邱 暾

(遼寧艾特斯智能交通技術(shù)有限公司 沈陽(yáng)市 110166)

截至2021年末遼寧省收費(fèi)公路里程4355km，遼寧省交通建設(shè)投資集團(tuán)負(fù)責(zé)遼寧省全域高速公路建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和養(yǎng)護(hù)，高速公路的養(yǎng)護(hù)主要分為道路養(yǎng)護(hù)和機(jī)電設(shè)施養(yǎng)護(hù)兩部分。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2021年底，遼寧省的高速公路配備有基本運(yùn)維人員超過(guò)1000名，需要重點(diǎn)監(jiān)控養(yǎng)護(hù)的對(duì)象包括1.3萬(wàn)座橋梁和30余萬(wàn)套機(jī)電設(shè)備進(jìn)行運(yùn)維。

1 高速公路養(yǎng)護(hù)現(xiàn)狀分析

1.1 公路基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)現(xiàn)狀

在高速公路基礎(chǔ)設(shè)施(路面、橋梁等)的養(yǎng)護(hù)方式上，目前高速公路巡檢，主要依靠人工巡查、拍照記錄的方式來(lái)完成，針對(duì)橋墩頂、橋梁底部、高陡邊坡等巡檢養(yǎng)護(hù)難度大的基礎(chǔ)設(shè)施，現(xiàn)階段養(yǎng)護(hù)采用特種作業(yè)車(chē)輛承載特種作業(yè)人員的方式，存在高空作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)和路邊?？寇?chē)輛極易造成交通擁堵、交通事故，并且部分基礎(chǔ)設(shè)施部位人員難以到達(dá)，存在檢測(cè)盲區(qū)，檢測(cè)效果不理想，導(dǎo)致很多基礎(chǔ)設(shè)施在無(wú)養(yǎng)護(hù)的情況下運(yùn)行。

在4G通信網(wǎng)絡(luò)中，因?yàn)槭艿絺鬏斔俾实挠绊?，無(wú)法將高于2K級(jí)別的高清攝像數(shù)據(jù)和大量的感應(yīng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸回指揮調(diào)度中，所以養(yǎng)護(hù)專家只能是事后導(dǎo)出數(shù)據(jù)，進(jìn)行二次研判，在采集數(shù)據(jù)存在質(zhì)量或時(shí)效問(wèn)題時(shí)需要再次核驗(yàn)的情況下，只能再次出動(dòng)巡檢，降低了養(yǎng)護(hù)效率。

1.2 公路機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)維現(xiàn)狀

首先，高速公路機(jī)電設(shè)施具有設(shè)施數(shù)量多且離散分布的特點(diǎn)。截至2021年，遼寧全省有超過(guò)200個(gè)收費(fèi)站、600個(gè)門(mén)架、200座隧道，70余個(gè)服務(wù)區(qū)分散在全省14個(gè)地市，4355km高速公路的重要節(jié)點(diǎn)。站點(diǎn)之間的距離在5～20km之間。要保證全省機(jī)電系統(tǒng)安全、及時(shí)可靠運(yùn)行，需要在全省設(shè)置多處運(yùn)維服務(wù)站，每個(gè)運(yùn)維服務(wù)站需配置各層次技術(shù)人員，其中專家型技術(shù)人員和專業(yè)技術(shù)人員因人員不足和人員成本過(guò)高，因此只能采用高層次技術(shù)人員的復(fù)用機(jī)制，安排高層次技術(shù)人員長(zhǎng)期奔波在各個(gè)故障現(xiàn)場(chǎng)，導(dǎo)致時(shí)間成本和人力成本過(guò)高，存在交通出行風(fēng)險(xiǎn)，尤其是在疫情防控期間，在限制人員跨區(qū)域活動(dòng)的情形下，故障修復(fù)的時(shí)間及質(zhì)量難以得到保障。

其次，高速公路機(jī)電設(shè)施的養(yǎng)護(hù)，具有故障響應(yīng)的及時(shí)性和高效性要求高的特點(diǎn)。2019年交通運(yùn)輸部在全國(guó)統(tǒng)一實(shí)施了取消省界收費(fèi)站項(xiàng)目[1]，相關(guān)機(jī)電設(shè)施遍布高速公路沿線，為提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，交通運(yùn)輸部要求系統(tǒng)0.5h定障，2h內(nèi)系統(tǒng)修復(fù)，以省為單位每天進(jìn)行系統(tǒng)完好率的全國(guó)排名。隨著交通運(yùn)輸部牽頭組織的取消省界收費(fèi)站項(xiàng)目和視頻云聯(lián)網(wǎng)等項(xiàng)目的順利實(shí)施，全國(guó)高速公路信息化一張網(wǎng)的建設(shè)目標(biāo)已初步形成，單點(diǎn)的設(shè)備或者系統(tǒng)故障極有可能影響到省內(nèi)其他站點(diǎn)，情況嚴(yán)重可能會(huì)在全國(guó)范圍內(nèi)產(chǎn)生影響。同時(shí)，隨著高速公路市場(chǎng)化建設(shè)和運(yùn)維模式的逐步推廣，運(yùn)維服務(wù)響應(yīng)的及時(shí)性與高效性已變得至關(guān)重要，急需通過(guò)高效率的智慧化手段縮短故障響應(yīng)和處置時(shí)間[2]。

2 高速公路智慧養(yǎng)護(hù)解決方案

針對(duì)現(xiàn)有高速公路養(yǎng)護(hù)工作中存在的問(wèn)題，在綜合了5G通信和AI技術(shù)之后，從實(shí)際使用場(chǎng)景出發(fā)，提出基于5G和AI技術(shù)的高速公路養(yǎng)護(hù)三個(gè)實(shí)際場(chǎng)景應(yīng)用。

(1)針對(duì)在高速公路基礎(chǔ)設(shè)施，尤其是橋梁和高坡等特殊位置的養(yǎng)護(hù)存在的問(wèn)題，為了提高養(yǎng)護(hù)時(shí)的人員和車(chē)輛的安全性，提高養(yǎng)護(hù)效率，提出“基于5G+無(wú)人機(jī)的高速公路養(yǎng)護(hù)應(yīng)用”。利用基于5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)超視距巡檢[3]，實(shí)時(shí)高清圖像回傳，云端智能分析。在信息采集方面，通過(guò)無(wú)人機(jī)搭載的高清攝像頭通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)回傳4K圖像。數(shù)據(jù)采集后將匯聚于云端服務(wù)器，利用部署在云端的圖像分析算法，初步篩查需要進(jìn)行維護(hù)的點(diǎn)位，按照智能分析結(jié)論，開(kāi)展預(yù)防性檢測(cè)和養(yǎng)護(hù)。運(yùn)用機(jī)器換人的手段，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)人員零配置，降低了養(yǎng)護(hù)操作風(fēng)險(xiǎn)，大量應(yīng)用人工智能提高養(yǎng)護(hù)檢測(cè)精度與監(jiān)測(cè)效率。

(2)針對(duì)高速公路機(jī)電設(shè)施維護(hù)的要求，為了提高故障響應(yīng)的及時(shí)性和高效性，實(shí)現(xiàn)專家人員更高效率的復(fù)用，結(jié)合現(xiàn)有的智能穿戴AR設(shè)備，提出“基于5G+AR+AI智能裝備的高速公路養(yǎng)護(hù)應(yīng)用”。在維護(hù)人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中通過(guò)單兵的AR眼鏡實(shí)現(xiàn)高清養(yǎng)護(hù)圖像回傳，智能云端迅速定位并匹配運(yùn)維方案，經(jīng)遠(yuǎn)程專家確認(rèn)后下發(fā)到AR眼鏡，實(shí)現(xiàn)專家人員與現(xiàn)場(chǎng)人員的音視頻融合互動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)人員通過(guò)AR眼鏡的標(biāo)記和指導(dǎo)精準(zhǔn)完成現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)工作。見(jiàn)圖1。

圖1 基于5G+AR+AI智能裝備的高速公路養(yǎng)護(hù)流程圖

(3)針對(duì)高速公路路面養(yǎng)護(hù)的要求，原通信網(wǎng)絡(luò)受限于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸速度，而無(wú)法實(shí)時(shí)回傳高清圖像并針對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理的問(wèn)題。提出“基于5G+智能巡檢車(chē)輛的高速公路養(yǎng)護(hù)應(yīng)用”。巡檢車(chē)輛通過(guò)搭載4K高清攝像機(jī)及無(wú)感探傷傳感器，借助5G網(wǎng)路連通云端的云計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)病害位置及類別與采集圖像位置精準(zhǔn)匹配[4]，目前圖像識(shí)別支持的病害包括：裂縫、水損壞、坑槽、泛油、松散、車(chē)轍、路面沉陷等。

通過(guò)以上三個(gè)應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)，在成本、效率、安全取得了明顯提升，初步實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)公路人工養(yǎng)護(hù)模式向5G+AI數(shù)字化養(yǎng)護(hù)模式的革命性升級(jí)。

3 架構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖2所示，5G和AI技術(shù)的公路智慧養(yǎng)護(hù)組網(wǎng)架構(gòu)采用了云邊端結(jié)合的架構(gòu)。首先，高速公路現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)端配置了“AR眼鏡”、“無(wú)人機(jī)”、“道路巡檢車(chē)輛”三類主要養(yǎng)護(hù)運(yùn)維硬件工具，通過(guò)高清圖像和無(wú)感探傷等各類傳感器，將感知的數(shù)據(jù)及高清圖像，通過(guò)融合搭建的5G專網(wǎng)實(shí)時(shí)回傳至云端平臺(tái)，在云端通過(guò)部署人工智能和高精度算法，以人工智能診斷為主，專家遠(yuǎn)程決策為輔，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)檢測(cè)實(shí)時(shí)性和養(yǎng)護(hù)策略精準(zhǔn)快速下發(fā)。為了進(jìn)一步降低通信時(shí)延，滿足前端設(shè)備對(duì)實(shí)時(shí)性的要求，通過(guò)沿線路側(cè)搭建的5G基站，利用高速公路已有專網(wǎng)系統(tǒng)，解決了廣域網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)延問(wèn)題。

圖2 基于5G和AI技術(shù)的公路智慧養(yǎng)護(hù)組網(wǎng)架構(gòu)圖

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)測(cè)算，在成本方面，減少了人員配置，減少了車(chē)輛及作業(yè)設(shè)備的采購(gòu)，有效降低運(yùn)維成本。在效率方面，在交通、診斷、維修和管理四個(gè)方面有了大幅度提升，通過(guò)AI決策為主，專家遠(yuǎn)程集中診斷為輔，綜合提升了養(yǎng)護(hù)效率61%；在安全方面，機(jī)器換人手段將安全風(fēng)險(xiǎn)防控點(diǎn)降低了49%。

將5G+智慧養(yǎng)護(hù)的成功經(jīng)驗(yàn)逐步融合應(yīng)用到交通設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)等項(xiàng)目全周期管理，培育交通行業(yè)數(shù)字化治理能力；同時(shí)推動(dòng)智慧高速和自動(dòng)駕駛的實(shí)施，加快數(shù)字交通的蝶變速度，助力數(shù)字中國(guó)、交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略落地。