陳志濤 CHEN Zhi-tao；陸艷銘 LU Yan-ming；李朋 LI Peng

（云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，昆明 650041）

0 引言

隨著我國(guó)公路運(yùn)輸系統(tǒng)的不斷完善，高速公路網(wǎng)絡(luò)日趨多樣化、復(fù)雜化，對(duì)高速公路的養(yǎng)護(hù)管理要求更加及時(shí)、準(zhǔn)確[1]。過(guò)去的高速公路養(yǎng)護(hù)工程管理方法和模式已不能滿足現(xiàn)代養(yǎng)護(hù)管理的要求，現(xiàn)代對(duì)高速公路養(yǎng)護(hù)管理科學(xué)化、規(guī)范性的要求大幅提升，把現(xiàn)實(shí)的高速公路養(yǎng)護(hù)管理與先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，使高速公路養(yǎng)護(hù)管理過(guò)程系統(tǒng)化、規(guī)范化和科學(xué)化，是整個(gè)高速公路交通系統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)工作者的愿望。

1 高速公路智慧化養(yǎng)護(hù)管理現(xiàn)狀

1.1 現(xiàn)狀分析

1.1.1 信息化建設(shè)水平較低

高速公路養(yǎng)護(hù)管理的信息化水平較低，信息化養(yǎng)護(hù)管理的應(yīng)用時(shí)間較短。過(guò)去的養(yǎng)護(hù)技術(shù)養(yǎng)護(hù)效率和效果一般，這些情況影響著高速公路的使用和壽命。

1.1.2 養(yǎng)護(hù)管理機(jī)制落后

如今我國(guó)高速公路基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展迅速，但高速公路的養(yǎng)護(hù)管理工作相對(duì)滯后，相關(guān)法律法規(guī)制定不完善，執(zhí)行和監(jiān)管機(jī)制不健全，科學(xué)技術(shù)和先進(jìn)理論學(xué)習(xí)不足，技術(shù)和設(shè)備的使用還停留在滯后階段[2]。

1.1.3 管理體系不夠完善

高速公路管理內(nèi)容十分繁雜，監(jiān)控高速公路路況以及車輛行駛的信息，很多地區(qū)信息化系統(tǒng)建設(shè)還較單一，信息共享效果達(dá)不到預(yù)期[3]。

1.2 必要性分析

在我國(guó)高速公路持續(xù)發(fā)展的過(guò)程中，通車時(shí)間和超載車輛負(fù)荷的逐漸增加致使高速公路的使用壽命逐年降低[4]，為了實(shí)現(xiàn)高速公路的可持續(xù)發(fā)展，需要將高速公路建設(shè)、管理、養(yǎng)護(hù)三者有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，才能使高速公路的整體質(zhì)量得到改善。

將信息化引入高速公路管理體制，建立高速公路智慧巡檢、營(yíng)運(yùn)管理、養(yǎng)護(hù)維護(hù)、運(yùn)行監(jiān)測(cè)的信息化系統(tǒng)，掌握高速公路路況、營(yíng)運(yùn)等各方面信息，向公眾提供更好的出行體驗(yàn)。

針對(duì)高速公路養(yǎng)護(hù)管理現(xiàn)存的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了高速公路智慧化養(yǎng)護(hù)管理平臺(tái)以及智慧高速移動(dòng)巡檢APP，利用信息化手段進(jìn)行高速公路養(yǎng)護(hù)管理工作，全面提高養(yǎng)護(hù)管理水平。

1.3 理論介紹

建筑信息模型（BIM）技術(shù)作為信息技術(shù)時(shí)代里建筑行業(yè)信息技術(shù)的重要代表，在重大交通基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、施工、運(yùn)營(yíng)、養(yǎng)護(hù)管理全生命周期等已有應(yīng)用。BIM 模型的建立過(guò)程不但包含整個(gè)項(xiàng)目生產(chǎn)過(guò)程中所有信息的相關(guān)數(shù)據(jù)，還囊括了項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中的組織行為，兩者有效地結(jié)合起來(lái)，使BIM 成為了一種信息化的管理平臺(tái)。因此BIM 技術(shù)可歸總為3 個(gè)層級(jí)方面的應(yīng)用，如圖1 所示。

圖1 BIM 層次結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

2.1 高速公路養(yǎng)護(hù)管理平臺(tái)

針對(duì)高速公路養(yǎng)護(hù)管理應(yīng)用場(chǎng)景的專用養(yǎng)護(hù)管理平臺(tái)微服務(wù)架構(gòu)。

項(xiàng)目使用SpringCloud 整個(gè)技術(shù)組件作為一套整體的微服務(wù)架構(gòu)來(lái)提供支持。

Redis 集群提供緩存服務(wù)，將數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢出來(lái)的數(shù)據(jù)緩存到Redis 中，可有效減少數(shù)據(jù)庫(kù)壓力并提高服務(wù)訪問(wèn)速度。

MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)對(duì)大量讀寫(xiě)操作時(shí)若負(fù)載過(guò)重，可能出現(xiàn)慢查詢、崩潰等問(wèn)題，通過(guò)負(fù)載均衡的讀寫(xiě)分離進(jìn)行減壓。在這種情形下，主服務(wù)器只負(fù)責(zé)寫(xiě)入，從服務(wù)器只負(fù)責(zé)讀取。

k8s 提供基礎(chǔ)平臺(tái)，將服務(wù)器抽象出來(lái)。所有的微服務(wù)組件和微服務(wù)實(shí)例、數(shù)據(jù)庫(kù)等都交由k8s 管理，利用k8s的以上特性，有效減輕了運(yùn)維壓力并增加了服務(wù)自我修復(fù)能力。

2.2 智慧高速移動(dòng)巡檢APP

針對(duì)巡檢應(yīng)用場(chǎng)景的專用移動(dòng)終端APP 架構(gòu)。

①基于當(dāng)前主流的MVVM 設(shè)計(jì)模式架構(gòu)和開(kāi)源跨平臺(tái)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，APP 的底層架構(gòu)支持Android 和IOS 開(kāi)發(fā)。采用Vue 和Uni-app 實(shí)現(xiàn)MVVM 框架和跨平臺(tái)業(yè)務(wù)，交互式地圖采用Leaflet 開(kāi)源js 庫(kù)，時(shí)間日期處理庫(kù)為Dayjs。②架構(gòu)支持公網(wǎng)與專網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸通信應(yīng)用。在網(wǎng)絡(luò)中斷情況下，巡檢采集數(shù)據(jù)保存在移動(dòng)終端本地，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后，自動(dòng)完成向后臺(tái)系統(tǒng)傳輸巡檢采集數(shù)據(jù)。高速公路設(shè)施巡檢所需的技術(shù)資料保存在移動(dòng)終端本地，通過(guò)軟件功能實(shí)現(xiàn)調(diào)看，其他所需信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求后臺(tái)系統(tǒng)獲得。

3 系統(tǒng)平臺(tái)功能

3.1 高速公路養(yǎng)護(hù)管理平臺(tái)

利用互聯(lián)網(wǎng)+高速公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)手段，規(guī)范養(yǎng)護(hù)作業(yè)流程，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)工程項(xiàng)目一體化管理，提升高速公路養(yǎng)護(hù)管理水平，提升道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)科學(xué)分析水平，實(shí)現(xiàn)日常巡查管理、夜間巡查管理、特殊巡查管理、經(jīng)常巡查管理以及定期巡查管理等功能。平臺(tái)功能架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 高速公路智慧化養(yǎng)護(hù)平臺(tái)功能架構(gòu)圖

①設(shè)備管理。建立路段在用設(shè)備臺(tái)帳數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)每一個(gè)設(shè)備個(gè)體的全生命周期管理，詳細(xì)記錄設(shè)備的履歷。

②巡查軌跡回放。該功能用于巡查管理人員查看巡查人員巡查軌跡，通過(guò)回放的巡查軌跡，即可查看相關(guān)人員是否按要求執(zhí)行巡查任務(wù)，對(duì)巡查的路線、時(shí)間進(jìn)行檢查。

③資產(chǎn)管理。將各路段的業(yè)主方、各代維單位、區(qū)域養(yǎng)護(hù)中心的資產(chǎn)倉(cāng)庫(kù)納入統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)單個(gè)倉(cāng)庫(kù)、多倉(cāng)庫(kù)之間的庫(kù)存閥值預(yù)警，從而提高資產(chǎn)的利用率。

④巡查數(shù)據(jù)管理。平臺(tái)通過(guò)API 接口自動(dòng)接入巡查人員上傳的巡查數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)巡查數(shù)據(jù)全過(guò)程管理。

⑤養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)管理。平臺(tái)根據(jù)巡查人員上傳的巡查數(shù)據(jù)，下發(fā)養(yǎng)護(hù)通知單，建立完善的養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)全過(guò)程管理。

⑥故障報(bào)修。平臺(tái)能夠進(jìn)行故障信息錄入、處理以及維護(hù)派單等工作，建立完善的故障維護(hù)數(shù)據(jù)全過(guò)程管理。

⑦流程管理。能夠針對(duì)于養(yǎng)護(hù)上報(bào)、故障上報(bào)等的流程數(shù)據(jù)進(jìn)行管理查詢，詳細(xì)記錄每一節(jié)點(diǎn)信息。

⑧依據(jù)最新國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，建立高速公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)、橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)以及隧道技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)。建立公路養(yǎng)護(hù)輔助決策模型庫(kù)，為管養(yǎng)人員提供養(yǎng)護(hù)決策輔助支持功能。

3.2 智慧高速移動(dòng)巡檢APP

①智能巡查、狀態(tài)監(jiān)控。利用3S（GIS、GPS、GPRS）技術(shù)，對(duì)巡檢人員的行蹤進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并采集巡檢人員在巡查期間所發(fā)現(xiàn)的安全隱患，通過(guò)系統(tǒng)查詢、分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)巡查人員的遠(yuǎn)程管理，達(dá)到對(duì)高速公路設(shè)施設(shè)備以及結(jié)構(gòu)物運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

②巡檢精準(zhǔn)定位。直接利用平板電腦GPS 模塊采集的GPS 數(shù)據(jù)進(jìn)行高速公路位置定位存在較大的誤差，因此在高速公路進(jìn)行病害檢測(cè)時(shí)，無(wú)法精確判斷病害的樁號(hào)里程。通過(guò)利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)來(lái)提高GPS 采集數(shù)據(jù)的可信度與準(zhǔn)確度，構(gòu)建出一種經(jīng)緯度數(shù)據(jù)與高速公路樁號(hào)快速轉(zhuǎn)換模型，能夠滿足高速公路巡檢精確定位的需求。

綜合圖像處理技術(shù)、北斗/GPS 定位技術(shù)和二維碼技術(shù)，將管養(yǎng)單位系統(tǒng)內(nèi)高速公路原始信息自動(dòng)導(dǎo)入，并實(shí)現(xiàn)病害具體位置的自動(dòng)識(shí)別、記錄以及病害分布圖自動(dòng)繪制。

③巡查數(shù)據(jù)采集。巡查人員可利用移動(dòng)APP 提供的巡查數(shù)據(jù)錄入界面，快速錄入高速公路設(shè)施的相關(guān)病害數(shù)據(jù)，包括照片等多媒體信息，通過(guò)快捷的上傳按鈕，將錄入的信息、設(shè)施設(shè)備坐標(biāo)以及時(shí)間等數(shù)據(jù)傳送至遠(yuǎn)程中心數(shù)據(jù)庫(kù)。移動(dòng)端可錄入的巡查數(shù)據(jù)包括：道路、橋梁、涵洞、隧道土建、高邊坡、隧道機(jī)電、沿線設(shè)施、綠化、房屋土建、特殊巡查、收費(fèi)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)中的設(shè)施設(shè)備和結(jié)構(gòu)物。

④自動(dòng)巡檢、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。巡查人員通過(guò)移動(dòng)APP 可以設(shè)定巡查位置自動(dòng)發(fā)送時(shí)間間隔，移動(dòng)端根據(jù)設(shè)定的時(shí)間間隔按時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)或保存數(shù)據(jù)。同時(shí)巡查人員還可以設(shè)定巡查數(shù)據(jù)是保存還是立即發(fā)送，如果某時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)中斷，移動(dòng)端會(huì)自動(dòng)保存所錄入的巡查數(shù)據(jù)。

高速公路智慧化養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖3所示。

圖3 高速公路智慧化養(yǎng)護(hù)平臺(tái)功能架構(gòu)圖

4 應(yīng)用案例

召夸至瀘西高速公路，路線起點(diǎn)北接曲陸、江召高速公路，經(jīng)召夸南、葵山鎮(zhèn)、金馬鎮(zhèn)、止于白水鎮(zhèn)連接彌瀘二期高速公路，主線全長(zhǎng)34.14km，按雙向六車道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，路基寬33.5m，設(shè)計(jì)時(shí)速100 公里。全線設(shè)互通式立交6處、收費(fèi)站4 處、服務(wù)區(qū)1 處、隧道變電所1 處。召瀘高速公路實(shí)景見(jiàn)圖4。平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了日常巡查管理、夜間巡查管理、特殊巡查管理、經(jīng)常巡查管理以及定期巡查管理等功能。

圖4 召瀘高速公路實(shí)景圖

5 結(jié)論

針對(duì)高速公路養(yǎng)護(hù)管理問(wèn)題，本文提出了基于信息化管理系統(tǒng)的解決方案，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了高速公路智慧化養(yǎng)護(hù)管理平臺(tái)以及智慧高速移動(dòng)巡檢APP，從技術(shù)和功能的角度介紹了智慧化養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。

利用互聯(lián)網(wǎng)+高速公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)手段進(jìn)行高速公路養(yǎng)護(hù)管理工作，能夠規(guī)范養(yǎng)護(hù)作業(yè)流程，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)工程項(xiàng)目一體化管理，加強(qiáng)高速公路養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)科學(xué)分析水平，提升高速公路養(yǎng)護(hù)管理效率，進(jìn)一步推進(jìn)高速公路的可持續(xù)發(fā)展。