智慧养护的首发探索

供稿 北京首发公路养护工程有限公司

随着云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能等新一代信息技术的发展，高速公路养护管理逐渐迈入“智慧养护”的新时代。作为专业从事高速公路日常养护、大中修工程和应急抢险等业务的服务性企业，北京首发公路养护工程有限公司（以下简称“首发养护公司”）在智慧养护方面开展了系列探索。

目前，北京市部分高速公路试验路段实现了雪天自动预警除雪，雨天遇积水自动“报警”，高速公路应急管理信息正逐步通过多种方式传递到车主手中。

首发养护公司主要负责北京市范围内京港澳、京藏、京承等19条、近千公里高速公路的养护工作。近年来，为顺应行业发展形势，提高养护管理水平，首发养护公司通过智能化巡视、全景化感知、自动化控制、全方位应急、科学化决策手段，构建了五位一体的“慧养护”智慧化养护体系，有效提升了高速公路养护管理水平和服务品质。

实现智能化巡视

养护质量的好坏与发现问题的及时性有很大关系，传统的人工巡视方式被动且滞后，已无法满足高速公路高质量发展的需求，首发养护公司通过整合现有资源，推动传统的人工、人眼巡视向信息化、自动化智能巡视转型。

建设地理信息平台

高速公路基础信息数字化是智慧养护的基础。首发养护公司通过梳理高速公路的基础数据并对其进行数字化处理，然后基于二三维一体化技术建设了GIS 地理信息平台，将高速公路的材料、结构、资产、桥隧涵、附属设施等全部信息导入其中，养护人员可利用系统的智能查询功能，快速、准确地了解任何一处道路的基本信息，实现了“GIS一张图”，为“智慧养护”奠定了数据基础。

车载终端智能化巡查

开展车载智能终端研究，智能终端具备影像记录、车务管理、道路病害智慧化巡查等功能，利用人工智能、边缘计算、物联网等技术，将AI算法嵌入车载智能终端内，实现了车辆行驶过程中的实时智能化巡查。智能化巡视体系的建立，替代了原有的人工巡视方式，一方面节约了人工成本，降低了燃油消耗；另一方面提高了巡视效率，确保了事件探测的实时性。

构建全景化感知

全景化感知是指在智能化巡查的基础上，通过物联网技术实时监控构造物内部结构的参数变化，并预测其未来发展趋势，从而达到快速应对突发事件和合理制定养护计划的目的。

桥梁及边坡全景化感知

首发养护公司搭建的统一监测平台，可对重点桥梁及边坡进行实时监测和集中统一管理。该平台接入实时监测数据，通过运用跨平台3D引擎，配合先进的大数据分析算法掌握桥梁和边坡的挠度、应变、裂缝、索力、温度、位移等实时数据，对桥梁结构进行分析和预警，全天候监控桥梁和边坡结构状态。当指标超过设定界限时，平台会发出预警信号，养护管理人员可及时判断桥梁结构可能出现的损伤，及早发现桥梁安全隐患，保障桥梁安全运营。此外，该平台还可以预测桥梁结构的未来变化情况，为养护管理人员提供科学化养护策略。

首发养护公司构建了五位一体的“慧养护”智慧化养护体系，有效提升了高速公路养护管理水平和服务品质。

隧道全景化感知

为提升隧道交通安全保畅能力，实现养护管理的“扁平化”目标，首发养护公司建设了集BIM、GIS、能耗分析、设备基础信息、模拟演练及常规隧道监控等内容于一体的智慧隧道监控平台，能够对隧道的重点指标进行实时监测和管理，有效提高养护管理效率。

气象信息全景化感知

当前，传统的民用天气预报的精度远远不能满足高速公路养护管理的需求。对此，首发养护公司一方面加强与气象部门的数据互通，另一方面在高速公路重点部位设置气象观测站，最后将两部分数据有机融合，构建精准气象服务平台。该平台能清晰、精确地显示道路一公里范围内的降水、风力、温度等气象情况，极大地提高了应急抢险及养护作业效率。

精准气象服务平台界面

积水积雪全景化感知

防汛除雪是高速公路养护单位的重要任务之一，对确保首都高速公路畅通有着非常重要且特殊的意义。首发养护公司结合日常防汛除雪工作需求，基于物联网、激光、超声波等先进技术，建成了积水积雪监测预警系统，该系统可以准确地感知路面积水、积雪、结冰等情况，同时将监测数据传输至中央处理器进行分析，将未来数小时内道路的结冰积雪情况反馈给养护管理人员。如检测到道路有结冰、积水趋势时，系统还会自动预警，提醒养护管理人员及时开展防汛除雪工作。

推进自动化控制

自动化控制是实现养护智慧化转型的重要环节，通过工业自动化改造替代人工操作，一方面可以降低人工成本，另一方面能大大提高养护作业效率和安全水平。

雨水泵站自动化控制

泵站的高效运转对高速公路的雨季防汛工作而言至关重要，是高速公路安全畅通的根本保障。首发养护公司利用信息采集、自动化测控、网络通讯、视频监控、软件开发、光纤通讯等技术建立了一套泵站监控管理系统，能够对泵站实行智能化、自动化、信息化的立体监控和管理；通过实时获取数据，监测路面积水、降雨量等情况，实现对设备的管理、自动控制、报警信息管理和数据统计分析，从而确保泵房安全、稳定运行，养护管理人员科学、准确开展排水调度工作。

灯杆粉刷机器人

采用传统方式粉刷灯杆需要使用高空作业车，且作业效率较低，养护人员的人身安全无法保证。针对这一情况，首发养护公司研发了灯杆粉刷机器人，不仅能自动开展喷漆作业，且作业高度可达20米，实现对灯杆的无死角喷涂。据测算，灯杆粉刷机器人的作业效率是传统作业方式的6倍，单次作业的材料成本与机械成本可降低50%，作业安全性也大幅提升。

锥桶自动化码放车

交通导改是指在施工前对作业区开展道路渠化工作，这对维护高速公路大交通流量下的道路行车安全具有重要作用。以往采取人工码放锥桶的方式疏导交通，不仅作业效率低、施工风险高，还无法有效控制锥桶的码放位置。为此，首发养护公司在传统小货车的基础上研发了锥桶自动化码放车，实现了锥桶自动码放和回收，还可以通过控制车速准确把握锥桶码放间距。

落实全方位应急

机械统一管理

研发机械管理系统，主要通过信息化手段，动态管理清扫车、除雪车、清障车等机械设备，同时结合电子地图、车辆北斗/车载通信终端定位系统等技术，实时采集机械设备的行驶数据和作业状态数据，并即时上传至系统，方便养护管理人员快速、科学地开展监管工作，大大提高了高速公路机械设备的运营效率，增强了对突发事件的快速反应能力。

物资统一管理

研发物资管理系统，主要通过统一物资分类、物资管理，实现对库区、库房物资的实时跟踪，并根据产生的动态数据形成摊销、盘点等报表。值得一提的是，该系统内还嵌入了GIS地理信息，可直观展示某一库房、某一物资的位置信息及储备情况，极大地方便了物资的就近调度和使用，物资储备不足时还会发布预警信息。

应急指挥系统

PDCA闭环管理

搭建应急指挥系统，辅以应急指挥车、集群对讲机、无人机、单兵设备、多功能视频平台等先进设备，通过指挥层、执行层两层结构，实现预案管理、执行环节、集中指挥调度、后评价的PDCA闭环管理，其中，指挥层负责预案管理、监测预警、事件处理、灾情评估、后期处置、信息管理六方面内容，执行层负责任务管理、资源准备、应急工单、质量检查四方面工作。

该系统的建立使原有的“多头指挥、各自为战”转变为“集中指挥、统一调度”，应急抢险层级由五层（最多）压缩至两层，指挥中心可全面掌握应急储备和现场情况，直接调度人员、物资、机械第一时间到达现场，应急处置效率提升30%以上。

探索科学化决策

传统的养护决策模式更多依赖于人的经验，由于缺乏合理的决策模型和大量的数据支撑，做出的决策往往不是最优的。首发养护公司通过对养护数据、养护流程进行标准化和固化处理，搭建了养护数据仓库和决策平台，该平台能综合应用人工智能和养护科学经验，全面分析养护基础数据，从而建立科学、合理的决策模型，实现高速公路养护全寿命周期闭环管理和科学决策。

总体而言，随着“慧养护”智慧化养护体系的逐步完善，首发养护公司已初步实现了养护智慧化转型。“十四五”期间，首发养护公司将继续深耕智慧养护，以智能化建设为抓手，开展智慧养护技术、设备、系统的深入研究，争取在未来实现路面检测智能化、预防性养护常态化、养护设备一体化、养护材料节能环保化、路面结构材料新型化和智能养护大数据决策体系化、系统化,努力建成一流水平的高速养护“智慧大脑”，保障基础养护工作高效运营。