖像中的病害內(nèi)容，數(shù)據(jù)處理流程圖如圖2所示。

3 路面多維高頻檢測裝備智能巡檢技術(shù)特點

該裝備通過專業(yè)相機、振動傳感器及高精度組合導航接收機，可采集路面病害數(shù)據(jù)、路面修補數(shù)據(jù)、路面顛簸數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù)等，具體采集內(nèi)容如下：

采集路面裂縫并預估裂縫長度、寬度;采集路面坑槽并預估坑槽尺寸;采集路面網(wǎng)狀裂縫，并預估網(wǎng)狀裂縫影響面積;采集路面修補，包括修補裂縫、修補坑槽、修補網(wǎng)狀裂縫;采集路內(nèi)窨井、識別伸縮縫;采集路面平整度數(shù)據(jù)及異常跳車點;采集路面高精度定位信息，設備采集內(nèi)容如圖3所示。

所采集的數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)分析識別，將自動生成路面破損情況、路面顛簸情況及道路健康巡檢報表，識別結(jié)果也可以根據(jù)實際需求導入可視化平臺進行展示。具體內(nèi)容包括：

路面破損情況：根據(jù)識別的路面表觀病害，預估路面破損狀況;路面顛簸情況：根據(jù)車載加速度傳感器，預估路面顛簸狀況;道路健康巡檢報表：導出路面病害巡查報表，包括病害的類型、圖片、預估的尺寸等信息。

4 路面多維高頻檢測裝備技術(shù)創(chuàng)新及優(yōu)勢

4.1 養(yǎng)護巡檢模式智能化、精細化

路面多維高頻檢測裝備突破了傳統(tǒng)人工巡檢模式效率低、周期長等局限性，能立即獲取路面坑槽數(shù)、坑槽面積、裂縫數(shù)、裂縫長度、最大裂縫寬度、網(wǎng)狀裂縫數(shù)、網(wǎng)狀裂縫面積、路面破損狀況、路面平整度狀況等道路技術(shù)狀況數(shù)據(jù)，為進一步養(yǎng)護施工部署提供理論依據(jù)。

4.2 實現(xiàn)路面養(yǎng)護決策的科學化

相比于人工巡檢，路面多維高頻檢測裝備對道路病害數(shù)據(jù)（數(shù)量、尺寸）的判定更為精確，可有效推動道路養(yǎng)護決策，提升路網(wǎng)整體質(zhì)量，為養(yǎng)護單位養(yǎng)護決策、資金合理分配等提供可靠的理論及數(shù)據(jù)分析平臺。

4.3 價格優(yōu)勢實現(xiàn)路面檢測的全覆蓋化、高頻化

基于路面多維高頻檢測裝備的價格優(yōu)勢與適用性，實際應用中可進行多車多點并行測量以滿足大體量的測量要求。由于檢測設備具有輕量、廉價的特點，可在我國各級公路及城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路檢測中廣泛推廣應用，實現(xiàn)路面檢測全覆蓋化、高頻化。

5 S20外環(huán)高速應用案例分析

5.1 設施概況

S20外環(huán)高速公路（浦西段）自徐浦大橋至外環(huán)隧道（K53+315-K97+111），全長約44km，全線設雙向8～10車道，設計時速80km/h～100km/h，日均車流量180 000輛/日。近年來，外環(huán)線車流量日益增加及客貨分離實施，導致路面病害日趨加重。

外環(huán)高速公路病害巡視主要以人工巡視為主，存在數(shù)據(jù)采集效率低、準確性不高等問題。同時，外環(huán)高速巨大的車流量也給巡視增添了難度。

綜合上述情況，路面多維高頻檢測裝備可以在外環(huán)高速公路進行深入的實際應用，提升路面病害的識別能力，并與傳統(tǒng)巡視方式進行結(jié)合，在使用過程中逐漸完善智能巡查模式的探索，形成一套經(jīng)濟、科學、有效、循環(huán)的維修養(yǎng)護機制。

5.2 路面多維高頻檢測裝備技術(shù)應用情況

外環(huán)高速項目部共配備2輛巡檢車安裝檢測裝備，每輛巡視車各配備1名駕駛員和1名設備操作人員。每日開展道路病害數(shù)據(jù)采集，巡視里程數(shù)超200km。每天采集的數(shù)據(jù)將被上傳至數(shù)字化管理中心服務器，次日中午前完成病害報告提交工作，設備安裝示意圖如圖4所示，外環(huán)數(shù)據(jù)采集點如圖5所示。

5.3 檢測數(shù)據(jù)分析及維修處置

根據(jù)每日巡檢后生成的數(shù)據(jù)，針對道路病害影響較大的坑槽和裂縫，可以安排技術(shù)人員對檢測裝備識別的病害照片進行人工對比和篩查，篩查內(nèi)容包括病害類型、病害尺寸、病害準確率等。隨后對病害實行分級管理，復核后對影響車輛安全行駛的坑槽和裂縫病害，以任務單方式及時組織維修，經(jīng)驗收合格后實現(xiàn)病害的銷項。對于絞縫、連續(xù)縫等病害，以申報整治計劃的方式，結(jié)合專項、小修、大修工程維修。

根據(jù)2輛巡檢車全線2號車道84km檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計周報顯示，檢測裝備識別定位與現(xiàn)場位置誤差為±10m，基本符合現(xiàn)場排查定位需求。2020年9月，在路面平整度整治工程中，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)對2號車道的路面裂縫、小型坑槽病害等進行了集中整治，共計整治病害40項，大大提高了路面質(zhì)量，外環(huán)線浦西段每日巡檢數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?所示，外環(huán)高速路面整治前后災害數(shù)據(jù)對比如圖6所示。

5.4 應用效果評價

5.4.1 社會效益

路面多維高頻檢測裝備項目充分借助云計算的技術(shù)優(yōu)勢，依托在市政道路維護和智慧城市建設中的多年大量經(jīng)驗，為道路巡檢和數(shù)據(jù)應用等方面效益的提升提供強有力的支持，在預期產(chǎn)生可觀經(jīng)濟效益的同時，也具有良好的社會效益，主要包括：

順應企業(yè)規(guī)模擴大、產(chǎn)業(yè)升級、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移和勞動力市場競爭加劇的需求，以更快速、更低廉的方式為社會培養(yǎng)高素質(zhì)人才，為促進地方就業(yè)做出貢獻。

通過本項目龐大的道路維護數(shù)據(jù)庫，向平臺用戶提供更合理的道路養(yǎng)護計劃，使道路養(yǎng)護更科學、更經(jīng)濟。

依托該平臺進行道路巡檢可節(jié)省人力、更高效，是建設智慧路網(wǎng)的重要組成部分。且不僅可以減少項目成本，也能為社會起到節(jié)能減排的作用，是一種綠色環(huán)保的應用方式。

該平臺借助可伸縮開放的云計算技術(shù)整合了各種資源，為道路數(shù)據(jù)資源的共享提供了一種更加節(jié)能的方式。而且通過云計算平臺也可以為企業(yè)節(jié)省很多后期的運維成本，做到更高效、更經(jīng)濟。

5.4.2 經(jīng)濟效益

在同等巡視頻次下，將傳統(tǒng)人工巡檢模式與路面多維高頻檢測裝備巡檢模式進行對比，結(jié)果如表2所示。

可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)人工巡檢模式需要大量人員、巡檢頻次高、周期長，直接成本及管理成本均較高，病害數(shù)據(jù)資料、匯總資料難于保存，缺乏量化病害描述，不便于管理總結(jié)。而路面多維高頻檢測裝備巡檢模式可顯著簡化巡檢隊伍、車輛、物資等成本的消耗，且具有靈活、快速、準確等特點，病害數(shù)據(jù)匯總直觀、有序、與圖像視頻結(jié)合，便于管理總結(jié)。

6 結(jié)語

針對傳統(tǒng)路面性能檢測技術(shù)耗時費力、價格昂貴等問題，在路面損傷與車路耦合振動機理研究的基礎上，建立了路面平整度、路表損傷、裂縫發(fā)育等多項關鍵評價指標的快速檢測方法，研發(fā)了輕量化路面行駛性能檢測裝備[2]。設備集成了基于車路耦合振動機理的車載分布式傳感模塊，建立了高頻多維的路面性能數(shù)據(jù)采集機制，實現(xiàn)了分布式傳感裝置的輕量化部署，提高了適用性。

路面多維高頻檢測裝備和智能養(yǎng)護技術(shù)，在S20外環(huán)高速公路（浦西段）進行了應用試驗。結(jié)果表明，新設備技術(shù)在提高道路病害檢測效率、精度的同時可以降低成本，具備良好的社會、經(jīng)濟效益。因此，建議在更多的道路設施中推廣應用。

參考文獻

[1] 常光照.車載輕量化道路智能巡檢系統(tǒng)產(chǎn)品研發(fā)及應用[J].中國公共安全（綜合版），2020（06）：28.

[2] 張清.杜豫川團隊協(xié)同創(chuàng)新大數(shù)據(jù)智能技術(shù)為我國道路養(yǎng)護保駕護航[J].中國科技產(chǎn)業(yè)，2020（06）：08.