于麗梅,王亞欣,嚴(yán) 琦

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

0 引言

根據(jù)“智慧公路”建設(shè)規(guī)劃和《數(shù)字交通“十四五”發(fā)展規(guī)劃》等行業(yè)指導(dǎo)意見，該研究積極響應(yīng)“十四五”規(guī)劃提出采用大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)建“協(xié)作有序、高效運轉(zhuǎn)”的干線公路管養(yǎng)平臺，提高公路養(yǎng)護(hù)管理效率，實現(xiàn)養(yǎng)護(hù)的信息化、數(shù)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(shù)字化管理應(yīng)用，為進(jìn)一步提升公路養(yǎng)護(hù)管理水平和科學(xué)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(guān)于公路綜合養(yǎng)護(hù)管理的體系與技術(shù)，已在美國、加拿大等一些發(fā)達(dá)國家大量應(yīng)用。自20世紀(jì)80年末，國內(nèi)也逐步開展了公路管理信息化建設(shè)的相關(guān)研究，目前已有一些地區(qū)初步建成了高速公路數(shù)據(jù)庫，并與GIS進(jìn)行了交互檢索，基本上能滿足日常養(yǎng)護(hù)管理的需要，一定程度上為養(yǎng)護(hù)管理的可視化、現(xiàn)代化、科學(xué)化提供支撐。但隨著公路交通事業(yè)和信息化及數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，高速公路養(yǎng)護(hù)和資產(chǎn)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(dāng)前的干線公路網(wǎng)養(yǎng)護(hù)管理尚存在一些問題有待進(jìn)一步解決。

1.2 公路管理養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)存在的問題

1.2.1 公路業(yè)務(wù)管理數(shù)字化程度低

目前業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)體系不完整，很多重要的業(yè)務(wù)沒有建設(shè)相應(yīng)的系統(tǒng)，造成業(yè)務(wù)系統(tǒng)體系整體性缺失，無法充分實現(xiàn)利用業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)對業(yè)務(wù)本身進(jìn)行有效管理的目標(biāo)。在過去的工作中，日常的養(yǎng)護(hù)工作更多的只是靠手工和日常管理工作中的經(jīng)驗進(jìn)行判斷，更多的是被動等待問題的出現(xiàn)。如哪里出現(xiàn)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(shù)字化應(yīng)用水平有待提高。

1.2.2 路網(wǎng)有效監(jiān)管手段缺乏

現(xiàn)有系統(tǒng)建設(shè)不完善，集成化低，功能單一，單個系統(tǒng)僅能夠服務(wù)于單個部門的業(yè)務(wù)管理，導(dǎo)致項目的決策者、管理者對現(xiàn)有路、橋、隧等公路狀況的檢查評定、養(yǎng)護(hù)等業(yè)務(wù)的進(jìn)展情況難以全面、及時、準(zhǔn)確地了解和掌握，同時在應(yīng)急處置、運行監(jiān)測、公眾服務(wù)等業(yè)務(wù)管理方面也缺少數(shù)字化技術(shù)的支撐。

1.2.3 現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源管理分散

數(shù)據(jù)資源管理缺少頂層設(shè)計和規(guī)劃，現(xiàn)有數(shù)據(jù)分散于各子業(yè)務(wù)系統(tǒng)中進(jìn)行單獨管理，一體化和協(xié)調(diào)性較差，數(shù)據(jù)之間缺乏共享和集成，造成一數(shù)多源，數(shù)據(jù)的總體質(zhì)量較低，進(jìn)而影響數(shù)據(jù)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(wù)系統(tǒng)側(cè)重單一的業(yè)務(wù)應(yīng)用，僅解決了管理工作中幾個環(huán)節(jié)的信息化和數(shù)字化需求。現(xiàn)有管養(yǎng)系統(tǒng)缺乏數(shù)據(jù)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(hù)決策提供有力的技術(shù)支撐[2]。

1.2.5 公路信息服務(wù)能力不足

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

2 總體框架設(shè)計

2.1 主要內(nèi)容

管養(yǎng)系統(tǒng)的建設(shè)對增強路網(wǎng)信息采集能力、整合和利用公路信息資源、提高日常業(yè)務(wù)管理水平、制定養(yǎng)護(hù)科學(xué)決策具有重要意義，能夠提高公路基礎(chǔ)設(shè)施運行效率和效益，實現(xiàn)行業(yè)內(nèi)信息共享與聯(lián)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(jīng)濟效益是顯著的。該系統(tǒng)設(shè)計堅持以需求為導(dǎo)向、以應(yīng)用促發(fā)展的方針，根據(jù)需求分析，提出“一張圖”“一個庫”“多應(yīng)用系統(tǒng)”“一個平臺”和“一個基礎(chǔ)支撐配套系統(tǒng)”的建設(shè)思路[3]。

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

“一個庫”即公路資產(chǎn)養(yǎng)護(hù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，用于管理管轄路網(wǎng)各類路況數(shù)據(jù)，包括路線、路基、路面、橋隧構(gòu)造物及沿線設(shè)施等；數(shù)據(jù)范圍涵蓋路網(wǎng)管理的屬性數(shù)據(jù)、路況數(shù)據(jù)、養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)、工程數(shù)據(jù)、交通數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)等。是數(shù)字化各應(yīng)用系統(tǒng)分析、決策、集成展示及信息發(fā)布的基礎(chǔ)。

“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(chǔ)數(shù)據(jù)，以地理信息系統(tǒng)、高清前方圖像、路面圖像、橋隧構(gòu)造物圖像等不同方式，可視化展示公路主要資產(chǎn)的基礎(chǔ)屬性、檢測數(shù)據(jù)、評價數(shù)據(jù)、決策數(shù)據(jù)、養(yǎng)護(hù)歷史數(shù)據(jù)等公路資產(chǎn)管理需要的各類信息。

“一個基礎(chǔ)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(shè)，主要包括服務(wù)器、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫軟件、磁盤陣列、GIS中間件等[4]。

系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)：實現(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、業(yè)務(wù)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(gòu)建信息網(wǎng)絡(luò)化，促進(jìn)資料合理利用，實現(xiàn)信息的共享；實現(xiàn)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(shè)，實現(xiàn)路網(wǎng)資產(chǎn)數(shù)據(jù)共享管理、提高養(yǎng)護(hù)資金使用效率與效益；實現(xiàn)數(shù)據(jù)深度挖掘，提升養(yǎng)護(hù)科學(xué)決策水平，為經(jīng)濟發(fā)展和公眾出行服務(wù)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(shè)思路，完善管理系統(tǒng)總體建設(shè)架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 公路管養(yǎng)系統(tǒng)總體建設(shè)架構(gòu)

（1）基礎(chǔ)環(huán)境層：主要依托現(xiàn)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(wù)器、存儲設(shè)備、數(shù)據(jù)庫軟件、地圖中間件等內(nèi)容。

（2）數(shù)據(jù)資源層：數(shù)據(jù)層為各類應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)提供數(shù)據(jù)支撐。在整合現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源的基礎(chǔ)上，建立并形成高速公路路況數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫。

（3）數(shù)據(jù)交換層：為管養(yǎng)系統(tǒng)各項應(yīng)用功能提供數(shù)據(jù)服務(wù)，主要提供數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)校核、數(shù)據(jù)加載、數(shù)據(jù)共享等服務(wù)[5]。

（4）綜合應(yīng)用層：是整個平臺業(yè)務(wù)功能及應(yīng)用的實現(xiàn)，依靠數(shù)據(jù)資源層和數(shù)據(jù)交換層所提供的數(shù)據(jù)與技術(shù)支撐，為各類用戶提供對應(yīng)業(yè)務(wù)的應(yīng)用窗口。

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

3 關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 可視化公路綜合展示平臺

建設(shè)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(shù)據(jù)，以地理信息系統(tǒng)、高清前方圖像、路面圖像、橋隧構(gòu)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(chǔ)屬性、檢測數(shù)據(jù)、評價數(shù)據(jù)、決策數(shù)據(jù)、養(yǎng)護(hù)歷史數(shù)據(jù)等公路資產(chǎn)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(shù)狀況分布情況，在電子地圖上直觀查看全公路網(wǎng)的路面技術(shù)狀況（以千米為單位），包括路面性能指數(shù)PQI及分項指標(biāo)路面破損指數(shù)PCI、路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI、路面車轍指數(shù)RDI、路面抗滑性能指數(shù)SRI和路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù)PSSI的路況分布圖，以不同的顏色表示技術(shù)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(hù)需求情況，在電子地圖上直觀查看全路網(wǎng)的養(yǎng)護(hù)需求（以千米為單位），以不同的顏色表示“日常養(yǎng)護(hù)、中修、大修”[6]。

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

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

（5）展示各條路線的養(yǎng)護(hù)歷史，在地圖上展示該路線的當(dāng)前技術(shù)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(hù)工程分布情況，可查看各養(yǎng)護(hù)工程的基本情況、養(yǎng)護(hù)維修情況、養(yǎng)護(hù)投資情況及現(xiàn)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(jié)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(xiàn)各級單位對養(yǎng)護(hù)安全相關(guān)工作的管理，包括應(yīng)急預(yù)案管理、災(zāi)毀事件管理、養(yǎng)護(hù)施工點管理、應(yīng)急事件處置等。其中，應(yīng)急資源管理包括對應(yīng)急物資站點、應(yīng)急人員、應(yīng)急專家、應(yīng)急工作組、應(yīng)急搶險隊伍、應(yīng)急預(yù)案等安全應(yīng)急信息的管理。通過系統(tǒng)操作，為進(jìn)行應(yīng)急物資、人員調(diào)度和應(yīng)急預(yù)案匹配等提供支撐。應(yīng)急事件處置基于系統(tǒng)和手機端操作，實現(xiàn)對發(fā)現(xiàn)上報的道路阻斷事件、公路災(zāi)害、交通事故、養(yǎng)護(hù)施工等應(yīng)急事件的智能指揮調(diào)度。包括對應(yīng)急事件的發(fā)起上報、地圖定位、預(yù)案匹配、物資與隊伍調(diào)度、通信指揮、監(jiān)控現(xiàn)場視頻、事件跟蹤和結(jié)束災(zāi)害應(yīng)急的全流程管理調(diào)度；形成對每個安全應(yīng)急事件的全過程動態(tài)跟蹤管理。交互應(yīng)用系統(tǒng)具有查看、添加、修改、刪除、打印、Excel導(dǎo)入、Excel導(dǎo)出等功能權(quán)限應(yīng)用。應(yīng)急事件結(jié)果可與GIS地圖交互、定位、查詢[7]。系統(tǒng)可與相關(guān)管理人員的手機綁定，在傳遞信息時，將信息內(nèi)容以短信的形式發(fā)送至有關(guān)人員的手機。實現(xiàn)應(yīng)急事件發(fā)現(xiàn)、應(yīng)急事件入庫、應(yīng)急事件上報、選擇通知人員、應(yīng)急短信群發(fā)的系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程。

3.3 GIS地圖服務(wù)

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(xiàn)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(guān)系。

GIS地圖服務(wù)平臺主要對高速公路空間及屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，可以為該研究中需要GIS支持的業(yè)務(wù)應(yīng)用提供GIS地圖服務(wù)支撐。地圖服務(wù)平臺的選用需綜合考慮目前產(chǎn)品的易用性、熟悉程度、經(jīng)濟性及滿足該項目二次開發(fā)應(yīng)用需求等情況。

4 發(fā)展趨勢

4.1 公路建設(shè)全要素數(shù)字化

運用現(xiàn)代信息技術(shù)，如 BIM、衛(wèi)星遙感、三維建模等，進(jìn)行公路設(shè)施項目規(guī)劃設(shè)計、施工和運營各個階段的數(shù)字公路的全過程建模。運用大數(shù)據(jù)技術(shù)，將公路路況的動態(tài)和靜態(tài)信息整合起來，從而達(dá)到對公路基礎(chǔ)建設(shè)的全要素的數(shù)字化。

4.2 公路路況感知智能化

選擇先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，利用物聯(lián)感知、視頻識別、微波測量等技術(shù)，對感知終端進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，對公路基礎(chǔ)設(shè)施、交通運行狀況進(jìn)行全方位的動態(tài)感知，建立一個全覆蓋的狀態(tài)感知網(wǎng)絡(luò)。尤其要加強對公路路況關(guān)鍵環(huán)節(jié)的感知與預(yù)警[8]。

4.3 公路路況數(shù)據(jù)治理的標(biāo)準(zhǔn)化

針對目前高速公路“一數(shù)一源”的不徹底和不充分的問題，制訂規(guī)范的數(shù)字管理規(guī)范，采用數(shù)字管理技術(shù)，徹底突破各個部門和各個層次之間的信息障礙，以數(shù)據(jù)為驅(qū)動，構(gòu)建“數(shù)據(jù)鏈”，提高高速公路資產(chǎn)管理的能力與水準(zhǔn)。

4.4 公路業(yè)務(wù)協(xié)同治理的一體化

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

5 結(jié)語

該文分析了公路管養(yǎng)系統(tǒng)建設(shè)的現(xiàn)狀和存在問題，并提出了整體框架及關(guān)鍵技術(shù)，最后結(jié)合當(dāng)前信息化和數(shù)字化技術(shù)發(fā)展，闡述其發(fā)展趨勢，以長效機制建設(shè)為保障的設(shè)計理念，向行業(yè)充分展示了信息化建設(shè)的關(guān)鍵點。公路資產(chǎn)管理系統(tǒng)的建設(shè)，實現(xiàn)了行業(yè)內(nèi)信息共享與聯(lián)動，對提高養(yǎng)護(hù)科學(xué)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(shè)的新高潮，由此信息化網(wǎng)絡(luò)和硬件、軟件開發(fā)的投入，產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。