数字信息化技术在市政道路运维管理中的实践探索

徐治国

(金湖县住房保障服务中心)

市政道路是现代城市的重要组成部分之一，其可以为人们提供良好的交通服务，满足人们的运输需求[1]。市政道路的运营和维护管理可以在一定程度上保证其稳定地发挥自身功能，为人们提供一个稳定的出行环境。市政道路缺乏管理容易增加其自身损坏的风险，也容易导致交通事故的频发，增加人们的出行风险[2]。道路检测可以有效地促进市政道路的运营和维护管理，而目前常规道路检测方法在大体上可以分为两种，分别为以人为主的人工检测和以技术为主的检测车录像检测。然而这些检测方法也存在一些问题，如检测效率较低、具有一定的危险性及客观性不足、成本和花费高等[3]。为了进一步对市政道路运维管理的效率进行提升，市政道路的检测方法需要及时的更新和改进。

1.数字信息化技术的重要性

市政道路运维管理的数字化转型在一定程度上可以提高市政道路损坏路面的检测效率，保障人们的出行安全，并减少交通事故的发生。此外，市政道路运维管理的数字化水平和信息化水平也会有明显的提升。市政道路情况的可视化和道路检测的数字化是提高市政道路运维管理水平的重要途径，也是提高市政道路路面检测效率的有效手段。随着城市创新发展的不断推进和城市发展模式的不断改变，市政道路运维管理面临着许多新的要求和挑战。市政道路的路面损坏情况是较为复杂且多样的，因此市政道路运维管理需要能够对道路问题进行可视化，对道路的真实情况进行复现还原，让相关运维人员能够更加直观地了解到市政道路的真实路面情况，对路面的损坏情况进行初步评估，并确定初步的运维管理方案，提高市政道路运维管理的处理效率。市政道路检测关系着人们的出行安全，所以提高市政道路检测的效率是十分重要的。因此，市政道路运维管理也需要能够对道路实行数字化检测，通过数字信息化技术来避免人工检测的低效率、高成本等问题。由于市政道路运维管理影响着人们的生命和财产安全，因此相关的运维人员需要及时地对市政道路遇到的问题进行解决，避免恶性事件的发生。在市政道路运维管理工作的落实中，数字信息化技术需要被应用在每一个能使用该技术的场景，以期能够快速地发现并解决问题，及时地去除市政道路上的不稳定因素，减少人民群众在出行中可能遇到的问题，保障人们出行的安全。此外，市政道路运维信息数据的互通和共享有利于运维效率的提升。通过数字信息化技术，相关工作人员可以对市政道路的运维数据进行统一管理，增强运维数据之间的互通与共享，提升市政道路的检测效率。通过数字信息化技术，市政道路的不同指标和数据信息等都能够实时地被监控到，而这能够提高相关管理人员解决问题的效率，提高市政道路运维管理的效率。

2.市政道路运维管理的问题

稳定的市政道路运维管理是我国城市持续发展的基础，然而我国的市政道路运维管理却存在着一定的问题。市政道路运维管理的问题在整体上可以分为两个维度，其中第一个维度是市政道路检测方式的不足。传统的道路检测方式主要有两种，分别为人工和检测车。然而，这些检测方式都存在一些问题，如效率低下、危险程度高、成本花费大、不够客观等。此外，随着科学技术的发展，市政道路检测技术也得到了改进和创新，如出现了一些路面损坏检测系统。然而这些创新后的检测技术也存在一些缺陷，如建模所需时间较长、不太能胜任较长距离或者弯曲较多道路的建模、不能准时刷新道路的运维信息等。随着数字信息化技术的发展，运用该技术来解决不同领域的问题是十分普遍的。因此，运用数字信息化技术来弥补道路检测方式的不足是十分有必要的。

市政道路运维管理工作在具体开展过程中面临一定的困难。目前在运维管理工作具体开展过程中比较常见的问题主要集中在数据上。第一个数据问题是运维数据的不足，而这有可能是在数据交接过程中造成的。第二个数据问题是数据利用率低，第三个数据问题是数据移交缓慢。由于运维单位的变动速度较快，由此容易造成市政道路运维管理工作的不连贯、断断续续，从而致使运维数据也呈现不连贯和断断续续的状态。此外，不同类别的运维工作有不同的模式，而这也可以致使运维数据的不连贯。由于运维单位的合同周期都相对较短，因此绝大多数的运维单位采用的都是“有缺陷再修复”策略，缺乏在市政道路运维管理上的预防性思想。虽然“有缺陷再修复”的策略能够在短时间内获取利益，但是却不利于市政道路运维管理的长期规划。因此，通过数字信息化技术来提供统一的数据管理平台是很重要的。这不仅可以促进市政道路运维数据的互通和传递，也可以提高运维数据的移交速度和利用效率，并让运维数据逐渐丰富起来。此外，目前的市政道路运维管理在道路的状态评估和可视化上也存在一定的不足，且辅助决策功能也较为弱小。因此，需要使用数字信息化技术来增强市政道路运维的可视化水平和辅助决策功能，并实现对市政道路的状态评估，提高市政道路运维管理的水平和市政道路的检测效率。

3.市政道路运维管理技术基础

随着现代化数字信息化技术的发展和应用，其逐渐成为市政道路工程中不可或缺的内容。为了对市政道路的检测效率进行提高，研究设计了一个和市政道路运营和维护管理相关的平台。该平台使用了多种数字化技术和信息化技术，同时也提供了可视化功能和辅助决策功能，为市政道路检测效率的提高提供了良好的技术基础。市政道路运维管理平台使用的数字化技术如图1 所示。

图1 相关数字化技术

如图1 所示，市政道路运维管理平台使用的数字化技术主要包括三种，分别为建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)技术、目标检测技术和图像信息提取技术。其中，BIM 技术已经在许多领域有了良好的应用，而这也是基于BIM 技术自身的特点，如可视化、信息化等。通过基于BIM 技术的三维模型，市政道路相关的数据可以实现互相流通和传递，而这也是市政道路运维管理平台的数据基础。此外，市政道路的路面损坏情况也可以通过BIM 技术来进行位置追踪和可视化管理，提高市政道路运维管理工作的效率。传统道路检测的人工检测方法存在效率低且数字化程度低等问题，而这也在一定程度上提高了市政道路运维的难度。随着技术不断的进步，在道路检测中引入计算机视觉技术逐渐成为热门的研究领域。常见的目标检测算法有单阶段检测算法和两阶段检测算法，而You Only Look Once version 5(YOLOv5)算法是单阶段检测算法中一种。YOLOv5 算法具有较快的检测速度和较强的可移植性，因此研究选择其作为市政道路的检测技术。市政道路的路面损坏情况主要通过路面情况指数来进行分析和评估，而道路情况分析涉及到的图像信息获取和应用过程如图2 所示。

图2 市政道路图像信息获取和应用

如图2 所示，市政道路图像信息获取和应用的第一步是进行道路图像采集，第二步是对图像数据进行处理，第三步是对图像进行分类并制定相应的标签，第四步是对模型进行训练。而在对模型进行训练之前，需要先建立YOLOv5网络模型，并对训练的参数进行设置。第五步是对评价指标进行分析判断，若判断结果为正常，则进行第六步；若判断结果为不正常，则需要对参数进行重新调整，并再次对模型进行训练。第六步是对模型的权重进行计算，第七步是结合计算出的模型权重和未检测道路的图像分析结果来对权重函数进行修改。第八步是对缺陷坐标进行输出，第九步是进行缺陷面积的转换，第十步是导入路面评价体系，最后一步是对道路评价等级进行输出。

4.数字信息化技术下的运维管理平台

市政道路的运营管理需要遵循两个核心要求，第一个为道路基本情况的可视化，第二个为道路检测系统的数字化。道路基本情况的可视化实现可以分为四个步骤，其中第一步是基于道路自身的类别特点来对各自的数字模型进行构建，如高架桥数字模型、隧道数字模型等。第二步是通过BIM技术来对市政道路的数据信息进行三维呈现。第三步是引入地理信息系统技术，对市政道路的全线路模型进行构建。第四步是通过运维管理平台来对损坏路面进行建模，并将该损坏路面的图像数据传到模型中。道路检测系统的数字化主要是通过YOLOv5 算法来实现，该算法可以为道路状态的评估提供有效的道路图像数据。道路检测方法中的车辆检测法虽然在速度、效率和安全性上有了较大的改进，但是其自身也存在一定的不足，如采集的数据中有较多的噪音，在进行图像分类前需要先对其进行增强和降噪处理。数字信息化技术下的市政道路运维管理平台的基本结构如图3 所示。

图3 市政道路运维管理平台的基本结构

如图3 所示，市政道路运维管理平台在整体上可以分为四层。其中第一层是对象层，对象层包含了不同的设备和软件，其中比较重要的有BIM 软件和服务器，同样重要的还有前端设备和网络设备。第二层为数据层，该层包含了运维管理平台的所有数据来源。其中，比较重要的数据有BIM模型及其自身的数据和设备工作的相关数据，重中之重的数据有道路图像数据信息。市政道路运维管理平台的第三层为处理层，该层的功能是对数据进行处理。此外，该层会涉及到不同的系统，其中比较重要的是网络系统和道路评估系统，同样重要的还有存储系统和图像数据转化系统。运维管理平台的第四层为应用层，该层主要为不同功能的具体应用情况。其中，比较具有代表意义的有三维漫游、大数据分析和道路状况预测。同样具有代表意义的还有智慧运维和道路状况评估。

5.运维管理平台功能设计

市政道路运维管理平台是以BIM 和地理信息系统等数字化技术为基础的，同时也引入了信息技术。通过市政道路运维管理平台的规模效应，可以把数据信息转变为价值高的信息资产，同时也可以让市政道路的运维管理向着数据驱动的方向发展。市政道路运维管理平台的具体功能设计如图4所示。

图4 市政道路运维管理平台的具体功能设计

如图4 所示，市政道路运维管理平台的具体功能设计可以分为三个方面，分别为道路信息可视化、沥青面层状况辅助预测和道路状况评估。市政道路运维管理平台通过BIM技术实现了可视化，该平台不仅可以提供市政道路的直观观看，而且可以提供市政道路的三维漫游。由于市政道路信息存在多层级的情况，因此全面市政道路信息模型的构建需要结合三维建筑模型和地理环境模型，并将同时运用到BIM技术和地理信息系统技术。与此同时，为了对万维网下三维漫游功能的平稳性和可靠性进行保证，市政道路运维管理平台对自身进行了优化。该平台在自身模型轻量化的有利条件下对数据实现了快速处理，并对其他模型实现了高效率的载入。沥青面层状况辅助预测是以道路施工信息为参考，并结合了BIM 施工信息模型的方法。该方法实现了沥青面层状态信息的采集，并通过对应的技术规范实现了沥青混合料层疲劳寿命等方面的预测。此外，该方法可以为道路的运维和管理提供数据基础。路面损坏状况评估指标有路面破损率和路面破损状况评估指数。其中路面破损状况评估指数可以分为五个等级，不同的等级对应不同的路面破损程度。在路面破损状况评估指数的基础上，可以设计出便于二次开发的道路检测管理系统。该管理系统既可以生成不同的数据指标，以实现对路面破损情况的评估，又可以生成不同的道路分析提示，给相关人员提供依据。此外，该系统还可以记录过往的检测数据，以实现信息的查询。

6.结论

随着我国城市数字化发展的推进，城市中的不同组成部分都迎来了数字化转型的要求。市政道路运维管理作为城市管理建设的一部分，自然也面临着同样的要求。因此，在市政道路运维管理中引入数字信息化技术就显得格外重要。研究在BIM、目标检测和图像信息提取等数字化技术的基础上对市政道路运维管理平台进行了设计。此外，通过数字化和信息化技术来对市政道路的状况进行评估可以有效地提升市政道路的数字化和信息化管理水平，并可以降低市政道路的运维成本。