养护机械区域化动态作业与应急管理系统应用

蒋彬等

0 引言

随着北京市交通事业的不断发展，高速公路通行压力不断加大，总机动车保有量超过559.1万辆（2014年末），高速公路总里程接近1 000 km。在高速公路日常的养护管理中，发挥好车辆设备的使用效率，尽量减少对于道路通行能力的影响，是道路养护车辆设备使用的重要课题[1]。同时，高速公路承担着大量的保障任务，加上极端天气的影响，对高速公路养护应急能力提出严峻的考验。在应急抢险、防汛除雪中，具备调动车辆设备快速反应、及时处置突发事件的能力，是对首都高速管养单位的重要要求。

基于上述情况，笔者所在单位提出建立“养护机械区域化动态作业与应急管理系统”的构想，使用物联网技术，通过研发设备状态传感器、状态分析器，结合GPS和3G网络，实现对车辆设备作业状态的监控、跟踪、采集，根据状态情况进行合理的指挥调度和作业安排；通过数据的不断积累，形成车辆设备运转的“大数据”，结合日常管理，制定统计分析模型；通过有效的数据分析，促进养护作业与设备、材料使用逐步趋于合理化，更好地支撑高速养护决策，为社会大众提供更完善的高速出行服务。

截止目前，笔者所在单位与合作单位已共同完成了“养护机械区域化动态作业与应急管理系统”建设，研制完成除雪作业车、清扫车的状态采集设备，建立了设施维修信息采集机制、指挥通信体系和司机识别体系。

1 系统开发背景

1.1 北京高速公路养护现状

北京高速公路养护管理压力大，仅笔者所在单位管养的高速公路就达近900 km（图1），车辆设备1 000余台套，其中车辆约390台，日均上路作业车辆近200台，日均上路行驶里程近2.5万km。高速养护工作分为公司、管养中心、作业工段、作业人员4级管理模式，抢险工作时因管理层级复杂，管理难度较大。

北京道路养护工作面临车流量大、保障任务多、道路敏感度高等诸多问题。以2014年为例，从年初“两会”、春节到世界葡萄大会、APEC会议、国庆65周年，重大活动及重要节假日接连不断，有保障任务的日期达到58天，全年防汛除雪备勤保障88天。道路养护工作面临极大的压力，养护工作不仅要及时到位，而且要最大程度地减少对交通的影响，这对养护车辆设备的使用管理、指挥调度都提出了极高的要求。

1.2 道路养护车辆设备管理的问题

在上述的现状下，全面掌握道路养护作业状态、及时调度作业车辆及机械、选择性地发布养护信息显得尤为重要。这样可以为日常指挥调度车辆、指挥处理突发应急事件和重要保畅任务中的养护作业提供决策依据；同时，可形成全面准确的养护作业及设备运行报告，方便养护作业及设备的管理；指挥中心可以通过全面监控为社会大众提供占路作业信息提示，更好地提供出行服务。北京市每天都有大量养护车辆在道路上作业，单车平均日行驶里程超过120 km，车辆及司机的日常使用记录、车辆保养维护、司机工作情况、安全管理都是日常管理中的重要问题。

1.3 物联网技术

物联网是指通过各种信息传感设备实时采集需要监控、连接、互动的物体或过程中的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人以及所有的物体与网络的连接，方便识别、管理和控制，具体就是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、气体感应器等信息传感设备，按约定的协议把任何物体与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理[2]。简而言之，物联网就是“物物相连的互联网”。

目前，国内物联网技术在交通方面多用于技术检测（如桥梁检测）、交通运输（如G-BOS智慧运营系统）等方向，对于更深层次的数据采集，尤其是高速养护方面的应用尚处于空白阶段。在北京，随着交通通行要求和绿色交通要求的提高，势必对影响交通的因素中车流、事故、特殊事件、养护事件等逐一进行攻克，养护工作智能化、实时信息开放化将成为必然的发展趋势，而物联网技术正好可以达到控制、开放、协调的养护管理作用。

2 养护车辆设备信息化管理系统介绍

利用物联网技术，将养护车辆设备与电子信息技术、无线感应检测技术、GPS全球定位技术相结合，能够将日常养护作业及应急处置调度指挥的实时监测与作业记录、数据统计完美地融合[3-4]。“养护机械区域化动态作业与应急管理系统”能够实现对道路各项养护施工作业情况的掌握，全面反映道路养护作业状态，与作业车辆进行实时通话，快速发布工作指令，实现养护车辆设备的动态、科学、精细化管理。

2.1 系统建设目标

系统建设预期主要解决3个层面、5个问题（图2），形成指挥调度平台。3个层面指的是领导决策层、管理执行层、基础操作层，覆盖公司自上而下的管理层级；5个问题是决策数据的支持问题、资金消耗的去向问题、生产作业内容的问题、工作完成效果的问题、具体操作内容的问题。通过车辆设备状态的收集、分析，计算出工作完成的情况，分析完成效果和消耗情况，为决策提供数据化的支持。

2.2 养护车辆设备信息化管理应用架构

基于道路养护动态作业运行期间的状态监控管理分析，结合道路作业现实业务要求，定制专业化的养护管理信息系统，形成养护设备互联网络（图3）。依托物联网技术实现全局掌控、统一指挥、监控管理、智能调度、应急处理、安全控制以及作业工作行为信息管理等服务；通过对车辆作业量、作业分布、完好率、物资耗用量等因素的综合分析，对作业行为进行优化，形成最佳作业方法，达到最高作业效率，安全掌控作业行为，保证企事业作业成本及作业效率指标最佳；并可通过与城市应急指挥系统对接，将业务数据与空间数据结合，进行数据各个方面深层次的查询、统计、分析，使决策者能从更高的角度全面、直观地审视企业发展的态势，提高统览全局的决策能力，从而使决策分析更加信息化、科学化、合理化；同时，采用物联网技术与GIS地图相结合，实现养护作业的情况、数量的实时掌握，形成公共服务数据，提供交通影响情况查询，更好地提供出行服务。endprint

2.3 系统功能

2.3.1 作业监控

建立基于GIS地图的图形显示系统，将收集的数据信息进行统计分析，在GIS地图中反映路网内养护工作情况，将清扫车（图4）、除雪车（图5）、水车、小货车的工作状态进行分类，显示车辆出勤、完成工作情况以及有效的工作时间和工作里程。如清扫车作业情况的“有效”体现，通过系统检测得到当前车辆作业状态、当日清扫用时、清扫作业里程、清扫路线。

2.3.2 车辆设备指挥调度

使用语音呼叫平台、短信平台、3G视频技术将设备与GIS集合，在掌握作业状态的同时实现指挥调度，对重点事件可见、可管（图6），将车辆设备的垂直管理转变为扁平式的管理，提升应急情况下的反映速度。

2.3.3 驾驶人员管理

进行养护作业车辆、人员绑定，形成设备运转记录、驾驶人员考勤（图7）、驾驶人员工作量统计，在车辆信息中反映联系人及联系方式，编写公司指挥中心与车载智能终端通信功能，进行信息推送、点对点通信，实现调度联动。

2.3.4 设备运转记录

编制车辆养护工作统计报表，详细记录每台车辆的运行情况（图8），具体到作业时间、行驶里程，并对每日、每月、每年工作情况进行统计分析。

2.3.5 工作量对比分析

以下属管理单位为对比单元，按照不同车型的使用情况分类统计，进行车辆设备使用效率对比（图9），促进设备使用管理，提高使用效率。

2.4 数据采集模块

采用高精度传感器、采集分析器、车载GPS模块，在除雪车、清扫车、水车、小货车等机械设备上采集作业状态信息、作业量信息（如融雪剂、水以及清扫里程等）、驾驶人员信息。感应器、智能分析仪控制台设备与车载GPS相结合，实现实时工作状态数据的传递。

2.4.1 智能调度终端采集

智能调度终端通过在车辆上加装智能调度屏，连接GPS设备，实现远程指挥通信、人员识别。设备具有点对点通信、短信播报、身份识别功能。系统（包含视频）与GPS系统相结合，实现GPS地图上的一键拨号，信息群体推送，完善公司应急指挥调度系统。终端具有身份识别功能，每位司机配备身份识别卡，验证、保存作业人员信息。

2.4.2 除雪设备采集

在除雪铲、撒布器上布设感应器和分析仪，用来采集除雪铲工作状态、施撒状态、施撒宽度、面积、施撒量等数据（图10）。除雪轮盘转动传感器采集撒布机传动轴的转动信息。传动轴转动代表融雪剂进入撒布的状态；传动轴停止代表未撒融雪剂。

2.4.3 清扫设备

清扫车在扫刷、垃圾箱内加装感应器和作业状态分析器（图11），识别作业状态，同时收集车载垃圾信息。数据信息实时反映清扫车有效清扫距离，测算清扫路段垃圾量，最终形成道路卫生状态基础数据。

3 养护车辆设备信息化管理效果

经过车辆互联，在指挥中心形成完整的养护作业车辆、人员检查监督、应急调度系统，实时掌握道路上的养护作业情况，监督人员上路作业情况。通过B/S架构系统，在各网络地点实现作业情况的实时反映，为应急保障、抢险作业提供决策和指挥依据。建立作业情况的报表，对养护工作情况、效率进行统计分析。通过合理的安排与调度，可降低物资、人力消耗，使养护工作更加趋于合理化。掌握完整的作业信息，可以有选择性地向社会大众提供道路信息，更好地落实“科技高速、人文高速”的管理理念。具体表现在以下几个方面。

（1）在日常养护作业中，实现对全部养护作业的动态监控，全面掌握作业情况，收集除雪、清扫等作业数据，实现作业过程的监控、监管，提高作业质量，为养护决策提供依据。实现司机工作的统计管理，完善机械运转记录。

（2）在应急抢险工作中，全面掌握设备情况，更加准确、有效地调度指挥车辆运行。例如在“11.3”大雪中，设备调动更准确、及时、有效。

（3）实现手机终端软件养护动态情况查询、指令发送，以及文字、图像、语音的信息共享。

（4）提供更加完善的出行服务，系统建立后可快速实时地反映占路作业信息，与交通量线圈图及收费情报板相结合，可全面地为公众提供道路信息，减少拥堵；同时也可更合理地安排、调整养护作业，使其对交通的影响降到最低。

4 结语

互联网时代日新月异，刷新着高速公路养护车辆设备管理的理念，运用物联网技术开发的“养护机械区域化动态作业与应急管理系统”，将使高速公路养护车辆设备管理从传统管理方式向利用高新技术科学管理方式转型。新技术通过对空间和时间上的精准控制把分布在广大地理空间上、归属相对分散的作业设备进行统一管理，在实际作业中达到集权与分权相统一、调控与监督相统一的目标；在这种管理模式的转化下，现代通信技术、感应技术、数据挖掘技术等新思维正带领高速养护管理逐步进入大数据时代，全面走上精细化管理的道路。

参考文献：

[1] 刁建堂，王淑清.浅谈高速公路养护机务管理[J].黑龙江交通科技，2008，31（1）：113-114.

[2] 贾俊刚，金建航.基于物联网的交通信息共享技术研究[J].中国公共安全：学术版，2010（3）：92-95.

[3] 曾勋泽，赵宝山，姚文清.高速公路养护机械设备管理之思考[J].江西公路科技，2004（4）：106-107.

[4] 余建辉，林 通，叶 敏.路面机械的施工信息化监控管理研究[J].筑路机械与施工机械化，2012， 29（1）：78-81.endprint