道路守護者：高頻輕量化智能巡查系統(tǒng)

1、道路守護者：高頻輕量化智能巡查系統(tǒng)l=J|=|作者：暫無來源：上海信息化2020年第1期文/李志晟隨著我國城鎮(zhèn)化水平不斷提高，市政道路工程的建設變得越來越重要。其建設質量尤其是 后期養(yǎng)護水平，密切關系著人們出行的便捷性，也考驗著政府治理的效率。改革開放40年來，我國道路基礎設施建設取得了舉世矚目的成就。截至2018年年底，我 國公路總里程突破484.65萬公里，公路網密度上升至50.48公里/百平方公里。而隨著道路建 設高潮退去，我國道路工程將面臨著管養(yǎng)與運維高峰。2018年年底，公路養(yǎng)護里程已達到 475.78萬公里，占公路總里程98%，道路設施的運維管理壓力陡增。路面是道路交通基礎設施的重

2、要組成部分，路面的使用性能直接關系道路為出行者提供的 安全性、舒適性、快捷性等服務水平，同時也關系到道路自身的使用壽命。隨著大體量的道路 設施建成并投入使用，以及日益增長的交通需求，相關單位必須做好對道路日常巡查、養(yǎng)護管 理工作，及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，確?？梢蕴峁└鼉?yōu)質的服務?；谌斯みM行路面日常巡檢已無法滿足我國大體量道路基礎設施的運維、管理、養(yǎng)護工作， 且人工的管理成本高、效率低、錯漏多、數據非格式化，制約了基于數據驅動的道路智能養(yǎng)護。 以輕量化車載設備及人工智能算法為核心的高頻輕量化智能巡查系統(tǒng)可實現(xiàn)路面高效、快速巡 檢，減少人工成本，提高管養(yǎng)效率，具有良好的社會和經濟效益，采集的路面

3、健康數據更加格 式化，有利于精細化管養(yǎng)，是今后路面日常管養(yǎng)、巡檢的發(fā)展趨勢。上海市道路建設與管養(yǎng)現(xiàn)狀依據國家及上海市市政公路行業(yè)的最新統(tǒng)計數據，以及2019年發(fā)布的中國主要城市道路 網密度監(jiān)測報告，截止到2018年年底，上海市全市道路長度超過18500公里，道路面積超 29800萬平方米，總體路網密度達7.15公里/平方公里，上海市道路網密度指標排在全國前五， 可見道路是上海城市建設最重要的基礎設施之一。近年來，上海市各區(qū)的市政經費也在逐年增加，年均市政養(yǎng)護經費投入達27.5億元。其中， 一般養(yǎng)護投入占比約25%；中修項目投入占比約11%；大修項目投入占比約60%；重點養(yǎng)護項目、 單項養(yǎng)護項目

4、的占比均約為2%。根據最新的上海市市政工作社會滿意度調查結果，城市道路、公路是市民關注的焦點之一。 在城市道路方面，市民最滿意的是附屬設施、養(yǎng)護作業(yè)，最不滿意的是路面日常養(yǎng)護；在公路 方面，市民最滿意的是公路服務和附屬設施，最不滿意的是道路環(huán)境和公路綠化。從以上的統(tǒng)計數據可以看出，道路的一般性管養(yǎng)投入僅次于大修項目投入，成為上海市政 管養(yǎng)中的重要工作；同時，路面的日常養(yǎng)護也屬于市民關注重點，故而，路面的日常巡檢、日 常養(yǎng)護、預防性養(yǎng)護在道路管養(yǎng)中愈發(fā)重要。現(xiàn)有道路巡查模式上海市高速公路已實現(xiàn)了利用多功能檢測車、人工巡檢等方式進行全年全樣本檢測，普通 公路需要34年會完成一次全樣本覆蓋檢測。檢測

5、的路面數據包含結構化數據及非結構化數據， 例如，大量的設施檢測原始記錄數據、電子化存儲或紙質存儲的各類報告、網頁數據等。盡管多功能檢測車等自動化設備可以對路面健康進行監(jiān)測，但在復雜路網上零星分布的小 面積路面破損、路面塌陷以及路緣石損壞等病害，仍然需要人工巡檢，無法完全依賴純機械化、 自動化的方法完成。目前，上海常規(guī)的人工巡查方式為：工作人員隨身攜帶PDA（Personal Digital Assistant，掌上電腦）或手機，發(fā)現(xiàn)路面問題時，需上前利用PDA或手機拍照記錄，預估路面 病害的影響面積，將病害的位置、類型、圖片等一并上傳至養(yǎng)護平臺。管養(yǎng)平臺在接收到相關 的病害后，生成工作清單，發(fā)

6、送給相關部門進行養(yǎng)護排查。此外，在部分區(qū)，人工巡查方式仍 使用較為傳統(tǒng)的方式，即工作人員在巡查時，用紙記錄病害情況并回執(zhí)位置草圖，等一天工作 結束后再進行當天巡查的總結，將巡檢結果錄入系統(tǒng)，上報給相關單位。從整體上看，上海的道路日常維修養(yǎng)護從巡查到施工，整個過程中存在以下不足：人工巡查速度較慢且上海市道路設施體量大，為滿足日常性巡查工作，必須依賴大量人工， 并且要做大量排班計劃。人工巡查的結果受人的主觀因素影響較大，巡查過程中容易出現(xiàn)錯漏，造成信息丟失或失 誤。城市道路的人工巡查主要依賴徒步、電瓶車巡查，速度較慢，工作人員在巡查過程中可能 會影響交通通行。同時，工作人員人身安全也容易受到周圍交

7、通流的威脅，特別是在車速較快 的城市快速路、主干道等路段上。城市快速路的路面日常巡檢通過人搭配巡視車進行，這類設施的巡視因車速、車道有限制， 發(fā)現(xiàn)的病害相當有限，且中途無法停車，因此，病害的描述及測量也不可避免地存在誤差，不 利于設施精細化養(yǎng)護。上海市的日常巡查由不同的管養(yǎng)單位負責實施，各區(qū)、各養(yǎng)護單位之間數據格式不同，缺 乏統(tǒng)一的數據管理體系，難以融合、匯總，因此，道路日常巡檢數據的采集量雖然大，但難以 進行二次挖掘。路面快速智能巡查隨著硬件技術的迭代優(yōu)化，工業(yè)相機、紅外相機、加速度計、探地雷達等檢測設備的性能 越來越高，穩(wěn)定性越來越好，同時設備的體積、功耗越來越小，成本也越來越低。將這類輕

8、量 化的傳感器安裝于普通車輛上，依靠車輛供電，車輛在行駛過程中就可以實現(xiàn)對道路病害情況 以及路內基礎設施的完整性進行快速采集。2019年5月，上海城建城市運營集團在上海市浦東新區(qū)楊高路，對高頻輕量化智能巡查系 統(tǒng)進行了試點實驗。系統(tǒng)前端由高清定制工業(yè)相機、智能變頻三軸加速度計、車載終端、雙模 組合導航接收機等輕量化設備組成，可快速安裝于巡檢車上，由巡檢車供電，車輛在行駛過程 中，組合導航接收機采集車輛的實時位置、速度、方位角等信息，工業(yè)相機采集路面圖片，加 速度計采集車輛振動數據。車載設備示意圖如下：刑1成或悟他迥氏成就本花諷仲示忘高頻輕量化智能巡查系統(tǒng)的車載設備在采集數據的同時，將采集到的數

9、據通過4G移動網絡、 WiFi網絡自動上傳至云端系統(tǒng)，云端系統(tǒng)再將數據推送給中央服務器，由中央服務器對數據進 行清洗，利用訓練好的深度學習算法，對采集的路面圖像進行處理，識別出路面病害的類型、 尺寸，并標注出病害發(fā)現(xiàn)的位置；利用功率譜密度算法處理采集的加速度，計算路面的平整度 以及異常跳車點。高前憐旦龍項5說童矣花仁攵處理好的數據將被進一步推送至上海城建城市運營集團的管養(yǎng)平臺，通過地理信息系統(tǒng) （GIS）一張網可視化展示路面病害分布情況（如圖3）。同時，病害信息經過確認后，會直接 生成病害工單，派發(fā)給相關養(yǎng)護部門，養(yǎng)護部門需現(xiàn)場確認并完成修復后，工單才會歸檔，進 而形成養(yǎng)護業(yè)務閉環(huán)。上海城建城

10、市運營集團浦東分公司負責楊高路近30公里的日常巡檢。使用傳統(tǒng)巡檢時，將 30公里路段分為3段，并安排3個組的人員分別巡檢這3段，每組約3人，負責觀察上、下行 路面情況，當發(fā)現(xiàn)路面病害時，使用手機記錄路面病害，并上傳至系統(tǒng)平臺；而基于高頻輕量 化智能巡查系統(tǒng)巡檢楊高路時，只需安排1名工作人員，駕駛裝有輕量化設備的車輛，一般2 小時內完成楊高路來回近60公里的路面巡檢。采集的圖像數據、庫表數據會自動上傳至云端平 臺，人工智能算法當天可完成圖像病害的識別，推送至可視化平臺，并形成養(yǎng)護工單。就楊高路路面巡檢而言，其人工巡檢與高頻輕量化智能巡查的經濟性對比如下：假設勞動 力成本是50元/小時/人，車輛的

11、燃油費為1元/公里/車；考慮到人的步行速度約為5公里/小 時，假設人工徒步與單次輕量化智能巡檢單次巡查所需的時間均為2小時。根據公式C=nt+f, 計算出楊高路單次人工徒步傳統(tǒng)巡檢的費用成本約為1000元，而單次輕量化智能巡檢所需的費 用成本為160元。例1D3111與人工徒步式日常巡檢相比，輕量化智能巡檢在耗時基本相同的情況下，所需的人工成本 相對減少了 90%，費用成本可降低84%，人員管理、費用支出成本明顯下降，具有顯著的經濟性。此外，在業(yè)務方面，相比于人工徒步式日常巡檢，基于輕量化車載設備及智能算法的高頻 輕量化智能巡查系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：該系統(tǒng)中的數據從采集到分析再到工單派發(fā)更自動化，

12、同時受人主觀性影響更小，數據可 靠性更高。車輛正常行駛即可對路面圖像進行采集，對交通影響小，工作人員的安全性也得到保障。人工智能算法可對系統(tǒng)采集的圖片進行處理，自動識別出路面病害的類型、尺寸、位置， 提高路面巡檢效率。該系統(tǒng)分析的數據都具有統(tǒng)一的數據格式，相互之間有可比性，采集的數據可進一步挖掘 分析，幫助實施精細化管養(yǎng)，化大修為小修，進一步降低養(yǎng)護經費，數據價值更高。與人工巡查相比，該系統(tǒng)管理成本更低、巡檢效率更高、采集的數據更利于二次挖掘，驅 動智能養(yǎng)護，模式更簡單，具有可復制性，易于在現(xiàn)有道路養(yǎng)護體系中推廣使用。因此，基于輕量化設備及智能算法的高頻輕量化智能巡查系統(tǒng)，可逐步替代人工進行路面 巡檢，緩解我國大體量道路基礎設施運維管養(yǎng)的壓力，提高管養(yǎng)效率。未來，隨著傳感器性能進一步提升、通信成本下降及人工智能技術優(yōu)化升級，未來，社會 運營車輛及工程車輛（出租車、公交車、道路清掃車等）也可加裝輕量化傳感器，在行駛的過 程中即可對路面進行巡檢，可實現(xiàn)網級道路路面健康與病害的快速、及時、全方位感知，相關 數據直接匯總至管養(yǎng)單位，生成日常養(yǎng)護及應