劉玲慧,賀新光

(蘇交科集團(tuán)股份有限公司,江蘇 南京 210000)

0 引言

經(jīng)歷幾十年的傳統(tǒng)基建高潮后,我國(guó)迎來(lái)了信息數(shù)字化的新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展期。 2020 年8 月交通運(yùn)輸部下發(fā)的《關(guān)于推動(dòng)交通運(yùn)輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)文件》把智慧公路建設(shè)作為重要任務(wù)之一。公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化建設(shè)的具體方向包括:(1)基于實(shí)景可測(cè)技術(shù)的公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化采集;(2)利用GIS、BIM、高精地圖等新興技術(shù)的公路基礎(chǔ)設(shè)施三維數(shù)字化呈現(xiàn);(3)針對(duì)公路重要結(jié)構(gòu)物的全生命周期健康性能監(jiān)測(cè);(4)涵蓋“建管養(yǎng)”全生命周期的公路資產(chǎn)管理。

1 公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化組成

《推動(dòng)新一代國(guó)家交通控制網(wǎng)及智慧公路試點(diǎn)》對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化做出了較明確的規(guī)定,即應(yīng)用三維可測(cè)實(shí)景技術(shù)、高精度地圖等,實(shí)現(xiàn)公路設(shè)施數(shù)字化采集、管理與應(yīng)用,構(gòu)建公路設(shè)施資產(chǎn)動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng);選取橋梁、隧道、邊坡等,建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施智能監(jiān)測(cè)傳感網(wǎng),實(shí)現(xiàn)交通基礎(chǔ)設(shè)施安全狀態(tài)綜合感知、分析及預(yù)警功能[2]。 按照數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)應(yīng)用的設(shè)計(jì)思路,公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化解決方案由基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)采集、可視地理信息管理、數(shù)字化資產(chǎn)管理應(yīng)用3 部分組成。 以數(shù)據(jù)為核心、模型為載體、形成數(shù)字化“一張圖”,構(gòu)建與物理公路相同的虛擬數(shù)字公路,達(dá)到“數(shù)字孿生”,實(shí)現(xiàn)公路基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)綜合感知、智能分析及快速預(yù)警。

2 公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化采集

2.1 基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)分類

公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化數(shù)據(jù)按照公路組成分為主體設(shè)施、交通安全設(shè)施、服務(wù)設(shè)施及管理設(shè)施4 類數(shù)據(jù);按照屬性分為靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。 本文以公路組成要素為基本單元,從資產(chǎn)管理的業(yè)務(wù)需求出發(fā),梳理公路各要素相關(guān)數(shù)據(jù),形成公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化數(shù)據(jù)體系。 公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化數(shù)據(jù)分類,如表1 所示。

表1 公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化數(shù)據(jù)分類

2.2 數(shù)字化采集技術(shù)

公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化采集可分為公路工程線形、橫斷面、橋涵、隧道、其他附屬設(shè)施的基礎(chǔ)信息采集和基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)兩大類。

2.2.1 公路設(shè)施基礎(chǔ)信息采集

針對(duì)大范圍的公路物理空間及相關(guān)屬性信息的數(shù)據(jù)采集,目前主流技術(shù)為三維實(shí)景可測(cè)技術(shù),包含高空傾斜攝影[1]及三維激光雷達(dá)[2]兩種手段。 兩種采集技術(shù)在工作原理、檢測(cè)精度、成本費(fèi)用等方面有所差異,具體對(duì)比分析如表2 所示。 新建的大型橋梁可選擇性地采用BIM 技術(shù)解決信息記錄與傳承問(wèn)題。

表2 公路基礎(chǔ)設(shè)施三維實(shí)景可測(cè)技術(shù)對(duì)比

2.2.2 基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

公路基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)包括路面病害、結(jié)構(gòu)物(橋梁、隧道、路基、邊坡)健康狀態(tài)、機(jī)電設(shè)施(機(jī)電設(shè)備、通信光纜)運(yùn)行狀態(tài)3 大類。 目前,基于機(jī)器視覺(jué)及人工智能的路面病害檢測(cè)成熟應(yīng)用于公路自動(dòng)巡檢[3],通過(guò)視頻圖像智能分析,自動(dòng)識(shí)別路面裂縫,改變以人工檢測(cè)為主的傳統(tǒng)方式,解決效率低、工作強(qiáng)度大、影響正常交通通行等問(wèn)題。 公路重要結(jié)構(gòu)物的健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)則集中于物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)[4-5],通過(guò)實(shí)時(shí)采集橋梁所處的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、環(huán)境、載荷等信息,為橋梁安全預(yù)警、安全分析評(píng)估提供數(shù)據(jù)支持,及時(shí)了解結(jié)構(gòu)缺陷與損傷,并分析評(píng)估其在所處環(huán)境條件下的可能發(fā)展勢(shì)態(tài)及其對(duì)結(jié)構(gòu)安全運(yùn)營(yíng)造成的潛在風(fēng)險(xiǎn),實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)期的監(jiān)測(cè)和管理,為養(yǎng)護(hù)需求、養(yǎng)護(hù)措施等提供科學(xué)依據(jù)。 另外,基于北斗定位的測(cè)量技術(shù)被大范圍應(yīng)用于邊坡、橋梁的位移監(jiān)測(cè)[6]。

3 可視地理信息管理

可視地理信息管理平臺(tái)是公路設(shè)施基礎(chǔ)信息及運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)加載、融合、展示的綜合平臺(tái),是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化公路資產(chǎn)管理的重要支撐。 可視地理信息管理平臺(tái)應(yīng)包含以下4 個(gè)方面的功能:(1)具備基本的二、三維地圖功能,包含但不限于視點(diǎn)視圖設(shè)置,旋轉(zhuǎn)平移縮放,二、三維聯(lián)動(dòng),距離高度面積測(cè)量,可視化渲染,動(dòng)態(tài)漫游。 (2)可實(shí)現(xiàn)二維地理信息、三維模型數(shù)據(jù)(傾斜攝影及激光點(diǎn)云三維模型、BIM)等多源地理空間數(shù)據(jù)的快速加載與融合。 (3)能夠進(jìn)行公路基礎(chǔ)設(shè)施各要素分層管理,支持基礎(chǔ)信息與設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息的加載與編輯,各類基礎(chǔ)設(shè)施的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)能夠通過(guò)接口的方式接入。 (4)基于可視化的二、三維地圖,可通過(guò)點(diǎn)選、框選方式實(shí)現(xiàn)地圖上數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與鉆取。

4 數(shù)字化資產(chǎn)管理

智慧公路的大力建設(shè)對(duì)公路資產(chǎn)信息化管理的需求越來(lái)越高,亟需運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)強(qiáng)化對(duì)公路基礎(chǔ)設(shè)施的動(dòng)態(tài)管理,通過(guò)打造全生命周期的公路資產(chǎn)管理平臺(tái),實(shí)現(xiàn)公路基礎(chǔ)設(shè)施可視化展示、資產(chǎn)信息動(dòng)態(tài)管理、路橋隧智能養(yǎng)護(hù)、機(jī)電設(shè)施一體化運(yùn)維等功能。

4.1 公路資產(chǎn)可視化展示

基于地理信息管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)公路基礎(chǔ)設(shè)施可視化分類展示,應(yīng)具有對(duì)主體設(shè)施(路、橋、隧)、交通安全設(shè)施(交通標(biāo)志、標(biāo)線、防護(hù)欄等)、服務(wù)設(shè)施(停車場(chǎng)、服務(wù)區(qū))、管理設(shè)施(機(jī)電設(shè)備)4 類設(shè)施的地理位置顯示、屬性信息查詢、基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及異常預(yù)警、養(yǎng)護(hù)及設(shè)備到期提醒等功能。

4.2 資產(chǎn)信息動(dòng)態(tài)管理

資產(chǎn)信息動(dòng)態(tài)管理針對(duì)公路路段、橋梁、隧道、機(jī)電設(shè)施的信息進(jìn)行管理,支持?jǐn)?shù)據(jù)編輯、修改、查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析與導(dǎo)出。 當(dāng)資產(chǎn)信息發(fā)生變化,能夠聯(lián)動(dòng)公路資產(chǎn)可視化模塊實(shí)現(xiàn)信息同步。 具體管理信息涵蓋設(shè)施基本信息,定期檢查記錄、經(jīng)常性檢查記錄、病害信息、日常養(yǎng)護(hù)信息等。 同時(shí),具有路況評(píng)定管理功能,可將路況評(píng)定機(jī)構(gòu)所提供的專業(yè)化評(píng)定結(jié)果導(dǎo)入系統(tǒng),根據(jù)導(dǎo)入的數(shù)據(jù)進(jìn)行路面狀況統(tǒng)計(jì)分析,例如評(píng)價(jià)明細(xì),路況分析,歷史對(duì)比等路面狀況分析結(jié)果。

路段信息管理是以1 km 為單位對(duì)路段進(jìn)行劃分,記錄該路段范圍內(nèi)路面、路基、排水系統(tǒng)、路基防護(hù)設(shè)施、橋梁、涵洞、交安設(shè)施、綠化等詳細(xì)信息。 同時(shí),支持路段圖片的上傳與保存。

橋梁信息管理是針對(duì)橋梁進(jìn)行詳細(xì)信息管理,建立橋梁檔案。 管理內(nèi)容包括橋梁基本信息、定檢記錄信息、經(jīng)常性檢查記錄信息、病害信息、日常維修信息等,實(shí)現(xiàn)“一橋一檔”全生命周期管理。

機(jī)電設(shè)備信息管理可以實(shí)現(xiàn)機(jī)電資產(chǎn)數(shù)據(jù)治理,具體包括設(shè)備所在路線編號(hào)、路線名稱、監(jiān)測(cè)點(diǎn)樁號(hào)、經(jīng)緯度、設(shè)備類型、設(shè)備名稱等。

資產(chǎn)查詢與統(tǒng)計(jì)分析是支持路段、橋梁、隧道、機(jī)電設(shè)備等高速公路資產(chǎn)的信息查詢、統(tǒng)計(jì)分析,支持各類資產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的Excel 導(dǎo)出。

4.3 路橋隧智能養(yǎng)護(hù)

以公路資產(chǎn)基礎(chǔ)信息為依托,細(xì)分養(yǎng)護(hù)業(yè)務(wù),從養(yǎng)護(hù)計(jì)劃制定、日常養(yǎng)護(hù)管理、作業(yè)考核與統(tǒng)計(jì)分析3 個(gè)維度構(gòu)建養(yǎng)護(hù)閉環(huán)管理模塊。

養(yǎng)護(hù)計(jì)劃制定是以路況評(píng)定數(shù)據(jù)和設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),根據(jù)公路不同結(jié)構(gòu)各項(xiàng)指標(biāo)的衰變模型,分析其性能發(fā)展趨勢(shì),提出“養(yǎng)護(hù)范圍”“養(yǎng)護(hù)時(shí)間”“養(yǎng)護(hù)方法”進(jìn)行大修、中修和日常養(yǎng)護(hù)。 編制的養(yǎng)護(hù)計(jì)劃按養(yǎng)護(hù)類型可分為日常養(yǎng)護(hù)、預(yù)防性養(yǎng)護(hù)、修復(fù)養(yǎng)護(hù)(小修、中修、大修)、專項(xiàng)養(yǎng)護(hù),按照時(shí)間跨度可分為年度養(yǎng)護(hù)計(jì)劃、月度養(yǎng)護(hù)計(jì)劃。

日常養(yǎng)護(hù)管理是基于巡查車、巡查終端、結(jié)構(gòu)物健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上報(bào)的路面病害,審核確認(rèn)后生成工單,并自動(dòng)下單派發(fā)任務(wù),做到養(yǎng)護(hù)巡查、病害上報(bào)、任務(wù)派發(fā)、施工作業(yè)、驗(yàn)收確認(rèn)的全過(guò)程養(yǎng)護(hù)管理。 在日常養(yǎng)護(hù)管理中,做到養(yǎng)護(hù)中心全過(guò)程監(jiān)管,巡查及施工人員動(dòng)態(tài)移動(dòng)作業(yè)。 具體表現(xiàn)為:巡查及施工人員通過(guò)移動(dòng)終端接收和查看巡查和養(yǎng)護(hù)作業(yè)任務(wù)、記錄巡查或施工位置、上傳病害圖片或施工完成現(xiàn)場(chǎng)圖片等。 中心監(jiān)管人員借助PC 端實(shí)時(shí)查看任務(wù)執(zhí)行情況,掌握待接收、批復(fù)中、施工中、驗(yàn)收中等施工任務(wù)處置環(huán)節(jié)的時(shí)效。

作業(yè)考核與統(tǒng)計(jì)分析是以實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)工作計(jì)量與作業(yè)效果評(píng)價(jià),為養(yǎng)護(hù)費(fèi)用支出提供依據(jù)。 同時(shí),以養(yǎng)護(hù)作業(yè)環(huán)節(jié)為核心,提供巡查統(tǒng)計(jì)、病害統(tǒng)計(jì)、養(yǎng)護(hù)統(tǒng)計(jì)等功能,為相關(guān)管理人員提供決策支撐,如上報(bào)病害量與修復(fù)量、病害類型分析、巡查里程、養(yǎng)護(hù)作業(yè)工單數(shù)量及階段分布等。

4.4 機(jī)電設(shè)施一體化運(yùn)維

圍繞設(shè)備精細(xì)化管理需求,以設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及歷史運(yùn)行技術(shù)臺(tái)賬為基礎(chǔ),以工單提交、審批、執(zhí)行閉環(huán)管理為主線,以提高維修效率、規(guī)范維修流程、保障正常生產(chǎn)、降低運(yùn)營(yíng)成本、量化維護(hù)工作考核為目標(biāo),運(yùn)用移動(dòng)互聯(lián)、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)的信息技術(shù),構(gòu)建設(shè)備運(yùn)維管理平臺(tái),將設(shè)備、工單、考核管理集成在一個(gè)數(shù)據(jù)充分共享的信息系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)設(shè)備的全生命周期管理。機(jī)電設(shè)施智能運(yùn)維主要包括設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、維修管理、運(yùn)維監(jiān)管、考核統(tǒng)計(jì)四大功能。

(1)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)。 采用工業(yè)級(jí)通信模塊、標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議、API 數(shù)據(jù)接口等多種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,實(shí)現(xiàn)各個(gè)路公司管理處、收費(fèi)站等站點(diǎn)及外場(chǎng)機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)與故障信息接入,并以在二、三維地圖上對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行標(biāo)注,直觀展示公路機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障預(yù)警。

(2)維修管理。 設(shè)備故障經(jīng)審核確認(rèn)后,生成維修工單并實(shí)現(xiàn)任務(wù)下發(fā)。 維修人員通過(guò)App 接收維修任務(wù),當(dāng)需要設(shè)備更換時(shí),也可在線申請(qǐng),維修完成后在線錄入維修記錄、上傳圖片,提交結(jié)果并最終確認(rèn)。 中心管理軟件對(duì)設(shè)備設(shè)施的維修記錄進(jìn)行管理,主要包括設(shè)備基本信息、維修日期、故障現(xiàn)象及排除情況、維修單位、記錄人等。

(3)運(yùn)維監(jiān)管。 中心監(jiān)管人員基于可視化模塊與移動(dòng)App 動(dòng)態(tài)監(jiān)控運(yùn)維作業(yè)人員位置,同時(shí)查看故障數(shù)統(tǒng)計(jì)、設(shè)備在線情況統(tǒng)計(jì)、維修及時(shí)率、設(shè)備健康率等,實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)維監(jiān)管。

(4)考核統(tǒng)計(jì)。 運(yùn)維作業(yè)完成后,定期進(jìn)行工作計(jì)量與運(yùn)維考核,并對(duì)響應(yīng)及時(shí)度、處理時(shí)效、維修時(shí)長(zhǎng)等指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

5 結(jié)語(yǔ)

交通基礎(chǔ)設(shè)施管理運(yùn)營(yíng)向數(shù)字化與智慧化轉(zhuǎn)型是已是必然趨勢(shì),公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化是智慧公路的重要組成部分,是實(shí)現(xiàn)5G 時(shí)代車路協(xié)同與自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵支撐。 通過(guò)基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化建設(shè),讓聰明的車能夠駛?cè)胫腔鄣穆贰?本文從數(shù)據(jù)采集、處理、應(yīng)用的角度出發(fā),提出包括公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化采集,二、三維可視化地理信息管理,數(shù)字化資產(chǎn)管理應(yīng)用的公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化解決方案,為實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、智能化的公路運(yùn)行管理提供有效支持。