于麗梅,王亞欣,嚴 琦

（1.吉林省交通科學研究所,吉林 長春 130012; 2.中公高科養(yǎng)護科技股份有限公司,北京 100095）

0 引言

根據“智慧公路”建設規(guī)劃和《數字交通“十四五”發(fā)展規(guī)劃》等行業(yè)指導意見，該研究積極響應“十四五”規(guī)劃提出采用大數據技術構建“協(xié)作有序、高效運轉”的干線公路管養(yǎng)平臺，提高公路養(yǎng)護管理效率，實現養(yǎng)護的信息化、數字化、智能化，建立各運營高速公路信息的交換共享機制，以滿足大規(guī)模公路管養(yǎng)數字化管理應用，為進一步提升公路養(yǎng)護管理水平和科學決策能力提供良好的解決方案。

1 公路管養(yǎng)系統(tǒng)研究背景

1.1 研究背景

目前，關于公路綜合養(yǎng)護管理的體系與技術，已在美國、加拿大等一些發(fā)達國家大量應用。自20世紀80年末，國內也逐步開展了公路管理信息化建設的相關研究，目前已有一些地區(qū)初步建成了高速公路數據庫，并與GIS進行了交互檢索，基本上能滿足日常養(yǎng)護管理的需要，一定程度上為養(yǎng)護管理的可視化、現代化、科學化提供支撐。但隨著公路交通事業(yè)和信息化及數字化技術的不斷發(fā)展，高速公路養(yǎng)護和資產管理的要求越來越高，主管部門面臨的問題和挑戰(zhàn)也越來越多，當前的干線公路網養(yǎng)護管理尚存在一些問題有待進一步解決。

1.2 公路管理養(yǎng)護系統(tǒng)存在的問題

1.2.1 公路業(yè)務管理數字化程度低

目前業(yè)務應用系統(tǒng)體系不完整，很多重要的業(yè)務沒有建設相應的系統(tǒng)，造成業(yè)務系統(tǒng)體系整體性缺失，無法充分實現利用業(yè)務應用系統(tǒng)對業(yè)務本身進行有效管理的目標。在過去的工作中，日常的養(yǎng)護工作更多的只是靠手工和日常管理工作中的經驗進行判斷，更多的是被動等待問題的出現。如哪里出現問題就解決哪里的問題，造成被動式、突擊式的低效工作方式[1]，一直缺乏一個有效的集成化公路管養(yǎng)系統(tǒng)，工作中的信息化和數字化應用水平有待提高。

1.2.2 路網有效監(jiān)管手段缺乏

現有系統(tǒng)建設不完善，集成化低，功能單一，單個系統(tǒng)僅能夠服務于單個部門的業(yè)務管理，導致項目的決策者、管理者對現有路、橋、隧等公路狀況的檢查評定、養(yǎng)護等業(yè)務的進展情況難以全面、及時、準確地了解和掌握，同時在應急處置、運行監(jiān)測、公眾服務等業(yè)務管理方面也缺少數字化技術的支撐。

1.2.3 現有數據資源管理分散

數據資源管理缺少頂層設計和規(guī)劃，現有數據分散于各子業(yè)務系統(tǒng)中進行單獨管理，一體化和協(xié)調性較差，數據之間缺乏共享和集成，造成一數多源，數據的總體質量較低，進而影響數據的使用效率、利用效率和效益，造成低效的工作模式。

1.2.4 公路信息統(tǒng)計分析與決策支持能力不足

目前各業(yè)務系統(tǒng)側重單一的業(yè)務應用，僅解決了管理工作中幾個環(huán)節(jié)的信息化和數字化需求?，F有管養(yǎng)系統(tǒng)缺乏數據挖掘、綜合分析和輔助決策功能，無法為行業(yè)管理者和行業(yè)決策者的宏觀分析、養(yǎng)護決策提供有力的技術支撐[2]。

1.2.5 公路信息服務能力不足

公路信息的服務能力在以下三個方面有所欠缺：①由于現有系統(tǒng)數據資源分散，缺少必要的技術手段將現有數據資源集成，為行業(yè)管理和決策提供服務，無集成化、一體化的工作環(huán)境；②缺乏公眾服務手段和渠道，無法進一步提升公眾服務能力；③現有Web端系統(tǒng)及程序架構的應用缺少更為靈活的信息服務手段。如，移動終端。

2 總體框架設計

2.1 主要內容

管養(yǎng)系統(tǒng)的建設對增強路網信息采集能力、整合和利用公路信息資源、提高日常業(yè)務管理水平、制定養(yǎng)護科學決策具有重要意義，能夠提高公路基礎設施運行效率和效益，實現行業(yè)內信息共享與聯動，發(fā)揮高速公路行業(yè)整體效益，其帶來的社會效益和間接經濟效益是顯著的。該系統(tǒng)設計堅持以需求為導向、以應用促發(fā)展的方針，根據需求分析，提出“一張圖”“一個庫”“多應用系統(tǒng)”“一個平臺”和“一個基礎支撐配套系統(tǒng)”的建設思路[3]。

“一張圖”即公路地理信息基礎平臺。利用已有地理信息資源或互聯網共享地圖服務，建立規(guī)范的公路交通地理信息服務體系。為其他信息化、數字化系統(tǒng)提供基礎支撐。

“一個庫”即公路資產養(yǎng)護基礎數據庫，用于管理管轄路網各類路況數據，包括路線、路基、路面、橋隧構造物及沿線設施等；數據范圍涵蓋路網管理的屬性數據、路況數據、養(yǎng)護數據、工程數據、交通數據、圖像數據等。是數字化各應用系統(tǒng)分析、決策、集成展示及信息發(fā)布的基礎。

“一個平臺”即公路可視化綜合展示平臺，集成路線、路面、橋梁、隧道等主要公路路況的所有基礎數據，以地理信息系統(tǒng)、高清前方圖像、路面圖像、橋隧構造物圖像等不同方式，可視化展示公路主要資產的基礎屬性、檢測數據、評價數據、決策數據、養(yǎng)護歷史數據等公路資產管理需要的各類信息。

“一個基礎支撐配套系統(tǒng)”即系統(tǒng)平臺運行所需的軟硬件支撐環(huán)境建設，主要包括服務器、操作系統(tǒng)、數據庫軟件、磁盤陣列、GIS中間件等[4]。

系統(tǒng)建設目標：實現數據標準化、業(yè)務規(guī)范化，加強信息溝通；提高管理力度與效率，提升企業(yè)社會形象；構建信息網絡化，促進資料合理利用，實現信息的共享；實現公路運營事業(yè)部的信息化、全面化、多元化、可視化管理。通過系統(tǒng)的建設，實現路網資產數據共享管理、提高養(yǎng)護資金使用效率與效益；實現數據深度挖掘，提升養(yǎng)護科學決策水平，為經濟發(fā)展和公眾出行服務提供快捷、高效、安全的公路交通運輸條件。

2.2 總體框架

基于上述建設思路，完善管理系統(tǒng)總體建設架構，如圖1所示。

圖1 公路管養(yǎng)系統(tǒng)總體建設架構

（1）基礎環(huán)境層：主要依托現有管理平臺補充管養(yǎng)系統(tǒng)運行所需的軟硬件，包括服務器、存儲設備、數據庫軟件、地圖中間件等內容。

（2）數據資源層：數據層為各類應用系統(tǒng)開發(fā)提供數據支撐。在整合現有數據資源的基礎上，建立并形成高速公路路況數據庫、基礎數據庫、業(yè)務數據庫。

（3）數據交換層：為管養(yǎng)系統(tǒng)各項應用功能提供數據服務，主要提供數據抽取、數據交換、數據校核、數據加載、數據共享等服務[5]。

（4）綜合應用層：是整個平臺業(yè)務功能及應用的實現，依靠數據資源層和數據交換層所提供的數據與技術支撐，為各類用戶提供對應業(yè)務的應用窗口。

（5）用戶層：通過整合集成現有系統(tǒng)、新建系統(tǒng)，為用戶提供統(tǒng)一的登錄和門戶應用，同時系統(tǒng)支持Web端、移動端服務。

3 關鍵技術研究

3.1 可視化公路綜合展示平臺

建設可視化公路綜合展示平臺，集成路線、路面、橋梁、隧道等主要公路路況數據，以地理信息系統(tǒng)、高清前方圖像、路面圖像、橋隧構造物圖像等不同方式。一張圖可視化展示公路主要路況的基礎屬性、檢測數據、評價數據、決策數據、養(yǎng)護歷史數據等公路資產管理需要的各類信息。綜合展示平臺主要功能如下：

（1）展示管養(yǎng)高速公路的路面技術狀況分布情況，在電子地圖上直觀查看全公路網的路面技術狀況（以千米為單位），包括路面性能指數PQI及分項指標路面破損指數PCI、路面行駛質量指數RQI、路面車轍指數RDI、路面抗滑性能指數SRI和路面結構強度指數PSSI的路況分布圖，以不同的顏色表示技術狀況的“優(yōu)、良、中、次、差”。

（2）展示管養(yǎng)高速公路的路面養(yǎng)護需求情況，在電子地圖上直觀查看全路網的養(yǎng)護需求（以千米為單位），以不同的顏色表示“日常養(yǎng)護、中修、大修”[6]。

（3）展示某條路線的公路技術狀況和養(yǎng)護需求分布情況，在電子地圖上直觀查看該路線的技術狀況和養(yǎng)護需求，以不同的顏色表示不同等級的技術狀況（“優(yōu)、良、中、次、差”）和養(yǎng)護方案（“日常養(yǎng)護、中修、大修”）。

（4）對于公路技術狀況較差或養(yǎng)護需求為大中修的路段，可深入查看檢測明細曲線數據，包括每10 m的路面破損率DR、每20 m的路面平整度指數IRI、每10 m的路面車轍深度RD、每10 m的路面橫向力系數SFC等。并可按曲線樁號動態(tài)查看當前路面的前方圖像，對檢測明細數據進行校核，必要時可查看路面病害明細圖像。

（5）展示各條路線的養(yǎng)護歷史，在地圖上展示該路線的當前技術狀況直方圖。以甘特圖的形式展示不同年限沿樁號的歷史養(yǎng)護工程分布情況，可查看各養(yǎng)護工程的基本情況、養(yǎng)護維修情況、養(yǎng)護投資情況及現場施工圖像等。此外，可擴展橋梁、隧道綜合信息展示功能，包括橋隧的基本信息、病害信息、等級評定結果、橋梁圖像信息、病害圖像信息等。

3.2 安全管理系統(tǒng)

安全管理系統(tǒng)主要實現各級單位對養(yǎng)護安全相關工作的管理，包括應急預案管理、災毀事件管理、養(yǎng)護施工點管理、應急事件處置等。其中，應急資源管理包括對應急物資站點、應急人員、應急專家、應急工作組、應急搶險隊伍、應急預案等安全應急信息的管理。通過系統(tǒng)操作，為進行應急物資、人員調度和應急預案匹配等提供支撐。應急事件處置基于系統(tǒng)和手機端操作，實現對發(fā)現上報的道路阻斷事件、公路災害、交通事故、養(yǎng)護施工等應急事件的智能指揮調度。包括對應急事件的發(fā)起上報、地圖定位、預案匹配、物資與隊伍調度、通信指揮、監(jiān)控現場視頻、事件跟蹤和結束災害應急的全流程管理調度；形成對每個安全應急事件的全過程動態(tài)跟蹤管理。交互應用系統(tǒng)具有查看、添加、修改、刪除、打印、Excel導入、Excel導出等功能權限應用。應急事件結果可與GIS地圖交互、定位、查詢[7]。系統(tǒng)可與相關管理人員的手機綁定，在傳遞信息時，將信息內容以短信的形式發(fā)送至有關人員的手機。實現應急事件發(fā)現、應急事件入庫、應急事件上報、選擇通知人員、應急短信群發(fā)的系統(tǒng)業(yè)務流程。

3.3 GIS地圖服務

地理信息系統(tǒng)（GIS）是一種特定的十分重要的空間信息系統(tǒng)。通常，地圖是GIS的表現形式，但是GIS深層是空間信息的處理，所以從GIS地圖上可以獲取地理空間信息的直觀的印象，更可以通過GIS獲取大量的其他信息，如地物與周邊地物的關系。

GIS地圖服務平臺主要對高速公路空間及屬性數據進行管理，可以為該研究中需要GIS支持的業(yè)務應用提供GIS地圖服務支撐。地圖服務平臺的選用需綜合考慮目前產品的易用性、熟悉程度、經濟性及滿足該項目二次開發(fā)應用需求等情況。

4 發(fā)展趨勢

4.1 公路建設全要素數字化

運用現代信息技術，如 BIM、衛(wèi)星遙感、三維建模等，進行公路設施項目規(guī)劃設計、施工和運營各個階段的數字公路的全過程建模。運用大數據技術，將公路路況的動態(tài)和靜態(tài)信息整合起來，從而達到對公路基礎建設的全要素的數字化。

4.2 公路路況感知智能化

選擇先進的技術和設備，利用物聯感知、視頻識別、微波測量等技術，對感知終端進行科學規(guī)劃，對公路基礎設施、交通運行狀況進行全方位的動態(tài)感知，建立一個全覆蓋的狀態(tài)感知網絡。尤其要加強對公路路況關鍵環(huán)節(jié)的感知與預警[8]。

4.3 公路路況數據治理的標準化

針對目前高速公路“一數一源”的不徹底和不充分的問題，制訂規(guī)范的數字管理規(guī)范，采用數字管理技術，徹底突破各個部門和各個層次之間的信息障礙，以數據為驅動，構建“數據鏈”，提高高速公路資產管理的能力與水準。

4.4 公路業(yè)務協(xié)同治理的一體化

以公路設施的全生命周期為基礎，運用云計算、大數據、人工智能等技術進行數據挖掘，通過對公路管養(yǎng)的深入研究與運用，實現各部門多場景在線一體化協(xié)作管理，重塑公路養(yǎng)護管理方式，優(yōu)化企業(yè)管理過程，推進企業(yè)管理和產業(yè)政策從靜態(tài)到動態(tài)，從泛化到量化。

5 結語

該文分析了公路管養(yǎng)系統(tǒng)建設的現狀和存在問題，并提出了整體框架及關鍵技術，最后結合當前信息化和數字化技術發(fā)展，闡述其發(fā)展趨勢，以長效機制建設為保障的設計理念，向行業(yè)充分展示了信息化建設的關鍵點。公路資產管理系統(tǒng)的建設，實現了行業(yè)內信息共享與聯動，對提高養(yǎng)護科學決策具有重要意義，同時也對公路行業(yè)信息化持續(xù)健康發(fā)展起到了積極作用，也必將帶動公路行業(yè)信息化建設的新高潮，由此信息化網絡和硬件、軟件開發(fā)的投入，產生了明顯的經濟效益和社會效益。