数字化驱动的新一代公路综合智慧养护管理体系构建

任广丽 董元帅 辛光涛

摘要 文章立足于“十四五”期间政府发布的公路交通数字化发展纲要，基于当前公路综合养护发展现状，挖掘公路智能化养护管理需求，充分利用新兴信息化、数字化技术打造“1+1+1+4+1”体系，即1套养护标准化体系、1个公路养护数据库、1个高精度数字底座、4类公路养护综合应用场景、1个移动客户端App，从而构建新一代公路智能化养护管理体系。

关键词 数字化养护；智能化养护；高精度数字底座；综合养护应用

中图分类号 U418 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）04-0159-04

0 引言

为深入贯彻习近平总书记关于数字经济等重要指示精神，落实《交通强国建设纲要》《数字中国建设整体布局规划》和《数字交通“十四五”发展规划》等要求，交通运输部积极推进公路建、养、运等全流程数字化转型工作，开展了在役干线公路基础设施与安全应急数字化试点工作等一系列举措。同时，基于三维激光的数字化采集、AI识别技术等新一代数字化技术的发展也加速驱动公路综合养护向规范化、数字化、智能化发展。此环境下，该文提出构建数据化驱动的新一代公路综合智慧养护管理体系。

1 公路养护管理问题与挑战

近年来，为贯彻落实国家或部委关于公路养护管理发展的文件，全国各省市纷纷开展智慧养护建设，也取得了一定成绩，但距离完全实现智慧养护、数字养护仍然面临一些问题与挑战。

1.1 养护作业以传统方式为主，养护智能化不足

当前的养护巡查作业仍以传统养护方式为主，采集手段单一，对公路基础设施资产管理、路面的病害监测等障碍物的信息采集方式主要以人工日常巡逻、拍照记录的方式，工作量大且效率低下。此外人工巡查依赖人员的工作经验，受制于自然天气、道路条件、注意力分散等影响，影响病害检测结果准确度。

1.2 养护信息化系统建设不完善，养护管理流程未闭合

各省养护信息化建设程度虽不相同，但普遍缺少信息化顶层设计，养护业务系统建设重复、冗余，平台功能单一、分散，系统之间缺乏数据交互共享^[1]；养护日常管理较松散，无法自动实現精细化管理，业务管理流程未闭环管理。新技术应用滞后，已无法满足现在的公路养护管理需要。

1.3 养护业务数据挖掘应用不足，科学决策落后

当前公路养护数据管理粗放，公路养护数据中心建设程度不足^[2]。立足于养护综合管理分析的角度对数据进行挖掘并分析其存在的不足，发现养护项目库管理、养护计划制定、效果评价等方面缺少科学决策支撑，造成了资源的浪费。

1.4 移动端App开发有待完善，智能化不足

当前养护信息化配套的App形式多样，但是普遍存在功能单一、操作不便捷、与系统业务联动不足的问题，无法对业务流程进行动态控制管理；同时受限于一线巡检人员的文化素质与使用设备App使用率不高等问题，不利于养护数字化转型发展。

2 新一代数字化养护管理需求分析

构建养护标准化体系：针对当前问题，应从顶层构建养护标准化框架体系，推进养护标准化建设，构建以技术标准和规范要求为约束的养护检测、实施、评价一体化标准流程和固定行为，实现养护作业标准化。

实现基础设施数字化管理：针对当前养护基础设施数据管理粗放问题，构建公路高精度数字底座，形成公路数据中心，打造公路实景地图，实现公路基础设施资产自动盘点，为综合业务应用、可视化管理提供数据底座支撑。

打造公路养护智能管理：应用新一代AI智能巡检设备，通过自动巡检辅助巡查人员工作，提供高频次、自动化的信息采集手段。完善业务功能模块，通过联动App，实现从巡查、上报、处置、验收管理的全过程信息化管理，与养护材料、设备管理、养护费用模块业务联动，满足养护业务动态管理、自动统计及数据共享的需要。

实现公路养护科学决策：应依托大数据分析手段，建立基于机器自主学习、数据深度挖掘的算法和模型，科学实施路网养护方案规划，为养护工程项目库储备、养护计划制定、养护资金优化分配提供决策支持。

3 新一代公路综合智慧养护管理体系

在新一代信息技术的支持下，公路综合养护管理体系应运而生^[3]：通过养护标准化体系设计，建立公路养护数据库，打造高精度数字地图，开展养护综合应用，实现养护全过程信息化管理，综合养护管理体系基于养护大数据分析为业务管理提供决策依据，为行业指挥提供数据支持，实现公路基础设施及养护业务数字化、精细化管理，科学辅助决策及结果可视化展示^[4]。通过数据共享提供专业数据支撑，提升公众服务水平，达到公路养护数字化转型升级，促进公路资产保值增值。

3.1 系统架构

公路综合养护管理平台分为采集层、支撑层、接入层、数据层、应用层5个层次，计划打造标准规范和运维安全两个保障体系^[5]，如图1所示。

采集层主要作用是为平台收集基础信息，包括便携式病害检测设备、激光点云测量设备、公路交通量信息采集设备、物联网传感器、手机移动端等终端采集数据及高分遥感影像数据。采集层收集回来的数据按照统一数据标准规范进行数据处理进入数据库。支撑层提供基础设施支撑，包括政务云、硬件环境、软件环境、储存资源、安全系统、网络资源、中间件、GIS引擎等，保证项目开发及运行环境安全、高效。接入层对接已有养护信息化系统数据，实现现有数据整合，同时对外部数据预留接入接口，提高数据质量和可靠性，满足数据上图、业务应用、分析辅助决策的需求。数据层是对现有业务系统中的数据进行提取、归集、治理，通过对养护业务数据资源、二三维空间数据资源进行科学地分类组织，采用统一的建设规范和数据交换标准，建设专题数据库。应用层是在公路数据底座基础上开展智能养护管理、科学决策分析、综合展示、行业信息共享等综合应用。同时，为保障信息系统建设的规范化和安全性要建立标准规范体系和运维安全保障体系。

3.2 系统建设内容

新一代公路综合养护管理体系主要包括养护标准规范体系、养护数据库、高精度数字底座、综合应用系统、移动客户端App。

3.2.1 养护管理标准化体系建设

从顶层构建养护标准化框架体系。推进养护业务标准化建设，构建以技术标准和规范要求为约束的养护检测、实施、评价一体化标准流程和固定行为，实现养护作业标准化、规范化。主要包括公路养护管理制度建设、养护标准化作业流程规范建设、养护数据标准规范建设，公路综合养护管理平台建设规范^[6]。

3.2.2 高精度数字底座建设

应用物联网技术、高精度移动测量采集技术、大数据、地理信息系统（GIS）、高分遥感卫星等新一代信息技术手段，对公路基础设施进行全生命周期、全要素的信息采集感知，构建高精度公路数字地图，实现公路资产采集识别，为公路综合养护管理应用及可视化展示提供数字底座。

3.2.3 公路养护数据库建设

整合基础设施数字地图数据，通过汇聚各类数据资源，构建公路基础数据库、业务数据库、主题数据库、共享数据库，为开展养护科学决策、数据资源综合展示、行业信息共享提供数据支持。

3.2.4 综合应用系统建设

综合应用系统包括智能养护管理、科学决策分析、综合展示、行业信息共享4类，智能养护管理主要包括日常养护管理、检测评定管理、养护工程管理、养护材料、机械设备管理、养护费用管理、基础设施健康监测，实现养护业务过程动态管理及过程控制。科学决策分析包括养护方案规范、养护项目库管理、养护计划编制、养护考核管理、应急处置管理，通过养护数据挖掘辅助科学决策。综合展示支持智慧养护一张图及数据驾驶舱两种方式实现公路养护数据资源可视化展示及统计分析。行业信息共享能够实现平台信息资源对外共享。综合应用功能架构如图2所示。

（1）智能养护管理。智能养护管理应用通过多层级、多业务管理系统整合和流程再造，以五大路产（路基、路面、桥梁、隧道、沿线设施）为载体，实现“资产数据—技术评定—养护决策—养护费用—日常养护/养护工程/健康监测/应急养护—技术评定—资产数据”全过程流程闭合实现养护业务系统化联动管理。通过系统模块建设与移动端App以及自动化巡检设备配合使用，升级传统养护作业模式，节省人工工作量，提升养护效率，整体提升智能养护效能。

（2）科學决策分析。科学决策分析子系统主要面向公路局管理层用户，立足公路基础设施高水平管养，在资金分配、路况提升维护、养护项目储备、养护考核等方面科学决策管理。辅助公路养护行业指挥，提升公路综合养护管理效能。主要包含养护方案规划科学决策、养护工程项目库管理、养护计划编制、养护投资分析、养护考核管理模块。

（3）养护综合展示。养护综合展示应用作为公路养护数据库和高精度数字底座的重要应用进行设计和开发，通过智慧养护一张图展示及数据驾驶舱两种方式对数据进行综合展示。

智慧养护一张图是综合养护管理平台资源可视化展示部分，以数字化底座为基础，搭载GIS底图、高分遥感影像、基础设施三维模型，叠加基础设施资产数据、养护业务数据等，可视化展示主要基础设施的基础属性、检测数据、路况数据、决策分析数据、养护设备数据、养护工程数据等公路养护管理需要的各类信息，形成公路智慧养护一张图，实现信息从宏观到明细的展示与查询。

数据管理驾驶舱是面向养护管理层实际需求设计大屏态势图界面，对不同业务数据模块、不同养护管理场景动态数据进行配置和整合，实时反映养护管理业务全貌。将系统各类信息数据进行实时动态的汇总展示，包括地图数据、视频监控、养护信息、运营数据、监测数据等信息上图，支持各类信息综合查询、统计分析类数据等汇总展示；系统支持通过各种常见的图表（柱状图、折线图、玫瑰图、雷达图等）形象地展示地图、资源等信息，从而为领导决策提供依据。

（4）行业信息共享。综合养护管理平台通过数据归集，统筹管理公路基础数据、养护业务数据、养护主题数据以及决策分析数据，凭借数据优势向相关机构推送对公众出行产生影响的公路交通数据，例如公路灾害信息共享、灾害抢修信息共享、公路基础设施数据、养护作业信息共享、科学决策信息共享，从而间接提高公众出行服务水平。

（5）移动客户端App建设。依据管理单位的统一管理规范、统一数据规范、统一安全规范、统一技术规范指导，基于统一的业务办理后台接口服务与统一的数据服务支撑，为公路智能养护管理业务设计开发基于智能手机的移动客户端，实现与养护管理平台、各养护业务系统的业务协同，满足地图概览、资产管理、日常养护、养护工程、应急事件上报等业务现场数据采集、管理查询等移动需求。选用高性能、跨平台的专业级移动GIS开发平台，支持基于各类操作系统的移动智能终端，支持使用离线/在线地图，支持提供地图浏览、数据采集、数据分析、路径导航等基础能力。

4 结论

该项目从我国公路养护管理服务现状出发，顺应国家交通强国和交通数字化战略发展要求，通过先进信息技术赋能，推动交通基础设施全要素、全周期数字化，构建数据驱动的公路综合养护管理体系，提出建设公路养护标准化体系、公路养护数据库、基础设施数字底座，打造智慧养护管理、公路综合展示、养护科学决策分析、行业信息共享四类综合应用，推动公路交通数字转型和智能升级，增强公路应急保障和运行通行能力，提高养护科学决策能力，创新服务方式，提升服务效率，使政府管理更高效、决策更精细、服务更精心，是全省公路养护高质量发展的必然需求，也是打造具有全国示范效应的公路养护交通强国试点工程的重要举措。

参考文献

[1]周伟， 颜英秋. 公路养护管理系统的决策方法研究[J]. 中国公路学报， 1999（3）： 35-42.

[2]武钰杰. 一种智能养护管理系统： CN202210212675. 7[P]. 2023-08-10.

[3]傅志浩， 汪琦， 胡晓克. 展望普通公路智能养护的未来[J]. 中国公路， 2018（12）： 60-61.

[4]蒋红妍. 高速公路路面养护管理系统研究[D]. 西安：长安大学， 2006.

[5]王天胜. “互联网+道路养护平台”建设关键技术分析[J]. 公路， 2020（5）： 300-304.

[6]孔德刚. 高速公路养护管理信息化建设中存在的问题与解决对策研究[J]. 交通世界， 2016（26）： 50-51.

收稿日期：2024-01-22

作者简介：任广丽（1990—），女，硕士，工程师，从事智慧养护、智能交通相关技术研究工作。