文/本刊記者 陳楠枰

清華大學(xué)土木工程系副教授、博導(dǎo)，交通工程與地球空間信息研究所副所長咼潤華（源清慧虹供圖）

“當(dāng)裝有交通基礎(chǔ)設(shè)施全自動檢測監(jiān)測設(shè)備的檢測車在路上行駛時，道路的各種損害將被自動圖像識別，各項性能檢測數(shù)據(jù)同步收集，經(jīng)系統(tǒng)處理后，用不同顏色代表不同道路狀況，展現(xiàn)于所經(jīng)過路徑。而這一切，都將呈現(xiàn)在車載的道路狀況指標(biāo)報表圖上?！?/p>

2021中國山區(qū)橋梁與隧道結(jié)構(gòu)安全技術(shù)交流會上，清華大學(xué)土木工程系副教授、博導(dǎo)，交通工程與地球空間信息研究所副所長咼潤華向與會嘉賓展示起令其引以為傲的交通基礎(chǔ)設(shè)施全自動檢測監(jiān)測技術(shù)。

交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的數(shù)字基建如何發(fā)展？咼潤華似乎抓到了頭緒。

行業(yè)吶喊交通基建數(shù)字化已成剛性需求

“在道路基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，截至2018年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，中國公路總里程已達(dá)美國公路總里程的2/3，高速公路里程規(guī)模居世界第一。中國交通基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展足以令世界驚嘆！”咼潤華表示。

但同時，在他看來，如今，中國推行的交通基礎(chǔ)設(shè)施全自動檢測與數(shù)字技術(shù)，依舊存在著碎片化數(shù)據(jù)采集與網(wǎng)級優(yōu)化決策管理相違背，人工參與數(shù)據(jù)采集效率低下使得可靠性降低，冗余圖片等數(shù)據(jù)龐大導(dǎo)致高效數(shù)據(jù)缺乏的行業(yè)現(xiàn)狀。

“例如，不少城市現(xiàn)有道路標(biāo)段劃分過細(xì)，路面分段瑣碎，導(dǎo)致了數(shù)據(jù)重復(fù)采集難以整合，有效可利用路面性能數(shù)據(jù)匱乏，后續(xù)區(qū)域路網(wǎng)管理難以實現(xiàn)。”

其中，咼潤華認(rèn)為，道路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化管理的關(guān)鍵因素在于數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)庫管理、性能建模、生命周期成本的量化分析、網(wǎng)絡(luò)級別的優(yōu)化、新改進(jìn)的養(yǎng)護(hù)方案以及材料的特性?！俺酥猓Y產(chǎn)價值量化、綜合管理系統(tǒng)和計算能力同樣缺一不可?！?/p>

顯然，智慧城市發(fā)展已經(jīng)對交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化形成了剛性需求，“數(shù)字基建將成為其中新核心。”咼潤華認(rèn)為，智能交通系統(tǒng)是未來交通的發(fā)展方向，是解決城市交通擁擠問題的關(guān)鍵措施之一?！霸谙到y(tǒng)工程綜合集成思想下，需集合智能技術(shù)為智慧城市奠定良好基礎(chǔ)。”

從國家頂層設(shè)計來看，2020年3月，中共中央政治局常務(wù)委員會召開會議提出，加快5G網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)度，“這預(yù)示著基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字基建成為新型基建的核心?！?/p>

咼潤華表示，交通基礎(chǔ)設(shè)施資產(chǎn)價值以萬億人民幣計，“在對其進(jìn)行運營管理時，如果能管理好、使用好、開發(fā)利用好這一優(yōu)良資產(chǎn)，勢必產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益?！?/p>

而在咼潤華看來，加強交通基礎(chǔ)設(shè)施全自動檢測監(jiān)測設(shè)備研發(fā)，同時以大數(shù)據(jù)平臺、道路信息模型為抓手，做好交通基礎(chǔ)設(shè)施資產(chǎn)管理，通過新型道路功能材料的研發(fā)與應(yīng)用構(gòu)建未來交通智慧道路，已經(jīng)成為了交通人的行業(yè)使命。

多點發(fā)力探究交通基建全自動檢測監(jiān)測

據(jù)悉，目前，圍繞交通基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)中的公路、隧道、城市道路與機(jī)場等，咼潤華所在的團(tuán)隊以交通基礎(chǔ)設(shè)施全自動檢測監(jiān)測、交通基礎(chǔ)設(shè)施資產(chǎn)管理及未來交通智慧道路為錨點，主要針對建設(shè)與養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)的新型功能材料、運營與管理層面的大數(shù)據(jù)設(shè)施運營決策平臺，以及檢測與監(jiān)測過程中的一體化道路與機(jī)場巡檢車進(jìn)行了多點研究發(fā)力。

透過案例展示，咼潤華分析，在進(jìn)行第一代交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化的過程中，應(yīng)對路面破損、護(hù)欄、標(biāo)線、路邊結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)凈空、標(biāo)識牌、行駛舒適度、橫截面/橫坡、地圖GIS進(jìn)行數(shù)據(jù)覆蓋?！袄绠?dāng)前人們熱切關(guān)注的路面坑洞、道路結(jié)構(gòu)承載力等問題，我們將其放在第二代的交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化里?！彼硎尽?/p>

在交通基礎(chǔ)設(shè)施全自動檢測監(jiān)測設(shè)備研發(fā)中，咼潤華團(tuán)隊將之分為了五大模塊，即破損圖像、環(huán)境圖像、雙DMI、粗糙度和三維紋理模塊。“在破損圖像模塊，我們對裂縫、車轍、擁包、坑槽、錯臺等路面性能進(jìn)行重點收集并實現(xiàn)了數(shù)字化存儲。環(huán)境圖像模塊由三維激光雷達(dá)和全景相機(jī)構(gòu)成，為實現(xiàn)自動駕駛所需，可以獲取高精度全景環(huán)境圖像及車體15m內(nèi)高密度深度數(shù)據(jù)，并主要針對類似信號線、護(hù)欄、公路邊坡等路旁資產(chǎn)進(jìn)行精細(xì)化的狀態(tài)比對和入庫管理?！?/p>

同時，咼潤華還提到了該設(shè)備中帶有定位、道路幾何結(jié)構(gòu)測量及獨立抗干擾功能的雙DMI模塊，“有時候，我們在對車輛進(jìn)行測量定位時并不能獲得非常精準(zhǔn)的位置信息，雙DMI模式就可以滿足這方面的需求。”

咼潤華身前的顯示屏上，一幅通過破損圖像模塊生成的路面三維重構(gòu)圖像躍然屏上。據(jù)悉，利用彩虹圖色差，路面三維信息彩虹圖像可展示路面三維高程圖中每個圖像像素的深度變化?！案叱虦y量分辨率可達(dá)0.01mm，足夠在圖像中直觀分辨路面標(biāo)線、道路接縫、路面變形和路沿石等道路信息?！?/p>

在咼潤華看來，在實時同步、全自動廣適應(yīng)的功能加持下，其全自動檢測監(jiān)測設(shè)備具備實時計算、多樣化檢測、病害定位、環(huán)境廣適應(yīng)、高適應(yīng)性數(shù)據(jù)格式、同步傳輸、全過程全自動處理的“特長”。

而基于以上技術(shù)優(yōu)勢，咼潤華團(tuán)隊主要將該交通基礎(chǔ)設(shè)施全自動檢測監(jiān)測設(shè)備應(yīng)用到了高等級公路狀況檢測評價，機(jī)場場道巡檢、管養(yǎng)專用車，智慧城市數(shù)字道路、橋隧等信息采集車，無人機(jī)搭載橋梁巡檢，低等級農(nóng)村路一體化快速檢測車等需求環(huán)境中。