陳志清

(福建省高速公路集團有限公司漳州管理分公司，福建 漳州 363005)

1 概述

公路養(yǎng)護管理是公路交通工作的基礎，對保障路網(wǎng)整體效能，促進公路交通更好地適應經(jīng)濟社會發(fā)展和人民群眾安全便捷出行具有十分重要的意義[1]。近年來，我國大力推動公路養(yǎng)護管理轉型發(fā)展，提出要統(tǒng)籌推進交通強國建設，積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+便捷交通”，借助先進的互聯(lián)網(wǎng)技術進行改革創(chuàng)新，促進服務提質升級，努力構建更加暢通、安全、智慧、綠色的公路交通網(wǎng)絡成為養(yǎng)護發(fā)展的必然趨勢。

現(xiàn)有的高速公路養(yǎng)護管理普遍采用傳統(tǒng)作業(yè)方式，存在以下不足。

①在開展高速公路網(wǎng)命名編號調整工作時，一般先對主要控制點進行放樣，確定其準確樁號，再采用人工滑滾輪、拉皮尺等方式逐個確定公里牌、百米樁的位置。里程樁號的確定主要采用人工方式，耗時長、易出錯，并且在通車高速公路上長時間步行存在較大安全風險。同時，由于長短鏈、彎道等因素的影響，采用該方法得到的非控制點里程樁號可能與實際位置存在較大偏差。

②道路設施損壞時，確定路損位置、收集路損施工信息、整理影像資料往往耗費大量的人力和時間，并且在整理過程中易出錯、遺漏。當特定位置再次出現(xiàn)損壞時，難以調取該位置的歷史損壞、維修記錄等信息，不利于養(yǎng)護對策的分析和制定。

③路面大中修從病害調查到設計、施工，往往耗時數(shù)個月以上時間。在此期間，在行車荷載和氣候條件作用下，路面病害程度可能已經(jīng)加深，施工單位進場后若直接按設計圖施工，可能導致病害處治不到位，影響?zhàn)B護工程質量。

④路面養(yǎng)護施工時的施工數(shù)據(jù)及影像資料的存檔、處理，仍主要采用人工收集整理方式，該方法效率低、無法隨時調取查看，不利于后續(xù)的工程檔案整理及調取，同時不利于同一位置路面再次損壞時的原因探查，影響針對性的處治措施的制定。

⑤指路標志、里程牌等交通標志受臺風等自然災害侵襲損毀后，由于缺乏數(shù)字化、可視化信息，需要恢復標志時，查找原來的版面內(nèi)容及結構類型資料往往較為困難，耗時耗力。

在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，電子信息技術和移動互聯(lián)網(wǎng)技術得到快速發(fā)展，為了優(yōu)化傳統(tǒng)作業(yè)流程、推進養(yǎng)護轉型升級、提高養(yǎng)護管理信息化水平，福建省高速公路集團有限公司漳州管理分公司開發(fā)了一套可實現(xiàn)里程樁號精準定位和資產(chǎn)可視化的高速公路智慧養(yǎng)護管理系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)內(nèi)核

高速公路智慧養(yǎng)護管理系統(tǒng)是采用高精度的GPS定位、人工智能、計算機圖形學等先進信息技術，結合工程測繪原理研發(fā)而成。管理平臺包含服務器端后臺、網(wǎng)頁版前端和手機App端三大模塊。服務器端后臺基于Spring MVC框架，采用具備高穩(wěn)定性的大型網(wǎng)站主流開發(fā)語言Java編寫，搭載性能卓越服務穩(wěn)定的開源Mysql數(shù)據(jù)庫。網(wǎng)頁版前端采用HTML5+CSS3+JavaScript等語言開發(fā)實現(xiàn)。手機端基于谷歌發(fā)布的集成開發(fā)工具Android Studio，采用Java、XML等語言構建。

“枕席而臥，則清泠之狀與目謀，瀯瀯之聲與耳謀，悠然而虛者與神謀，淵然而靜者與心謀?！奔矗骸罢硎囟P，清澈明凈的溪水使我眼目舒適，潺潺的水聲分外悅耳，那悠遠寥廓、恬靜幽深的境界使人心曠神怡。”

為了實現(xiàn)高速公路里程樁號的快速精準定位，首先，利用Android系統(tǒng)的原生API獲取精準的位置信息；然后，引入高速公路工程圖紙中的線形要素，結合谷歌的高精度電子地圖；最后，通過系統(tǒng)自研的核心算法，快速準確地計算出所在GPS位置信息對應的里程樁號，并利用大數(shù)據(jù)分析對計算樁號進行再次校正，進一步提升穩(wěn)定性和可靠性。

為了提升公路養(yǎng)護大中修方案制定的及時性、科學性和準確性，提高參與養(yǎng)護各方的溝通效率，該系統(tǒng)根據(jù)《公路瀝青路面養(yǎng)護設計規(guī)范》(JTG 5421-2018)和《公路技術狀況評定標準》(JTG 5210-2018)，定制研發(fā)了一套集快速的人工病害調查、自動化的路面破損指標PCI計算、智能化的維修方案推薦、即時精準的消息提醒、高效化的報表整理導出等功能的跨平臺軟件。

在電腦PC端采用BS(瀏覽器-服務器)架構，主要利用了Bootstrap、BootstrapTable、G2plot等主流開源web端框架以及阿里巴巴旗下螞蟻金服開發(fā)的G6圖可視化引擎，軟件維護和升級方便,只要能上網(wǎng)就能升級且不需要安裝額外的軟件，使用PC端瀏覽器就能夠使用該系統(tǒng)的各個功能。

在手機App端，由于需要頻繁使用樁號實時定位功能，為避免服務器壓力過大，該系統(tǒng)采用了CS(客戶機-服務器)架構，使得大部分的運算是在個人智能手機上運行,一方面降低了服務器的計算壓力，另一方面由于直接在個人智能手機上進行運算，減少了網(wǎng)絡通信的時間消耗，該系統(tǒng)的使用流暢性也得到了提高，改善了用戶的使用體驗。利用個人智能手機搭載的GPS定位芯片，配合基站、WLAN位置和系統(tǒng)自帶的樁號轉換算法進行里程樁號的實時高精度定位。采用了Luban圖片壓縮算法，能在保證圖片清晰度的條件下，將幾個MB甚至幾十個MB的圖片壓縮至200kB左右，節(jié)省大量的存儲空間，同時避免大量的應用數(shù)據(jù)導致個人手機卡頓。此外，該系統(tǒng)還使用了大量的移動端主流框架，如：Fastjson、Picasso、Okhttp、SmartTable、GlideImageLoader等，用來提高移動App端應用的穩(wěn)定性、可靠性以及美觀性，提高用戶的使用體驗。

為了提升公路資產(chǎn)管理的數(shù)字化、信息化水平，提高養(yǎng)護工作效率，該系統(tǒng)通過收集主要構造物及標志牌等資產(chǎn)的影像、GPS位置、施工參數(shù)及圖紙等信息，結合谷歌的高精度電子地圖，實現(xiàn)了公路資產(chǎn)的數(shù)字化管理和在電子地圖上的可視化。

3 主要功能

高速公路智慧養(yǎng)護管理系統(tǒng)主要包含路網(wǎng)改造、路損調查、動態(tài)設計、施工管理、工程量統(tǒng)計及變更管理、主要構造物及標志牌可視化六大模塊，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能

3.1 路網(wǎng)改造

該模塊需要先人工手持智能手機，到部分控制點(橋梁、隧道)采集該點位的經(jīng)緯度信息。區(qū)別于復雜的放樣流程，該方法操作簡單，僅需操作人員站在控制點上，打開已安裝在個人智能手機的App相應模塊即可，無需使用其他專業(yè)設備。采集到控制點的經(jīng)緯度信息，再導入公路路線平面圖中的直線、曲線、轉角數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)就能夠在地圖(如谷歌地圖、騰訊地圖、百度地圖、高德地圖等)上面繪制出高速公路路線圖，實現(xiàn)路線上所有點位的里程樁號的精準定位。使用時，養(yǎng)護人員僅需打開手機App，選擇路線、路幅后，即可實時顯示所處位置的里程樁號(在同一位置使用不同安卓手機、在不同時間的定位偏差不超過5米)，如圖2所示。選擇路牌類型并拍照保存后，系統(tǒng)即可自動計算該路牌位置的偏差值。

圖2 里程樁號實時精準定位

3.2 路損調查

圖3 路損調查錄入界面

3.3 動態(tài)設計

該模塊主要是為了解決路面大中修時，從病害調查、確定維修設計方案到施工的整個周期較長導致施工單位進場后因病害情況已加劇無法按圖施工的問題。為保證病害調查信息能真實反映當前的路面損壞情況，調查人員至少在施工的一天前，開展徒步病害調查，現(xiàn)場實時獲取病害位置準確樁號、拍攝病害照片、錄入病害信息到系統(tǒng)。該系統(tǒng)對上傳的病害調查數(shù)據(jù)進行自動整合歸檔，并結合《公路瀝青路面養(yǎng)護設計規(guī)范》以及《公路技術狀況評定標準》，自動計算出路面損壞指標PCI，如圖 4 、圖 5 所示。設計人員可參考系統(tǒng)計算出的路面損壞指標和路面病害影像，動態(tài)、科學地調整維修設計方案，監(jiān)理、業(yè)主單位通過該系統(tǒng)確認設計方案后，施工單位便可按此設計方案施工。從病害調查到施工單位開始施工這個流程可以縮短到數(shù)個小時內(nèi)[5]。

圖4 對病害調查數(shù)據(jù)自動整合，計算路面損壞指標PCI

圖5 病害調查數(shù)據(jù)及影像

3.4 施工管理

該模塊將病害調查、施工等數(shù)據(jù)與對應的GPS位置信息進行綁定，與現(xiàn)有的高精度電子地圖(如谷歌地圖、高德地圖、百度地圖、騰訊地圖等)結合，實現(xiàn)以下效果：在路面修復性養(yǎng)護完成后，養(yǎng)護人員在高速公路上巡查時，打開個人智能手機接入該系統(tǒng)。該系統(tǒng)便可通過所處位置的GPS信息，調取系統(tǒng)內(nèi)存檔的病害調查、施工數(shù)據(jù)的GPS位置信息，實時顯示養(yǎng)護人員所處位置一定范圍內(nèi)的路面養(yǎng)護施工前和施工后信息。再利用樁號與設計單位制定的維修方案進行關聯(lián)，便可實現(xiàn)對路面修復性養(yǎng)護前損壞情況、維修設計、養(yǎng)護施工情況以及路面現(xiàn)狀進行全程可視化跟蹤，實現(xiàn)路面再次損壞原因全程可追溯，為路面的再次損壞維修方案的制定提供數(shù)據(jù)支持。利用近幾年快速發(fā)展的Web端圖表可視化技術，在該系統(tǒng)上可以看到歷年的路面檢測指標PQI、PCI、RDI、SRI等可視化對比，以路面破損指標PQI為例，其效果圖如圖6所示。通過歷年數(shù)據(jù)對比，可以對路面的維修質量實現(xiàn)可視化跟蹤。在該顯示界面上，通過滑動下方的按鈕，可查看特定樁號范圍內(nèi)的相應路面指標。

圖6 某高速歷年路面破損指標PQI的可視化對比

3.5 工程量統(tǒng)計和變更管理

該模塊打破傳統(tǒng)作業(yè)方式存在的信息孤島。首先，將病害調查數(shù)據(jù)、路面維修方案、施工數(shù)據(jù)等全部錄入到該系統(tǒng)中。然后，利用該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合功能，以樁號作為紐帶，實現(xiàn)病害調查、維修方案、施工數(shù)據(jù)的關聯(lián)。最后，利用該系統(tǒng)的報表導出功能，一鍵自動導出整套工程變更報表。

該報表包含：工程變更申請書、病害明細表、病害調查影像資料、各段落的路面破損指標PCI及對應的病害統(tǒng)計數(shù)據(jù)、工程變更方案確認單、現(xiàn)場維修方案與原設計圖紙的對比表、工程變更數(shù)量確認單、施工數(shù)量與維修方案對比表、局部病害處治數(shù)量表、工程數(shù)量表以及對應的影像資料、工程變更令、新增單價申請批復單、工程變更費用申請批復單等。

為了讓參建各方隨時能了解到各類關鍵工程量統(tǒng)計數(shù)據(jù)和施工設計對比數(shù)據(jù)、工程完成進度等，該系統(tǒng)添加了施工工程量分類及實時統(tǒng)計功能，只要接入該系統(tǒng)，便可隨時查看到各類關鍵統(tǒng)計數(shù)據(jù)，更好地把握工程的進度。

3.6 主要構造物和標志牌可視化

該模塊由養(yǎng)護人員對路線上的所有橋梁、涵洞、隧道等主要構造物和標志牌進行里程樁號定位，拍攝實物影像并上傳，系統(tǒng)便可自動對數(shù)據(jù)進行整合，生成對應的報表，各類標志及主要構造物的數(shù)量、位置、影像資料一目了然，實現(xiàn)公路路產(chǎn)的數(shù)字化[6]。

此外，利用標志及主要構造物的GPS位置信息、現(xiàn)場拍攝的影像資料，結合高精度電子地圖和工程圖紙，該系統(tǒng)不僅將實物與其竣工圖進行了數(shù)據(jù)關聯(lián)，還創(chuàng)新地實現(xiàn)了各類標志及主要構造物在電子地圖上的可視化，無論是在手機或電腦上都可以隨時查看任意標志牌所在的位置、描述及影像資料，如圖7所示。

圖7 公路資產(chǎn)在電子地圖上的可視化

4 結論

高速公路智慧養(yǎng)護管理系統(tǒng)已在漳州管理分公司的日常養(yǎng)護、路面養(yǎng)護施工中得到了廣泛的運用，提高了工作效率和養(yǎng)護管理信息化水平。

①得益于里程樁號的快速精準定位，養(yǎng)護人員僅需打開手機App，即可實時顯示所處位置準確的里程樁號，無需花費時間通過找現(xiàn)場的公里牌和百米牌來推算樁號；養(yǎng)護人員發(fā)現(xiàn)路損時，可一鍵獲取里程樁號，智能提醒記錄路損情況，節(jié)省了現(xiàn)場記錄時間和事后整理上報時間，路損登記及修復流程運轉更為快速、便捷。

②在路面大中修養(yǎng)護施工時，運用該系統(tǒng)，從病害調查、維修方案制定及確認到施工整個流程更為迅速快捷，節(jié)省了工期；可實現(xiàn)對路面修復性養(yǎng)護前的損壞情況、維修設計、養(yǎng)護施工以及路面現(xiàn)狀進行全過程跟蹤，可對路面再次損壞原因進行追溯，為養(yǎng)護決策提供技術支持；可一鍵導出特定樁號范圍內(nèi)的工程量數(shù)據(jù)和工程變更報表，節(jié)約了大量的人力和時間，同時保證了數(shù)據(jù)的完整性和可靠性，為計量支付和后期審計工作提供便利。

③該系統(tǒng)實現(xiàn)了公路交通標志和主要結構物等公路資產(chǎn)在電子地圖上的可視化，借助系統(tǒng)可隨時查看交通標志的歷史信息，提高損毀重建工作效率和質量。

5 結束語

我國公路經(jīng)歷30年左右的快速建設后，正迎來一個公路養(yǎng)護維修高峰。我國長期以來的“重建輕養(yǎng)”觀念，導致公路養(yǎng)護基礎十分薄弱，養(yǎng)護任務艱巨，大量早期修建的公路陸續(xù)進入改擴建及大中修養(yǎng)護階段，養(yǎng)護費用的投入正在快速增長，養(yǎng)護費用將逐步超過建造費用。發(fā)展公路，必須堅持建、管、養(yǎng)并重原則。貫徹全壽命周期成本理念，開展科學規(guī)范的養(yǎng)護管理，加強養(yǎng)護管理創(chuàng)新，積極推進四新技術運用，才能提高公路的運行質量和經(jīng)濟效益[7]。

實踐證明，利用衛(wèi)星定位、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進信息技術開發(fā)的可實現(xiàn)里程樁號精準定位和資產(chǎn)可視化的高速公路智慧養(yǎng)護管理系統(tǒng)，具有廣闊的發(fā)展前景，能夠推動養(yǎng)護管理的轉型升級，對提高養(yǎng)護工作效率，降低養(yǎng)護成本、保障養(yǎng)護質量有極大促進作用。