【智慧城市網(wǎng) 焦點觀察】高速公路作為國家交通的大動脈,其安全與暢通關系到經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定。然而近年來,滑坡、坍塌等公路災害事件頻發(fā),給高速公路的基礎設施帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)人工巡檢模式效率低、覆蓋面有限,且難以及時發(fā)現(xiàn)潛在風險,已難以滿足現(xiàn)代化高速公路管理的需求。本文系統(tǒng)梳理國家政策導向、剖析當前技術應用現(xiàn)狀,并通過近期全國各地典型案例展示科技手段如何重塑高速公路監(jiān)測預警體系,以期為行業(yè)轉型升級提供參考。
政策支持
自“十二五”以來,交通運輸部先后組織開展了公路安全生命防護工程、危橋改造工程、干線公路災害防治工程、自然災害綜合風險公路承災體普查等工作,每年度組織開展全國公路交通軍地聯(lián)合應急演練,推進公路特大橋梁、隧道、邊坡結構監(jiān)測系統(tǒng)建設,持續(xù)深化多元化出行信息服務體系。
2024年4月份,財政部與交通運輸部聯(lián)合發(fā)布《關于支持引導公路水路交通基礎設施數(shù)字化轉型升級的通知》,明確指出要對通道基礎設施安全監(jiān)測、運行管控和應急指揮調(diào)度體系進行數(shù)字化改造。該文件為各地高速公路智能化升級提供了財政支持和實施框架,加速了監(jiān)測預警設備的大規(guī)模部署。
2024年8月份,交通運輸部印發(fā)了《關于組織開展高速公路監(jiān)測預警應用示范揭榜的通知》,分2批次、12個方向在全國范圍內(nèi)征集遴選技術先進、性能優(yōu)異、應用效果好的監(jiān)測預警解決方案。其中,在第一批征集到的218項方案中擇優(yōu)選出31項解決方案,在第二批征集到的157項方案中擇優(yōu)選出45項解決方案,形成典型案例集供各省參考。
技術發(fā)展現(xiàn)狀
當前高速公路監(jiān)測預警領域已形成多元技術路線并存的格局,各種技術方案各具特色,在實際應用中展現(xiàn)出不同的優(yōu)劣勢。
01、物聯(lián)網(wǎng)技術
通過在高速公路基礎設施上部署大量傳感器,如橋梁應力傳感器、邊坡位移傳感器、路面狀況傳感器等,實現(xiàn)對橋梁、隧道、邊坡、路面等設施狀態(tài)的實時感知和數(shù)據(jù)采集,并將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測平臺,為后續(xù)分析提供基礎。
02、“3S”技術集成應用
GPS(全球定位系統(tǒng))、RS(遙感)及GIS(地理信息系統(tǒng))的組合在高邊坡監(jiān)測中表現(xiàn)突出。其中,InSAR(合成孔徑雷達干涉測量)技術能周期性探測整條高速公路沿線邊坡地表的毫米級形變,如同給綿延山脈做“無接觸精密掃描”。而GNSS(全球導航衛(wèi)星系統(tǒng))監(jiān)測站如同不知疲倦的“哨兵”,24小時不間斷獲取邊坡表面三維位移變化,配合拉線位移傳感器組成地面監(jiān)測網(wǎng)絡。
03、無人機+AI智能巡檢
無人機低空巡檢具有效率高、視域寬、機動性強、受地域影響小等優(yōu)勢,能夠更高效、更精準地獲取現(xiàn)場情況。無人機低空巡檢可結合圖像采集設備、AI圖像識別技術和風險預警智能算法,構建“即時發(fā)現(xiàn)—實時預警—高效處置—重點巡查”的全鏈條閉環(huán)工作模式,實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、智能分析、預警推送、調(diào)度處置的端到端事件閉環(huán),為公路交通基礎設施領域安全風險監(jiān)測賦能。
基于視覺AI的圖像識別技術,采用無人機機載視覺傳感設備、邊緣處理設備和人工智能算法,對交通基礎設施各類病害的識別不斷訓練和優(yōu)化,實現(xiàn)對植被干擾嚴重、地形起伏較大、設施周邊環(huán)境變化等區(qū)域信息的精準采集。
近期典型案例一覽
本文梳理了近期全國各地在高速公路監(jiān)測預警領域的創(chuàng)新實踐,這些案例因地制宜,采用不同的技術組合解決實際問題,展現(xiàn)出科技賦能交通安全的多元路徑。
四川:“空天地”一體智能監(jiān)測系統(tǒng)
由四川路橋智能建造公司研發(fā)的高速公路邊坡隱患監(jiān)測系統(tǒng)日前在貴州江習古高速公路成功應用。該系統(tǒng)融合InSAR廣域篩查、GNSS與拉線位移傳感器精準監(jiān)測與無人機現(xiàn)場核查,形成三位一體的監(jiān)測網(wǎng)絡。實際應用表明,相較于傳統(tǒng)人工排查,該系統(tǒng)使隱患排查精確度提升60%、人力投入減少80%。
這套高速公路上的“空天地”一體的智能監(jiān)測系統(tǒng),系統(tǒng)的太空“千里眼”利用InSAR技術周期性探測邊坡形變;地面“守護哨”由GNSS監(jiān)測站和拉線位移傳感器組成,實時感知細微變化;空中“偵察員”則通過無人機近距離、多角度觀察危巖體的具體形態(tài)、裂縫的發(fā)育情況,坡面的防護措施現(xiàn)狀等關鍵細節(jié),與衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和地面?zhèn)鞲衅鲾?shù)據(jù)相互補充、交叉驗證。
這種多技術協(xié)同模式實現(xiàn)了監(jiān)測全域覆蓋、隱患高精度識別、預警智能化響應,特別適合山區(qū)高速公路復雜地形。
高速公路邊坡隱患監(jiān)測系統(tǒng)(來源:蜀道集團)
福建:“哨兵”值守風險路段
今年以來,福建省高速公路集團有限公司依托自主研發(fā)的路橋災害監(jiān)測哨兵系統(tǒng),在全省多處高風險高速路段部署了橋梁與邊坡災害預警設施。該系統(tǒng)依托斷路監(jiān)測儀與傾角振動監(jiān)測儀兩類核心設備,結合結構耦合的電路狀態(tài)、振動和姿態(tài)數(shù)據(jù),實現(xiàn)災害事件的定性與定量雙重判別機制。
其中,斷路監(jiān)測儀是一種覆蓋面廣、成本低的兜底感知設備,最遠可監(jiān)測3公里區(qū)域,具備無線通信、自動組網(wǎng)及自補電源功能,適用于快速部署與復雜現(xiàn)場條件。而傾角振動監(jiān)測儀則聚焦結構姿態(tài)變化,融合傾角、加速度、溫度等四類傳感參數(shù),可對橋梁橋墩或邊坡體實現(xiàn)毫米級動態(tài)感知,具備IP67級防護能力,適應野外長期運作需求。
系統(tǒng)采用“一線一儀”復合布設策略,當感知線被拉斷或設備檢測到姿態(tài)異常等多參數(shù)共振信號時,即自動觸發(fā)垮塌或滑坡預警,并聯(lián)動現(xiàn)場聲光報警器。
相較傳統(tǒng)方案,該系統(tǒng)總體成本可降低60%至90%,單設備僅需數(shù)千元,為高速公路安全運行提供了可復制、可推廣的技術樣本。目前已在省內(nèi)38處風險路段成功部署,此外,省內(nèi)136座高速公路中小橋群也已完成哨兵系統(tǒng)設計方案,湖南等地也同步展開跨省試用。
石家莊:“電子管家”全天候值守關鍵點位
河北省石家莊市高速公路和國省干線公路基礎設施技術性監(jiān)測預警系統(tǒng)于近日正式投入運行。該系統(tǒng)在全市91處關鍵點位布設智能監(jiān)測設備,如同24小時在崗的“電子管家”,對重點橋梁、隧道、邊坡結構狀況進行實時監(jiān)測、動態(tài)評估與預警報警。
該系統(tǒng)集成AI視頻設備、傾角計、光電撓度儀、裂縫計等高精度傳感器,可全天候采集結構健康數(shù)據(jù),通過智能算法分析及時識別突發(fā)風險并發(fā)出預警信息。
石家莊市公路基礎設施技術性監(jiān)測預警系統(tǒng)分布圖(來源:河北交通廣播)
以京昆石太高速公路小作河1號橋為例,監(jiān)測設備能精準捕捉墩柱傾斜角度、主梁位移變形等細微變化。當傾斜角度達到2.96度,就會觸發(fā)二級報警,養(yǎng)護人員立即采取交通管控措施并開展橋梁專項檢查;當達到3.7度時,會觸發(fā)三級報警,則啟動現(xiàn)場攔阻裝置,經(jīng)確認后封閉交通。這種分級響應機制既確保了安全,又避免了過度反應。
浙江:“無人機+AI”破解改擴建安全難題
近日,甬金改擴建金華段項目“基于無人機+AI技術的高速公路改擴建智能巡檢及主動預警技術”,入選交通運輸部智慧化賦能交通運輸安全生產(chǎn)典型案例名單。項目面臨施工保通壓力大、涉路施工工況多等情況,傳統(tǒng)人工巡檢模式難以應對。
項目創(chuàng)新采用無人機巡查與人工智能識別場景應用,實現(xiàn)了對全長69.74公里施工現(xiàn)場的全天候、高頻次、無死角巡查。搭載的智能識別系統(tǒng)基于海量典型事故隱患圖像數(shù)據(jù)庫和專用算法,能夠精準自動識別高邊坡和錐坡開挖防護規(guī)范性、交通組織臨時設施完好性、樁基孔口無防護、高空作業(yè)臨邊防護缺失、吊裝警戒區(qū)未設、人員未佩戴安全帽等近20種常見安全隱患,并在圖像中精準標記位置和類型,識別準確率平均達90%。
這一技術的應用,將傳統(tǒng)依賴人工的“定期巡查”模式升級為高效覆蓋的“日常監(jiān)督”模式,隱患排查效率提升30%以上,有效節(jié)省人力成本約50%,實現(xiàn)了從“人防”到“技防”的轉變。
基于無人機+AI技術的高速公路改擴建智能巡檢及主動預警技術(來源:金義新區(qū))
行業(yè)痛點問題
雖然行業(yè)在監(jiān)測預警方面開展了大量的工作,但仍面臨很多難點和挑戰(zhàn),主要體現(xiàn)在幾個方面。
一是我國地域遼闊。地質(zhì)與氣候條件復雜多樣,公路基礎設施覆蓋范圍廣泛,加之自然災害的高度動態(tài)性、隨機性及強大的破壞力,給監(jiān)測預警工作帶來巨大的挑戰(zhàn)。面對我國500多萬公里公路,100多萬座橋梁,近3萬座隧道,干線公路10米以上40萬個邊坡,公路網(wǎng)遍布東西、貫穿南北,跨越從寒溫帶到熱帶的廣泛地域,由于自然災害的高動態(tài)性、隨機性和破壞性,仍有可能出現(xiàn)監(jiān)測預警盲區(qū)與事件盲區(qū),因此點到點精準監(jiān)測預警面臨著巨大的挑戰(zhàn)。
二是在全球變暖背景下,我國傳統(tǒng)區(qū)域氣候特點也已發(fā)生較大變化,比如主雨帶呈顯著北移趨勢,北方局地極端降水發(fā)生的頻次和強度的顯著增加,這也使得汛期持續(xù)時間增加、非汛期發(fā)生自然災害事件屢見不鮮、傳統(tǒng)旱區(qū)多雨、地質(zhì)災害風險與公路疊加路段顯著增加等,這些環(huán)境條件的變化也引起了公路外部環(huán)境條件的變化,不能用傳統(tǒng)經(jīng)驗、一成不變思維來應對現(xiàn)實問題,極端天氣氣候事件多發(fā)頻發(fā)重發(fā),更增加了監(jiān)測預警難度。
三是技術標準不統(tǒng)一。各地采用的技術路線和設備廠商各異,導致數(shù)據(jù)格式、通信協(xié)議不兼容,難以實現(xiàn)跨區(qū)域、跨路段的數(shù)據(jù)共享和綜合分析。
四是因不同地區(qū)自然災害的類型、發(fā)生頻率及影響程度存在差異,使得各地區(qū)對監(jiān)測預警的認知、管理經(jīng)驗以及技術應用方面表現(xiàn)出不同程度的差異性,導致技術應用效果參差不齊。有的省份由于歷史上受突發(fā)地質(zhì)災害影響不多,所以容易出現(xiàn)麻痹大意思想。也有的省份受資金約束,在具體工程措施上捉襟見肘。同時,也存在跨行業(yè)協(xié)同聯(lián)動的局限性??缧袠I(yè)協(xié)同聯(lián)動、數(shù)據(jù)共享雖已受到行業(yè)普遍重視,也得到了其他行業(yè)的理解與支持,但具體操作層面仍不高效,受法律法規(guī)、數(shù)據(jù)安全等因素限制,共享程序復雜,效果不顯著。
五是專業(yè)人才短缺。智能監(jiān)測設備的運維、數(shù)據(jù)分析需要兼具交通工程和信息技術背景的復合型人才,目前行業(yè)儲備明顯不足,制約了技術效益的充分發(fā)揮。
從“人巡”到“智檢”,從“被動應對”到“主動預警”,科技正為高速公路織就一張立體防護網(wǎng)。隨著政策的持續(xù)發(fā)力,技術的不斷迭代,高速公路監(jiān)測預警體系將愈發(fā)完善,為交通強國的建設筑牢“安全基石”。
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