基于大数据的高速公路智能养护系统研究

高辉光

摘 要：“十三五”期间，“大数据”被写入《交通运输信息化规划》，交通部明确了将大数据技术、公路养护成套技术、综合信息服务、智能化养护运营管理作为技术创新的重点。透过“大数据”技术在各个领域的充分发展，利用互联网、物联网技术使得海量数据通过收集、存储、分析、整理从而为人们所用，实现促进各个领域的提升、创造更多的价值。因此，大数据技术也被应用到高速公路管理当中，让高速公路养护管理与大数据技术相结合，从而实现养护管理技术的创新与发展。本文基于大数据的高速公路智能养护系统研究，从大数据和高速公路养护管理现状入手，从而探讨大数據技术与高速公路养护管理结合的意义，并基于大数据的高速公路智能养护系统进行设计，从而为基于大数据的高速公路智能养护系统研究提供一些参考及建议。

关键词：大数据;高速公路;智能系统;养护管理

随着大数据技术的不断发展，在越来越多的领域受到重视并加以引入，以期望通过与大数据技术相结合消除自身领域工作弊端，提升工作效率，从而实现行业利益最大化。[1]因此，将高速公路管理与大数据技术相结合的基于大数据的高速公路智能养护系统应运而生，高速公路养护管理部门希望应用该系统从而提升高速公路养护管理水平，从而实现高速公路养护的精细化管理。

1 大数据的含义

大数据是指利用互联网技术将传统无法利用常规软件工具进行捕捉、管理和处理的数据进行更好的、更为快捷获取和管理、处理数据，从而实现利用海量数据处理得来的数据规律和结论以此为决策提供更为科学合理的数据支撑。[2]通过定义我们发现，大数据具有数据集合大、数据内容广、处理数据速度更快和数据更为科学合理的特征。

2 高速公路养护管理现状

高速公路因其行车速度快、通行效率高、运输成本低、土地资源占用率少的优势，而受到国家和社会的重视，他的出现缓解了铁路道路的运输压力，提高了人们的驾驶体验，降低了运输成本和运输时间从而给社会带来良好的社会效益和经济效益。当前我国已经拥有高速公路里程16.1万公里，位居全球第一。[3]而随着社会经济的发展和生活水平的提高，经济发展和公众出行需求势必会导致高速公路的里程和车辆通行流量的增加，这样就导致了高速公路运营的复杂性和增加了高速公路的养护管理的难度。因此，提升高速公路养护管理，实现从传统的被动治理、修复工作模式，转化为主动防御的养护模式尤为重要，通过大数据技术将传统养护管理数据、高速公路基础数据、日常监测、监控数据进行整合处理，从而实现数据分析决策指导养护管理模式。

3 大数据技术与高速公路养护管理结合的意义

通过大数据技术将高速公路从前期的设计施工到后期竣工验收交付使用;收费站、机电设备类型、品牌等信息;高速公路路面、路基及桥梁隧道等设施及机电设备的运行维护保养情况;日常交通道路车辆行驶数据等海量数据进行统一分析，从而形成大规模、多种类的数据集合。[4]大数据技术打破了原企业或者交通部门的数据采集难题，让其数据实现开放共享，从而打破部门壁垒，避免数据孤岛产生，使得各部分数据可以实现共享交流，降低数据采集难度，节约企业或者交通部门的管理成本，从而提高企业或者交管部门的经济效益。通过大数据技术和高速公路养护管理的结合，也可以提高管理决策的科学性，使得管理决策从传统的个人经验和专家意见转化为高速公路大数据分析作为决策支撑，从而提高决策的科学性和可行性[5]。

4 基于大数据的高速公路智能养护系统设计

4.1 总体设计

基于大数据的高速公路智能养护系统设计，我们应该从在此系统中包含的模块应该具有公路资产管理、地理信息平台、日常巡逻、专项检查、小修养护、专项工程大中型项目养护管理、统计分析、移动智能设备APP、路面、桥梁和隧道管理子系统等基础功能。使得操作者登陆进入系统首页后可以根据自己的需求进入到相应的应用界面，实现利用其养护系统达到精准、实时、高效的高速公路养护管理。

在系统软件的整体结构上，以操作系统、商业数据库等基础软件为支撑层;建立地理信息、公路资产、日常巡检、小修养护等专题数据库作为系统的模型层;GIS、图像识别、显示等三维公共组件为控制应用层提供基础功能;控制应用层基于GIS图形平台。建立巡检、维修、特检、大中型维修管理、移动智能设备APP、统计分析和决策帮助等功能模块。视图层提供图形化界面，用户可以作为各个功能模块进行访问。通过外部接入层提供的设计接口，可以连接桥梁隧道和视频监控系统。

4.2 拓扑结构

该系统利用总线型、树型网络拓扑结构，将计算机、监控系统、隧道管理系统等连接起来形成物理布局。在基于大数据的高速公路智能养护系统上各级用户可以通过局域网或者内网介入系统，从而实现系统的访问。对于桥梁、隧道这些独立的监管系统，我们也可以实现连接，从而达到整体访问管理的目的。

用户通过网络防火墙和路由器访问系统和相应的数据服务器，创建“养护信息中心”和系统管理员。各级用户通过本地互联网和内部无线网络访问系统。该系统能够连接独立的桥梁、隧道健康监测系统和路政视频监控系统。通过外部授权的检验、设计、施工等用户，可以通过互联网登录和访问系统。

4.3 基于高速公路隧道智能养护系统设计

在高速公路管理当中，隧道是高速公路养护管理的重点和难点。通过研究发现我国高速公路交通事故当中其高速公路隧道事故发生量占有较大比重，研究者们根据交通事故率与隧道交通量发现，追尾、火宅、翻车、撞壁等交通事故发生率与隧道交通之间有着直接的关系，所以为了降低高速公路事故率，加强高速公路隧道养护管理是非常有必要的[6]。

但是传统的高速公路养护管理方式主要是采取被动的方式进行养护管理。即当路面发生病变或者电机设备出现故障后，对其进行维修养护，同时也会在定期对整体高速公路进行统一的检测维护，这样的管理模式无法虽然可以很好的反应高速公路的基本情况及特征，但是却无法实现高速公路动态信息的管理和描述。随着科技的发展，越来越多的新兴技术引入到高速公路管理当中，而这些技术的使用，就会产生各方面大量的实时信息，以前的高速公路养护管理方式已经不能很好的满足养护部门对于这些实时动态信息数据的处理。

高速公路的 GIS 图形平台为维护管理提供了全新的信息共享功能 在“路网-线-节点”中根据管理级别和不同设置三层GIS图形和数据内容。

第一个是高速公路网络技术状况的总图。二是高速公路整体图。三是重要工作点的详图，包括二维平面图和三维视图。四是整合原有的道路视频监控系统，将视频信息与地图进行匹配，实现高速公路资产地理信息和属性视频信息的交互查询。

4.3.1 GIS及三维技术的运用

高速公路智能养护系统设计当中，运用地理信息系统技术，高速公路管理部门可以直接对高速公路隧道进行实时监控查看，一旦发现高速公路隧道地面出现病害，高速公路管理人员通过GIS技术直接观看高速公路实时图像信息，找到精准病变位置，并初步判断其严重情况，从而制定相应的养护方案，实现针对性、精准化的高速公路养护工作[7]。

4.3.2 决策树算法的应用

在高速公路隧道养护管理当中，利用决策数算法，将相关法律法规及其标准纳入系统中，从而实现对高速公路隧道的评估，确定高速公路隧道病变程度。[8]通过其评估结果，系统可以给出相应程度的维护方案，从而实现更为科学的养护，提高高速公路隧道的使用周期。

综上所述，大数据技术与高速公路养护管理相结合从而设计出基于大数据的高速公路智能养护系统。该系统的出现不但可以提高高速公路养护管理工作水平，实现高速公路养护的精准化、科学化、标准化，提高高速公路养护的效率。同时，通过精准化的养护管理工作，还可以降低高速公路养护成本，为企业或者管理部门降低管理费用，实现经济效益的提升。利用大数据技术，还可以充分发挥公路养护数据，提升数据的使用效率，从而更好的为人们、为社会、为国家提供更好的服务。

5 结语

大数据已经从传统抽样转向全样本分析。数据不再是简单的，而是大规模的大量数据选择。数据来源必须从公司或部门的采集转变为不同行业和区域内数据的开放共享，打破了信息孤岛，降低了数据采集的成本。管理决策要从依靠专家和管理者的个人经验转变为以数据分析为科学技术基础。

当高速公路处于健康状态时，延长其使用寿命的成本远低于发生病害或机电故障后的修复成本。因此，路面维护和机电设备的预防性维护策略是关键。利用公路运营过程中的海量数据，利用数据挖掘技术分析路面病害、机电设备故障及影响因素之间的联系。这样可以预测其发生的可能性，实现早期维护和快速响应，有效降低公路维护成本和损失。

参考文献：

[1]胡娟.基于大数据的高速公路智能养护系统研究[J]. 辽宁省交通高等专科学校学报，2020（5）：28-32.

[2]何玉钦.大数据在高速公路管理中的应用与展望[J]. 黑龙江交通科技，2019（5）：216.

[3]薛志文.大数据技术在高速公路预防性养护中的探索及应用[J].公路，2019（8）：185-187.

[4]刘琦.基于大数据技术的智能高速公路系统应用[J]. 驾驶园，2018（12）：71-72.

[5]邹锋光.浅谈高速公路综合养护总承包管理模式[J]. 城镇建设，2020（5）：210.

[6]陈亮，陈卓，陶品.高速公路隧道照明节能系统的设计与实现[J].中国交通信息產业，2007（1）：123-125.

[7]王泽纯.互联网思维下的高速公路养护管理系统建设策略[J].科学与财富，2018（15）：42+6.

[8]王艳侨.浅谈基于全寿命周期和大数据理念的高速公路养护管理系统[J].通讯世界，2015（12）：197-198.