面向智慧公路建设的农村公路智慧管理养护体系

陈思艳 CHEN Si-yan

（昭通市公路测设队，昭通 657000）

0 引言

伴随农村基本路网的逐步完善，公路建设工作的重心逐渐转向公路的养护与管理，尤其在智慧公路建设背景下，实施农村公路智慧管理养护体系更成为推动农村公路事业高质量发展的关键[1]。2017 年，昭通市人民政府办公室印发了《昭通市“四好农村公路”建设实施方案》，其中提到在农村公路养护管理方面应建立信息化管理平台，探索智慧化管理机制。近些年，昭通市深入实施交通强市战略，高度关注“四好农村公路”建设工程的推进，在此方面已经取得了一定的成果。鉴于此，本研究总结了昭通市农村公路管理养护工作的概况，并从智慧公路建设视角分析了如何构建昭通市农村公路智慧管理养护体系。

1 中国智慧公路路网体系发展布局

2023 年6 月14 日，我国召开了2023 世界交通运输会（WTC2023），在“中国工程院智慧公路工程科技论坛”上，中国公路学会理事长翁孟勇以《智慧公路发展战略若干问题的思考》为主题进行了主题报告，其中提到了中国智慧公路路网体系发展布局。中国智慧公路的发展必然性来源于三个要求：公路高质量发展要求、智能交通技术发展要求与国家重大战略要求，以安全、高效、创新与可持续发展为目标，积极融入新一代信息技术，以技术赋能，打造具有实时感知、泛在互联、智能协同、智慧养护、智慧运营的新一代公路系统[2]。

中国智慧公路的发展部署分为“两阶段三步走”，“两阶段”是指2023～2035 年、2035～2050 年两个阶段，“三步走”是指在“两阶段”基础上，结合现实国情，进一步拆分为2028 年、2035 年、2050 年。第一步，到2028 年，中国智慧公路需要完成顶层设计，建立健全智慧公路架构体系，从重点方向与重点领域两个角度入手，解决智慧公路建设的突出问题，形成中国智慧公路标准规范体系，取得初步建设成效。第二步，到2035 年，我国基本建成智慧公路路网体系，打造省部两级、互联互通的智慧公路大数据中心与数控平台，实现对高速公路与普通省道的全面覆盖，以及对农村公路的广泛覆盖，推广与应用公路智慧养护管理模式，路网智慧化水平追赶国际一流水平。第三步，到2050年，我国全面建成智慧公路路网体系。到这一阶段，我国公路智慧化水平跻身于世界前列，各类先进技术实现全面应用，关键技术全面自主自控，实现全要素、全流程、全场景的智慧化转变。

2 昭通市农村公路管理养护工作概况

2.1 2022 年度工作总结

近些年，昭通市高度关注交通建设问题，“四好农村路”、美丽公路、智慧交通建设同步推进，在“十四五”开局之年，在交通建设上交出了靓丽的“成绩单”。其中，聚焦乡村振兴发展问题，“四好农村路”建设更是成为2022 年度的重点工作内容，工作成果如下：

①2022 年争取上级下达昭通市农村公路养护工程项目715.945 公里，第一批修复养护工程共182.374 公里，第二批修复养护工程共264.274 公里，危桥改造39 座，安防工程1410 公里，均已完工；

②制定了《昭通市深化农村公路管理养护体制改革实施方案》等文件，将考评结果与养护经费挂钩，推进农村公路养护常态化、制度化；

③落实责任，建立健全养护管理体制机制，全市路长制覆盖率已达到100%，乡村规民约制定率达100%；

④以“四好农村路”示范创建为重点，以高质量发展为指引，昭阳区成功入选2022 年全国“四好农村路”示范县创建单位，指导建成16 条“四好农村路”示范路；积极推进“绿美交通”创建；

⑤积极推行农村公路“七看七查”长效机制，农村公路管理重心下移，全市农村公路路域环境整治效果明显，农村公路管理效能大幅提升。

2.2 昭通市农村公路智慧管理养护体系的建设规划

根据上述中国智慧公路的发展部署来看，目前国内尚处于“三步走”中的第一步，当前阶段智慧公路的发展重心为“顶层设计”“建立健全智慧公路架构体系”“解决突出问题”。我国目前进入了全面推进乡村振兴的新阶段，致力于农村经济高质量发展，农村公路建设自然而然成为重点领域的工作内容。而在农村公路建设方面，农村公路面临着几大突出问题，即路域范围广、质量差、路况复杂，严重制约着解决农村公路事业高质量发展[3]。为了解决上述农村公路建设问题，深度推进昭通市“四好农村路”建设，需要积极发展昭通市农村公路智慧管理养护体系，昭通市在做好农村智慧公路建设的顶层设计工作同时，还需要重点关注“建立健全智慧公路架构体系”这一问题，从昭通市农村公路建设的实情出发，因地制宜地发展昭通市农村公路智慧管理养护体系。

昭通市农村公路智慧管理养护体系的建设目标如下：①在公路管理养护工作中积极引入各类现代信息技术，以技术赋能，整合各类资源，促进公路管理养护各项业务的协同，以更具智慧化的道路管理运作体系以及全民参与的农村公路管理模式，全面实现公路管理养护的数字化与智慧化，切实发挥出农村公路的服务能力；②加大农村公路信息资源共享力度，以满足不同层级管理人员与公众服务的需求，以共享化的信息资源为农村公路智慧管理养护工作的开展创造便利条件；③全面推动农村公路管理向数字化、智慧化转型，以农村公路智慧管理养护体系实现农村公路综合业务管理，提升农村公路管理效率。在立足上述目标的基础上，昭通市农村公路智慧管理养护体系的构建需要做好总体规划，积极引入新一代信息技术，从三个“统一”入手，即统一数据、统一界面、统一平台，切实提升依托于农村公路智慧管理养护体系的统一化农村公路管理能力。其中，统一数据是指农村公路智慧管理养护体系需要整合农村公路相关信息数据，将农村公路建设、运营、管理与维护等各类数据集成在一个数据库中，从而为管理业务的运行提供数据基础；统一界面是指农村公路智慧管理养护体系需要打造基于GIS 的可视化界面，实现对农村公路的全面信息监管及其他业务操作，从而便于农村公路管理人员的统一操作；统一平台是指农村公路智慧管理养护体系需要采用统一的综合智慧管理平台，为农村公路管理人员提供智慧化、规范化、全面化的业务管理功能，实现对农村公路的全面业务管理。

3 面向智慧公路建设的农村公路智慧管理养护体系

3.1 总体架构设计

面向智慧公路建设的农村公路智慧管理养护体系采用多层次体系标准进行总体架构设计，总体架构分为数据处理层、网络通信层、业务管理层，具体可见图1。

图1 总体架构示意图

数据处理层包括两个模块，分别为数据采集模块与数据处理模块。其中，数据采集模块包括自动化数据检测与系统业务数据采集。自动化数据检测是指利用分布式传感方式，获取到农村公路路面图像数据、车辆通行信息、路基健康状况等。系统业务数据采集是指对农村公路智慧管理养护相关业务开展情况进行汇总，包括人工录入、民众调查等。数据处理模块包括应用接口、安全认证、地图服务、配置服务、数据分析等，以数据分析为核心功能，将采集到的图像数据、振动数据、波形数据、定位数据转化为结构化的展示数据，经过人工智能算法处理后，获取到公路智慧管理养护的相关指标数据，包括路面技术状况指数、路基技术状况指数、沿线车流量、荷载变化等。

网络通信层的构成包括政务网络与运营商无线网络两个部分，主要用于解决系统通信问题，目前以5G 网络接入为主。政务网络属于政务内部网，数据直接连接到政务数据库中，数据传输需保证绝对的安全可靠性。运营商无线网络主要用于外部数据传输，即将由数据处理层传递的数据向上进行传递，通过数据接口将数据转化为内部安全可靠的数据。

业务管理层分为两个端口，即APP 端口与后台管理中心端口。APP 端口支持各类移动设备登录，具有的权限包括任务查看、地图导航、状态监控、数据下载等，可实现对公路智慧管理养护工作动态的实时监测。后台管理中心端口仅支持PC 端登录，权限相比APP 端口更高，具体包括任务发布、权限管理、养护决策、业务统计等，在基础监测权限基础上，进一步增设了一定的管理权限，可以根据农村公路监测信息下达针对性管理决策。

3.2 农村公路路网监管

农村公路智慧管理养护体系采用GIS 可视化界面进行农村公路路网监管，通过GIS 平台进行农村公路路网监控信息的调度与显示，从而为农村公路路网的宏观调控提供数据基础，保证农村公路路网处于最佳运行状态。通过GIS 地图数据将各类路网数据统一到一张地图上，共享给相关部门，促进跨部门间的信息共享与协同，实现农村公路监管、建设与养护的统一管理。

为便于操作，系统通过GIS 地图技术对业务操作界面进行可视化管理，采用WebGIS 技术，使农村公路路网信息网络化，转变为可供业务操作的数据信息[4]。从互联网的任意节点，管理人员均可以浏览农村公路路网的各类分布式、具有超媒体性质的空间数据与属性数据，可以为农村公路智慧管理养护决策的制定提供矢量化的空间信息、遥感图像、动态视频以及图文信息等[5]。数据处理在采用人工智能算法的基础上，结合GIS 技术与可视化技术，将不同处理结果按照属性进行分类与归纳，并在智能终端上以交互式量化统计图形呈现出来[6]。同时，系统采用了双向联合查询模式，即可按照GIS 地图数据与属性数据进行分类查询与分析，既可以按照GIS 地图数据查询模式，在地图中对指定的公路要素进行查询，获取其相关属性信息，以及与其他同类信息的对比结果，又可以按照属性查询模式进行简单与复合查询，将满足查询条件的结果标记出来，并在地图上进行高亮显示。

3.3 道路路面损害监管与养护决策辅助

农村公路智慧管理养护体系的核心功能为辅助乡村公路智慧管理养护决策，需要在获取到精准的道路路面损害监管数据的基础上，对乡村公路路面损害进行分类管理，具体流程如图2 所示。

在采集到农村公路数据以后，可以计算出相关指标参数，获取到农村公路管理养护等级。由于单次数据无法体现出公路养护的规律性变化，需要采用结构化数据体系，获取到不断累计的公路养护数据，经过多次监测以后，获取到道路性能演变的时序数据，从而获取到农村公路性能衰变的动态规律。在此基础上，结合基础与外在环境数据，可以实现乡村公路相关数据的交叉融合，分析道路损坏及其影响因素之间的交互关系，以及结合养护历史工单与人工巡查结果，综合判断出准确的农村公路管理养护等级。同时，系统可以实现乡村公路路面损害的分类管理，乡村公路路面损坏共分为4 类，分别是本体结构损坏、重载交通损坏、正常演化病害、自然天气损坏[7]。本体结构损坏可通过探地雷达对地质地基进行检测，并根据检测数据打造本体结构损坏数据库与决策库，通过数据匹配辅助决策的制定。重载交通损坏通过传感器设备以及人工调查的方式获取到交通荷载数据，根据交通荷载数据与农村公路损坏的动态响应关系，动态调整交通荷载，当不满足标准以后，重新对该路段进行设计建设[8]。正常演化病害需要通过数据排查制定养护排班计划，并根据常见病害问题制定道路养护方案。自然天气损坏需要制定重点路段数据库，根据气候数据对重点路段进行损害判断，当识别到异常气候可能会对乡村公路形成破坏以后，提前采取预防性修补措施。同时，以视频监控的方式对重点路段进行隐患监测，并结合其他数据判断该路段的道路通行能力，若不满足安全性要求时，第一时间采取相关手段。

3.4 闭环式业务管理

农村公路智慧管理养护体系的闭环式业务管理功能需要借助三项功能实现：①阶段性分析报告。为了保证获取到道路性能演变的时序数据，系统需要提供阶段性分析报告，通过采集数据对比获取到农村公路性能衰变的时空分布，为乡村公路运管部门提供分析报告，以辅助其制定下一阶段的农村公路养护方案。②中长期养护决策支持，在阶段性分析报告的整合基础上，结合相关领域内专业知识，采用人工智能算法获取农村公路性能衰变规律，并对农村公路中长期衰变趋势进行模拟分析，为农村公路运管部门提供中长期养护决策支持。③闭环式业务管理。系统最终构筑了“巡查-审核-派单-评估”的业务流程闭环管理体系，通过各类采集的数据实现农村公路养护作业的实时感知与可控，以人工巡查与智能监测相结合的手段获取到实时农村公路病害信息，系统通过数据分析与数据库对比，确定农村公路损害类型，并根据决策库的数据匹配提供决策辅助功能，由管理人员审核授权以后，将相关决策方案下达给相关养护人员，并根据数据的动态变化识别是否开展相关养护工作，并由系统生成养护评估方案，形成闭环式业务管理。

4 结语

为了深化昭通市“四好农村路”建设，在智慧公路的发展背景下，更需要打造农村公路智慧管理养护体系，以架构先行的理念，从昭通市农村公路养护管理的实情出发，探讨具有可行性的农村公路智慧管理养护体系总体架构。本研究制定的农村公路智慧管理养护体系分为数据处理层、网络通信层、业务管理层，以数据处理层获取并处理农村公路养护信息，通过网络通信层上传至业务管理层，最终用于辅助农村公路养护决策的制定。