新时代智能探路人记同济大学交通运输工程学院副院长杜豫川教授团队

◎ 文/王 鹏

8.08 万公里，这是新中国成立之初整个中国能通车的公路里程。

到2019 年，这个数字变成了484.65 万公里，仅高速公路里程就达到了14.26 万公里，居世界第一。

70 年，条条高速遍神州，公路通到家门口。在这个过程中，我国的公路交通发展也逐步由建设为主过渡到建设养护并重，且养护需求越来越大。

养护体量大、频率高，养护设备昂贵、操作复杂，种种问题造成的养护难，已成为我国公路交通发展面临的一大窘境，也是交通运输工程领域科学家们面临的一大挑战。

同济大学交通运输工程学院副院长杜豫川教授领导的STEP 课题组，正致力于解决这一难题。他们立足国家需求，大胆创新实践，利用先进感知与大数据人工智能技术，承担起了新时代智能探路人的使命。

STEP（Research Team for Smart Transport Emerging computing and Perception）课题组，是同济大学交通运输工程一流学科在“交通系统全息感知与智能应用”领域重点建设的一流高峰学科团队。

该团队拥有杜豫川教授、暨育雄教授、沈煜副教授等核心成员，多年聚焦交通系统中运行状态和设施性能的高精度感知、交通大数据人工智能分析决策等方面的应用基础理论和工程技术，已取得多项创新性成果并推广应用。近期荣获2019 年度上海市科技进步一等奖的“路面多维高频检测装备和智能养护技术及应用”项目，正是课题组攻关多年的结晶。

道路设施养护维修，是道路建成通车后的必做“售后”，也是保证道路在全生命周期内正常运营的基础。面对我国已然十分巨大，且仍在不断增长的道路设施体量，足够范围与频率的道路检测，可为养护决策的制定提供科学支撑。

杜豫川介绍，目前，我国已基本实现高速公路的全线年度检测及典型国省干线质量检测，但传统的路面性能检测技术与方法多基于激光雷达等重型机械，操作复杂且设备昂贵，我们仍面临着存量设施检测覆盖度低、更新时间长，进而难以有效支持养护维修决策的难题。

这一背景下，一种高效便捷、经济合理、操作方便、易于推广的路面行驶质量快速检测系统成为了整个道路检测及养护行业的迫切需求。STEP 课题组推出的“路面表观损伤智能快速巡检系统”，恰好满足了这一需求。

该系统由课题组多年产学研联合攻关成功研发，在路面平整度、路面损坏等多维指标的高频检测和数据分析等瓶颈问题上取得了突破，获得了从基础理论到检测装备再到运维管理系统的系列成果。

经过多年的理论技术攻关，杜豫川教授团队揭示了复杂车路振动耦合环境下的路面表观损伤的演化机理与多尺度联动机制，探究了多种类型路面损伤的表征方法与特征规律，为路面病害的轻量化检测与养护系统决策提供了理论基础。

在此基础上，自主研发了支持高频检测的轻量化路面性能巡检装备，实现了路面平整度、路表损伤、裂缝发育等多维性能参数的快速精准感知，可保证多指标测量精度均超过90%，病害识别速度提高至0.1s/张，综合检测效率提高2～3 倍，费用降低50%以上，可支持检测周期降至季度/月度检测，实现多维路面性能指标的高频、快速、低耗检测。

以海量检测数据为支撑，课题组创建了云边融合的道路设施大数据管理系统和智能分析平台，建立了时空完备的路面损伤信息库，可实现路面自然损伤时空状态追溯和时空三维索引，完成高频路面性能状态的数字化管理与跟踪预测。

从理论到设备再到管理，课题组最终构建了“路面损伤演化机理—多维高频检测装备—智能养护运维系统”的闭环体系。该系统可精准定位路面病害产生的位置，追溯不同病害在时间序列下的发育状态，为路面养护和预防性养护的最优化策略提供数据支持与科学支撑。

到目前为止，项目成果已在上海市道路设施网络及多地区高速公路系统中得到大规模推广应用，服务于上海市域内790 公里高速公路、310 公里城市快速路和18 座越江桥隧，覆盖超过95%的城市重要道路基础设施，跟踪未修补损坏188047处，并实现季度数据更新，具备百GB 量级的养护外场数据日处理能力，在进口博览会等重大活动中也发挥了重要作用。

同时，相关成果在浙江、山东、四川、河北、广东等十余省市得到推广应用，服务于中电建路桥、招商公路、浙江交投等大型企业，及宁波、湖州、烟台等地的行业管理单位，累计应用里程超过10000 公里，为港珠澳大桥、雄安新区道路改造等重大工程提供了相关技术支撑。实践证明，检测效率显著提高，实现了多车协同检测与校核，获得了业内专家与工程合作伙伴的高度评价。3 年来，项目成果应用实现新增产值4.96 亿元，新增利润5385 余万元，显著降低了养护工程的社会影响，经济与社会效益显著。

项目相关成果获得上海市科技进步一等奖、2017 年中国公路学会科学技术一等奖，授权国家发明专利8 项，国际发明专利5 项，发表高水平学术论文十余篇。

在交通运输工程领域深耕多年，STEP 课题组还在智慧公交大数据应用系统、城市路网交通运行态势智能分析及预测系统、大型停车场车辆运行精准感知与运行重构等方向取得了突出成果，有效提升了城市路网交通的智能化和自动化水平，为我国智能化交通及智慧城市建设作出了贡献。

杜豫川介绍，接下来，相关成果将继续服务于高速公路、国省干道的多维高频路面性能采集及智能养护，为精细化养护提供可靠数据来源，满足新时代路网精细化养护管理新要求，使路网养护周期由“年度养护-季度养护”转化为“精细化管理”成为可能。

同时，他们还将推动相关成果服务我国超过400 万公里的农村公路网，“响应国家数字农村建设规划，制定适用于农村公路的设施性能评定和管养技术规范，建立国家农村公路设施性能检测系统和数据中心，解决大范围农村公路质量缺乏检测管理的难题，助力推动社会主义新农村建设，为乡村致富路保驾护航。”

在起到“基石”作用的基础研究方面，STEP 课题组同样毫不放松。“现阶段，我们团队仍潜心开展基于高频重复采集的路面综合性能的时空连续数据体系构建、基于深度三维相机的路面宏微观纹理特征识别、基于多通道探地雷达信号挖掘的人工智能识别等方面的技术研究，致力于形成近远期结合的公路网络基础设施性能监测和系统性优化方案。”杜豫川介绍。

杜豫川说，未来他们将一如既往，以时代与国家需求为引领，以先进科技和海量数据为支撑，坚定不移创新创新再创新，努力做好新时代的智能探路人。