智能物联网在“智能化”路面养护管理系统中的应用

智能物联网在“智能化”路面养护管理系统中的应用

付安琪1

（1.  重庆交通大学 土木工程学院， 重庆 400074）

摘要：针对传统的路面养护检测技术自动化程度低、作业效率低的特点，对物联网技术在路面养护管理体系构建与实施过程中的应用进行研究，路面管理系统由三个子部分组成：路面检测和3D建模、数据分析和决策支持。

关键词：路面养护、智能物联网、路面管理系统

0引言

随着城市路网的不断扩大，路面养护的重要性不断凸显，尽管投入了大量的人力和财力，但管理部门仍面临路面养护不足和滞后的困扰，道路病害如裂缝可能导致交通事故的发生[1]。物联网、大数据和人工智能（AI）等技术在各个行业的发展和广泛应用为这一问题提供了可能的解决方案。本研究旨在通过对物联网和大数据技术，对道路管理系统中的应用进行研究，将路面养护系统从传统的操作模式整体升级为智能和自动化模式。

1“智能化”路⾯养护管理系统功能

物联网是一种计算设备、机械、数字机器相互关系的系统，并具有通过网络传输数据的能力，无需人与人、或是人与设备的交互，智能物联网为物联网与人工智能的结合，以实现更高效率的物联网运作[2]。

1.1路面养护数据采集模块

全面掌握路面损坏是路面养护中不可缺少的部分，基于各种传感器，如工业摄像机、红外摄像机、探地雷达等，实现了物与物之间的互动。道路传感器经过集成并安装在车辆上，可以在车辆行驶时自动测量并上传路面参数[3]。对于路面管理系统来说，数据收集是一个基础模块，为后续模块给工作提供了支持。通过建立基于物联网的综合信息传感与采集基础设施，动态采集实时路况数据，并传输至相关部门进一步分析。

1.2路面养护数据处理分析模块

数据在路面损坏检测过程中呈指数增长，并且非结构化的原始数据不能立即支持决策。为了提取隐藏在大量无序数据中的信息，主要数据分析方法主要有规范性分析法、空间分析法、流分析以及时间序列分析法。规范性分析有利于分析在特定情况下合适解决方案的选取。空间分析有利于分析基于空间位置的数据并解释各种物理对象之间的空间关系。流分析有助于分析大量“动态”数据集。基于时间序列数据有助于找出道路事故发生的趋势和规律。

1.3路面养护决策模块

信息整合目的是为了提高资源的利用效率和优化工作的流程，实现自动分类和优先级排序，进而实现高质量的管理。对于员工而言，这种升级极大地改变了他们的日常工作，因此可能会受到抵制或消极对待,高层管理者应该通过优化、改变管理系统等方式，向员工明确展示冗长的抽象数据分析与实际业务绩效改善之间的相关机制。

1.4协同管理模块

通过上述三个模块，建立了一个数据驱动的自动化系统。除了道路基础设施，数字革命正在使其他系统组成部分发生变化，包括但不限于智能交通系统和建筑基础设施系统。与其他系统的外部互动也是道路基础设施系统升级的一个重要方面。更具体地说，这些系统的基本功能是支持城市运行，它们之间存在重叠部分，而这些系统的充分协调将会提高整个城市及其自身的工作效率。

1.5系统基本功能实现

物联网、大数据和其他先进技术的被工程师和学者们广泛讨论和探索。学者和工程师们从不同的角度探索了提高路面养护性能的方法，发现如果将不同路段的管理方法集成到一个管理系统中，系统效用将得到最大化。从某种意义上说，路面养护是发现问题、处理问题和养护道路基础设施的正常状态的过程。因此，路面管理系统包括三个部分：路面检测和三维建模，数据分析和决策支持。

2“智能化”路面养护管理系统的实施

2.1路面检测与建模

路面检测是整个过程的基础和开始。为了满足数据采集的需要，检测车辆需要配备各种传感器，通过行驶车辆定期巡逻，自动采集多维动态数据，这些数据可以通过可视化的形式直观的表现出来。同时，基于三维激光点云技术建立的路面损坏三维模型，可以帮助实现路面损坏的实时监测和可视化。整合所有道路的三维可视化信息，开发一个可视化平台，将收集到的数据经处理后导入平台中，对于决策者来说，将更方便地获取详细的道路信息，例如位置、检查记录以及其他相关参数。

2.2路面养护数据分析

2.2.1路面病害分类

从三维模型中提取出交通病害信息后，采用图像识别算法对其进行处理。道路病害将被自动分类，为提出解决方案提供可靠依据。例如，病害可以分为不同的类型，如开裂，粉碎坑洞等。同时，分类标准可以根据管理部门的需要进行调整。除了分类，道路病害的严重程度也将被评估，例如，车辙的深度。这一步完成后，道路病害的所有详细信息都将被收集。

2.2.2路面损坏评估

路面损坏的评估标准有多种。路面养护质量指标（MQI）中国交通运输部规定的标准，用于综合评价公路路基、路面、桥隧结构、路边设施的服务量等。而路面质量指数（PQI）是路面质量指数的重要部分，MQI和PQI都是路况评价的重要指标。

2.2.3路面养护需求分析

在城市中，庞大的路网伴随着各种复杂的养护需求。因此，有必要按优先级对它们进行排序。决策者可以根据不同路面的损坏程情况和具体问题，根据自己的评价标准，判断出数百条道路的哪些养护需求更为紧迫。因此，那些严重受损的道路将得到更及时的养护，可以最大限度地减少对车辆和行人的不便，从而使道路基础设施系统的性能大大提高。

2.2.4路面状况数据库

随着时间的推移，从复杂的道路网络中收集的数据将呈指数增长，大量的数据对于更深层次的数据分析很有价值。为了整合这些有价值的数据，建立路况数据库是必要的。经过数据收集和分析，可以明确特定路面的损坏程情况，管理人员可以根据路面损坏做出决策养护策略，强调将数据驱动的可靠性模型与从监控操作系统收集的传感器数据相结合，制定路况策略监控和养护。

2.3路面养护决策

2.3.1协同管理系统

在过去几十年的城市建设中，虽然交通、能源、商业、通信、基础设施等各种城市功能系统呈现出蓬勃发展的态势，但这些系统的简单叠加也带来了一系列城市治理问题，比如重复投入。对于道路基建部门来说，动态掌握区域人员密度和交通流量数据，有助于支持更科学的决策。因此，在路面管理系统中，将来自其他系统的信息与路况数据库的数据相结合，形成信息集成平台，促使管理者在决策过程中将其他相关系统的信息纳入参考范围。

2.3.2路面养护预测

信息集成平台为决策者提供所需的信息，并不断丰富更新，管理人员根据这些信息提出路面养护方案。决策制定后，跟踪和反馈将有助于发现系统的不足，有利于系统的性能的不断优化升级。利用丰富的数据，选择合适的数据驱动方法，管理人员可以了解路面损坏的发展趋势，可以用于支持下一个阶段的决策。基于三个子部分建立的路面管理系统与传统管理系统相比，具有高精度的路面损坏自动检测、3D量化道路病害、基于算法的道路病害信息提取、病害发展趋势评估等优势。

3总结

路面养护技术的发展将成为交通基础设施发展的主导因素，建立科学化、智能化、数据化的路面养护管理系统，从发展的角度来看能够积极推动技术和装备的不断进步。利用物联网和大数据作为智能养护的主要手段，能够提高道路管理效率。系统将物联网和大数据技术运用于系统构建中，并强调内部之间的协调以及内部和外部部门之间的协作的重要性路面管理系统从可持续发展的角度出发，为路面养护部门提供了一个整体的工作流程框架。

参考文献：

[1]李清泉,邹勤,张德津.利用高精度三维测量技术进行路面破损检测[J].武汉大学学报(信息科学版),2017,42(11):1549-1564.

[2]袁红斌,曹会群,欧群雍.基于激光测距雷达和机器视觉的障碍物检测[J].现代雷达,2021,43(05):57-62.

[3]宫海晓,贺杰,杨秋慧.机载激光雷达扫描三维地形的渲染研究[J].激光杂志,2021,42(04):179-182.