文/柏魯甬、石家福、汪海年、張琛、李元樂、劉勝蘭

1 前言

當(dāng)前，我國交通運(yùn)輸部門以及各地方公路管理部門都搭建了信息化管理系統(tǒng)，為公路運(yùn)營管理以及養(yǎng)護(hù)提供數(shù)據(jù)支撐，有效提高了我國的公路運(yùn)營管理水平以及養(yǎng)護(hù)工作效率。然而，目前這些信息化管理系統(tǒng)的功能主要集中在數(shù)據(jù)管理方面，包括路面信息、病害管理以及養(yǎng)護(hù)信息等，功能相對(duì)比較單一。鑒于此，我們需要構(gòu)建農(nóng)村公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)智能決策系統(tǒng)，通過對(duì)農(nóng)村公路瀝青路面進(jìn)行評(píng)估分析，實(shí)現(xiàn)路面養(yǎng)護(hù)決策的智能化以及自動(dòng)化，從而在保障養(yǎng)護(hù)質(zhì)量的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高路面養(yǎng)護(hù)工作效率。

2 農(nóng)村公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)智能決策系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

路面養(yǎng)護(hù)工作本質(zhì)上就是及時(shí)發(fā)現(xiàn)瀝青路面出現(xiàn)的病害，并制定出針對(duì)性的養(yǎng)護(hù)措施，使路面恢復(fù)健康的狀態(tài)。路面養(yǎng)護(hù)工作大致可分為信息采集、分析處理、實(shí)施以及結(jié)果反饋等幾個(gè)環(huán)節(jié)[1]。農(nóng)村公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)智能決策系統(tǒng)主要是為養(yǎng)護(hù)工作的實(shí)施提供決策輔助，因此必須要具備信息采集、分析處理、養(yǎng)護(hù)決策、過程記錄以及結(jié)果反饋功能，其中信息采集主要收集農(nóng)村公路瀝青路面的信息；分析處理環(huán)節(jié)主要通過對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息的處理，識(shí)別路面存在的病害；養(yǎng)護(hù)決策環(huán)節(jié)主要是根據(jù)病害的類型、特點(diǎn)、大小等制定出具體的養(yǎng)護(hù)方案；過程記錄環(huán)節(jié)主要是記錄養(yǎng)護(hù)方案實(shí)施的整個(gè)過程；結(jié)果反饋環(huán)節(jié)主要是記錄路面養(yǎng)護(hù)結(jié)果，以為后續(xù)養(yǎng)護(hù)工作提供參考[2]。

3 農(nóng)村公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)智能決策系統(tǒng)指標(biāo)評(píng)價(jià)體系

考慮到農(nóng)村地區(qū)公路設(shè)計(jì)等級(jí)低、車輛行駛速度低、行駛車輛少、大型車輛少等特點(diǎn)，在評(píng)估瀝青路面狀況時(shí)不考慮抗滑性能以及平整度，綜合評(píng)估分析路面狀況時(shí)僅從路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及路面破損狀況兩方面進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立如下：

3.1 路面破損狀況評(píng)估指標(biāo)

路面狀況指的是路面結(jié)構(gòu)保持完好的程度，是瀝青路面破損情況的直觀體現(xiàn)和反映。一般情況下，針對(duì)路面不同破損的類型以及破損程度，采用路面狀況指數(shù)（PCI）表示，計(jì)算公式如下：PCI= 100 - 15DR0.412；DR=∑∑DijKij/A；其中DR 表示路面綜合破損率；A 表示破損路段面積；Kij表示i 中破損類型、j 級(jí)破損嚴(yán)重程度換算系數(shù)，具體可參照表1；Dij表示i 中破損類型、j 級(jí)破損嚴(yán)重程度實(shí)際面積[3]。

表1 農(nóng)村公路瀝青路面破損換算系數(shù)表

3.2 路面結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)指標(biāo)

瀝青路面結(jié)構(gòu)承載性能指的是路面在達(dá)到預(yù)定的損壞狀況之前還能承受的行車載荷作用次數(shù)或者還能使用的年數(shù)[4]。通過該指標(biāo)可以確定瀝青路面的剩余使用壽命，對(duì)公路改建或者加鋪的時(shí)間進(jìn)行預(yù)判。路面結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)指標(biāo)（RPSI）的計(jì)算公式如下：；SSI=lR/l0；其中RPSI 表示路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)；l0表示路面實(shí)測彎沉，單位為mm；lR表示路面允許彎沉，單位為mm；a0表示模型參數(shù)，為15.71；a1表示模型參數(shù)，為5.19。

4 農(nóng)村公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)智能決策系統(tǒng)的構(gòu)建

近年來，隨著“村村通”工程的實(shí)施，農(nóng)村地區(qū)的路面基本都采用瀝青或者是混凝土，但無論采用的是哪種路面，描述路面性能一般都是根據(jù)平整度、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、破損狀況、耐久度以及抗滑性能等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估[5]。結(jié)合農(nóng)村地區(qū)公路的實(shí)際情況，本文只考慮路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及破損狀況兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，基于此，構(gòu)建農(nóng)村公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)智能決策系統(tǒng)，具體主要分為以下五大模塊：

4.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集模塊主要是負(fù)責(zé)收集包括路面建造信息、基礎(chǔ)參數(shù)以及巡檢信息等方面的數(shù)據(jù)信息，以便實(shí)時(shí)掌控路面的情況?？紤]到農(nóng)村地區(qū)范圍大，并且公路相對(duì)比較分散，如果采用人工巡檢的方式獲取路面信息，不僅效率低下，而且需要投入大量人力資源，因此，在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，擬主要采用航拍的形式獲取路面信息，同時(shí)拍攝路面高清圖片判斷路面當(dāng)前的狀態(tài)。此外，還可以根據(jù)路面附近居民或者過往車輛司機(jī)的報(bào)告獲取到路面病害信息，以掌握更全面的基礎(chǔ)資料。及時(shí)掌握全面的信息對(duì)于開展路面養(yǎng)護(hù)工作極為關(guān)鍵，它是確保養(yǎng)護(hù)工作高效進(jìn)行的重要前提，在本模塊設(shè)計(jì)中采用現(xiàn)代化技術(shù)手段，降低了人工采集的難度和強(qiáng)度，為識(shí)別路面病害以及判斷路面整體狀態(tài)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4.2 病害識(shí)別

病害識(shí)別模塊主要是對(duì)信息采集模塊收集的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行處理分析，通過識(shí)別航拍圖片以及相關(guān)信息報(bào)告，判斷路面存在的病害以及路面結(jié)構(gòu)狀態(tài)。為了提高病害識(shí)別的準(zhǔn)確度，在本模塊中除采用圖像識(shí)別技術(shù)外，還采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、深度學(xué)習(xí)技術(shù)以及大數(shù)據(jù)技術(shù)。通過多種現(xiàn)代化技術(shù)手段，可以提高數(shù)據(jù)信息處理分析的效率，同時(shí)準(zhǔn)確度也能得到保障，及時(shí)、準(zhǔn)確地識(shí)別出路面病害；在沒有有關(guān)病害類型的典型視頻圖片時(shí)，可通過對(duì)大量圖片基于聚類分析的方式加以處理，獲得疑似病害的圖片集等信息，然后通過人工再次確認(rèn)等方法，最終得到病害圖片，并確定路面病害所處位置。隨著后續(xù)路面病害信息的規(guī)模越來越大，在后續(xù)路面病害識(shí)別過程中，可將病害信息以及待識(shí)別信息在相同規(guī)則下進(jìn)行量化處理，并結(jié)合計(jì)算公式計(jì)算出待識(shí)別信息相似度，根據(jù)既定的相似度閾值對(duì)待識(shí)別信息進(jìn)行分類處理，最終輸出結(jié)果，具體流程如圖1 所示[6]。

4.3 智能化決策模塊

這是本系統(tǒng)的核心模塊，主要是負(fù)責(zé)根據(jù)信息采集模塊以及病害識(shí)別模塊的輸出結(jié)果制定出具有針對(duì)性的專業(yè)化養(yǎng)護(hù)方案，以指導(dǎo)路面養(yǎng)護(hù)工作的開展。首先，根據(jù)病害識(shí)別模塊輸出的結(jié)果，確定路面病害類型，然后對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行進(jìn)一步的處理分析，結(jié)合實(shí)地勘察結(jié)果，對(duì)路面病害范圍、嚴(yán)重程度、影響大小以及其他方面的因素做出準(zhǔn)確判斷；其次，參照我國現(xiàn)行的農(nóng)村公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)工作的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、法律法規(guī)以及政策條例等，結(jié)合病害路面位置的實(shí)際情況與周圍環(huán)境因素、人文因素等，對(duì)養(yǎng)護(hù)工作的工程量進(jìn)行預(yù)估，并做出資金規(guī)劃、人員安排、使用機(jī)械設(shè)備情況等相關(guān)事務(wù)的安排；最后，結(jié)合上述所有要素，輸出最終的養(yǎng)護(hù)決策方案，為實(shí)際工作的開展提供切實(shí)依據(jù)。

4.4 過程記錄

過程記錄模塊主要是負(fù)責(zé)記錄路面養(yǎng)護(hù)工作的全過程，完整記錄人力資源、物料、工期、資金使用以及施工安全等方面的信息，并與預(yù)定的養(yǎng)護(hù)方案進(jìn)行比對(duì)，適時(shí)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)預(yù)定方案進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

4.5 結(jié)果反饋

結(jié)果反饋模塊主要是負(fù)責(zé)收集病害路面養(yǎng)護(hù)工作完成的相關(guān)信息，包括養(yǎng)護(hù)工作完成后路面的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)以及破損狀況評(píng)估等，并對(duì)路面整體情況做出客觀評(píng)估，包括路面剩余使用壽命、潛在的隱患等，以便為后續(xù)的路面養(yǎng)護(hù)工作以及公路改建、加鋪等工作提供參考依據(jù)。此外，過程記錄模塊以及結(jié)果反饋模塊所收集的各項(xiàng)信息也能充實(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，再次識(shí)別到路面發(fā)生類似病害時(shí)，系統(tǒng)可以更快地做出反應(yīng)，并且輸出的養(yǎng)護(hù)決策方案更科學(xué)、更精準(zhǔn)。

5 結(jié)語

本系統(tǒng)充分結(jié)合農(nóng)村地區(qū)公路的特點(diǎn)和實(shí)際情況，對(duì)瀝青路面的評(píng)估指標(biāo)體系進(jìn)行了簡化；同時(shí)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，也不僅考慮到了當(dāng)前路面病害處理的需求，同時(shí)還考慮到了后續(xù)養(yǎng)護(hù)工作的需求，這對(duì)路面養(yǎng)護(hù)工作具有一定的價(jià)值。