基于IOT公路基础设施监测预警系统的研究

　　张岸杨 刘慧芬 张爱华

　　我国公路养护里程基数大，现阶段我国公路路面易损坏路段、桥梁、危险点多，养护项目主要靠人，机械化、信息化程度低，养护效率低，恶劣条件下路况巡查风险高;养护主要工作是被动养护，险情发生后被动处置等问题亟待解决。因此，研究公路基础设施预测预警系统，实现公路智能化管理，降低人工成本，及时预警提高效能是本文的研究目的。

　　《上海公路》(季刊)创刊于1982年，由上海市公路管理处;上海市公路学会主办。本刊刊登的内容以实用科学、实用技术为主，兼顾理论研究、科学实验，对技术水平领先、有创造性、适用推广价值较高的文章优先刊登。

　　基于物联网架构的公路交通体系是采用多种信息采集手段及时准确采集交通数据，依靠网络实时传送为交通控制战略提供科学决策依据。本文以公路基础设施管养数据采集系统为基础，实现路网检测、路面状况预警、路面性能预测、养护决策及公路技术状况评定等功能。对基于智能巡检、在线监测大数据分析安全状态实行智能管理，完成公路设施状态智能联网监测预警系统同时得到公路技术状况评定结果。及时掌握基础设施状况变化情况，通过监测信息及业务数据的深入挖掘，提高预警能力，保障路网安全通畅。

　　一、系统设计

　　(一) 物联网

　　物联网是将如红外感应器、射频识别装置、GPS系统、激光扫描等各种传感器与互联网相结合的一个巨大网络。它通过赋予物体电子标签或二维编码来进行物体标识，并通过相关中间件与无线网络进行连接，从而实现人与物体、物与物的互联和会话。物联网直观上是一类连接物品的互联网，是下一代网络和互联网发展的必然产物。物联网的信息采集技术不仅包括FRID、传感器，还包括传统的交通信息采集技术，基于物联网的信息采集系统则需要融合多种信息采集技术实现信息及时全面准确的获取。

　　(二)系统总体设计

　　IOT公路基础设施监测预警系统采用B/S架构设计，开发过程中采用面向对象编程思想，技术架构如图1，分为采集层、资源层、支撑层、业务层和展示层。

　　采集层。信息采集层实现是基于终端系统的数据采集，为系统提供优质、精确的数据支持，采集层包括智能路况巡查设备、智能空中应急巡查设备、移动终端数据采集系统、传感器以及多功能路况快速检测装备等终端采集装备。

　　资源层。以干线公路网监测预警各类数据为核心，按照统一的标准，建立集数据管理、数据共享服务、数据处理、大数据分析等功能为一体的公路监测预警数据中心，提供业务系统运行所需的基础数据、管理数据支撑。

　　支撑层。统一部署数据交换系统，实现各级单位的数据交换和业务联动。公路基础设施监测预警系统在功能上包括应用系统搭建工具和运行环境、界面整合工具、数据资源配置服务，为系统提供支持。

　　业务层。围绕监测信息综合管理、路网状况分类预警、监测信息决策分析等业务，建立并集成业务应用系统。

　　展示层。应用展示层是通过浏览器的方式进行数据访问。通过统一的认证管理、用户单点登录，用户通过浏览器进行访问，系统提供统一风格的工作平台。

　　二、 公路基础设施预警系统

　　(一)路网检测与评估

　　交通安全设施作为沿线设施技术状况指数的主要内容被同路基、路面、桥梁隧道构造物作为公路工程的四大组成部分。按照交通运输部颁布的《公路技术状况评定标准》的要求，提供公路技术状况评价标准和评价模型，能够自动计算各路段的MQI、PQI、SCI、BCI、TCI等。

　　(二)路面状况预警

　　路面状况预警子系统是基于路网检测数据实现对相关路况较差路段的预警。路面状况预警子系统包括次差路段预警、衰变较快路段预警、病害增长较快路段预警、大中修养护需求预警等功能。

　　1.次差路段预警

　　根据路网检测结果，系统可自动筛选出各项技术指标等级为“次”、“差”的路段并在GIS地图在Web端和移动端直观展示预警路段。系统可实现路面技术状况预警信息的组合查询(包括年度、省份、行车道、路线、桩号、各项指标等查询条件)，图表分析和数值统计的功能。

　　2.衰变较快路段预警

　　系统可根据历次路网监测结果及用户设置衰变速率阈值条件，分指标筛选出衰变速率较快的路段，并对用户进行预警提醒，包括路线名称、评价指標、衰变速率等。系统可用直方图、折线图直观展示预警路段技术状况衰变情况。

　　3.病害增长较快路段预警

　　用户可设置病害类型、病害增长率阈值等条件，系统可根据路网检测结果，自动筛选出某类病害增长较快的路段，并对用户进行预警提醒，包括路线名称、病害类型、病害增长速率等。系统可用直方图、折线图直观展示预警路段衰变情况。

　　4.大中修养护需求预警

　　该子系统主要实现选定路段路面养护需求详细信息的查询、展现和打印输出。系统支持组合查询，查询结果以列表方式展示，展示的数据项包括路段编码、管养单位、路段起点、路段终点、养护方案等。支持单条数据的明细查看和导出。通过GIS地图在Web端和移动端直观展示需要大中修养护路段。

　　(三)路网养护决策

　　以公路基础数据、监测数据和评定数据为基础编制年度养护计划或中长期养护规划，进行路面性能预测、养护决策、费用估算，为宏观养护决策提供基本依据。

　　1.长期性能预测

　　路面长期性能预测是基于路面技术状况历史、现状数据和路面长期性能预测公路网未来10年的路面技术状况发展趋势。

　　路面性能预测模型应考虑路面类型、路面结构、交通量、路面材料等因素的影响。预测模型可分地区、分路线、分路面结构进行单独设置，可根据实际情况对路面性能预测模型进行标定和参数调整。