高速公路作為國(guó)家交通的大動(dòng)脈，其安全與暢通關(guān)系到經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定。然而近年來(lái)，滑坡、坍塌等公路災(zāi)害事件頻發(fā)，給高速公路的基礎(chǔ)設(shè)施帶來(lái)了嚴(yán)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(shí)發(fā)現(xiàn)潛在風(fēng)險(xiǎn)，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(guó)家政策導(dǎo)向、剖析當(dāng)前技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，并通過(guò)近期全國(guó)各地典型案例展示科技手段如何重塑高速公路監(jiān)測(cè)預(yù)警體系，以期為行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供參考。
政策支持
自“十二五”以來(lái)，交通運(yùn)輸部先后組織開(kāi)展了公路安全生命防護(hù)工程、危橋改造工程、干線公路災(zāi)害防治工程、自然災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)公路承災(zāi)體普查等工作，每年度組織開(kāi)展全國(guó)公路交通軍地聯(lián)合應(yīng)急演練，推進(jìn)公路特大橋梁、隧道、邊坡結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)，持續(xù)深化多元化出行信息服務(wù)體系。
2024年4月份，財(cái)政部與交通運(yùn)輸部聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于支持引導(dǎo)公路水路交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)的通知》，明確指出要對(duì)通道基礎(chǔ)設(shè)施安全監(jiān)測(cè)、運(yùn)行管控和應(yīng)急指揮調(diào)度體系進(jìn)行數(shù)字化改造。該文件為各地高速公路智能化升級(jí)提供了財(cái)政支持和實(shí)施框架，加速了監(jiān)測(cè)預(yù)警設(shè)備的大規(guī)模部署。
2024年8月份，交通運(yùn)輸部印發(fā)了《關(guān)于組織開(kāi)展高速公路監(jiān)測(cè)預(yù)警應(yīng)用示范揭榜的通知》，分2批次、12個(gè)方向在全國(guó)范圍內(nèi)征集遴選技術(shù)先進(jìn)、性能優(yōu)異、應(yīng)用效果好的監(jiān)測(cè)預(yù)警解決方案。其中，在第一批征集到的218項(xiàng)方案中擇優(yōu)選出31項(xiàng)解決方案，在第二批征集到的157項(xiàng)方案中擇優(yōu)選出45項(xiàng)解決方案，形成典型案例集供各省參考。
技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
當(dāng)前高速公路監(jiān)測(cè)預(yù)警領(lǐng)域已形成多元技術(shù)路線并存的格局，各種技術(shù)方案各具特色，在實(shí)際應(yīng)用中展現(xiàn)出不同的優(yōu)劣勢(shì)。
01、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
通過(guò)在高速公路基礎(chǔ)設(shè)施上部署大量傳感器，如橋梁應(yīng)力傳感器、邊坡位移傳感器、路面狀況傳感器等，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁、隧道、邊坡、路面等設(shè)施狀態(tài)的實(shí)時(shí)感知和數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測(cè)平臺(tái)，為后續(xù)分析提供基礎(chǔ)。
02、“3S”技術(shù)集成應(yīng)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(cè)中表現(xiàn)突出。其中，InSAR(合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量)技術(shù)能周期性探測(cè)整條高速公路沿線邊坡地表的毫米級(jí)形變，如同給綿延山脈做“無(wú)接觸精密掃描”。而GNSS(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))監(jiān)測(cè)站如同不知疲倦的“哨兵”，24小時(shí)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(cè)網(wǎng)絡(luò)。
03、無(wú)人機(jī)+AI智能巡檢
無(wú)人機(jī)低空巡檢具有效率高、視域?qū)?、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、受地域影響小等優(yōu)勢(shì)，能夠更高效、更精準(zhǔn)地獲取現(xiàn)場(chǎng)情況。無(wú)人機(jī)低空巡檢可結(jié)合圖像采集設(shè)備、AI圖像識(shí)別技術(shù)和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警智能算法，構(gòu)建“即時(shí)發(fā)現(xiàn)—實(shí)時(shí)預(yù)警—高效處置—重點(diǎn)巡查”的全鏈條閉環(huán)工作模式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、智能分析、預(yù)警推送、調(diào)度處置的端到端事件閉環(huán)，為公路交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)賦能。
基于視覺(jué)AI的圖像識(shí)別技術(shù)，采用無(wú)人機(jī)機(jī)載視覺(jué)傳感設(shè)備、邊緣處理設(shè)備和人工智能算法，對(duì)交通基礎(chǔ)設(shè)施各類病害的識(shí)別不斷訓(xùn)練和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)植被干擾嚴(yán)重、地形起伏較大、設(shè)施周邊環(huán)境變化等區(qū)域信息的精準(zhǔn)采集。
近期典型案例一覽
本文梳理了近期全國(guó)各地在高速公路監(jiān)測(cè)預(yù)警領(lǐng)域的創(chuàng)新實(shí)踐，這些案例因地制宜，采用不同的技術(shù)組合解決實(shí)際問(wèn)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(cè)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(cè)系統(tǒng)日前在貴州江習(xí)古高速公路成功應(yīng)用。該系統(tǒng)融合InSAR廣域篩查、GNSS與拉線位移傳感器精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)與無(wú)人機(jī)現(xiàn)場(chǎng)核查，形成三位一體的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。實(shí)際應(yīng)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(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)的太空“千里眼”利用InSAR技術(shù)周期性探測(cè)邊坡形變；地面“守護(hù)哨”由GNSS監(jiān)測(cè)站和拉線位移傳感器組成，實(shí)時(shí)感知細(xì)微變化；空中“偵察員”則通過(guò)無(wú)人機(jī)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(hù)措施現(xiàn)狀等關(guān)鍵細(xì)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(bǔ)充、交叉驗(yàn)證。
這種多技術(shù)協(xié)同模式實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)全域覆蓋、隱患高精度識(shí)別、預(yù)警智能化響應(yīng)，特別適合山區(qū)高速公路復(fù)雜地形。
高速公路邊坡隱患監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(來(lái)源：蜀道集團(tuán))
福建：“哨兵”值守風(fēng)險(xiǎn)路段
今年以來(lái)，福建省高速公路集團(tuán)有限公司依托自主研發(fā)的路橋?yàn)?zāi)害監(jiān)測(cè)哨兵系統(tǒng)，在全省多處高風(fēng)險(xiǎn)高速路段部署了橋梁與邊坡災(zāi)害預(yù)警設(shè)施。該系統(tǒng)依托斷路監(jiān)測(cè)儀與傾角振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀兩類核心設(shè)備，結(jié)合結(jié)構(gòu)耦合的電路狀態(tài)、振動(dòng)和姿態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)災(zāi)害事件的定性與定量雙重判別機(jī)制。
其中，斷路監(jiān)測(cè)儀是一種覆蓋面廣、成本低的兜底感知設(shè)備，最遠(yuǎn)可監(jiān)測(cè)3公里區(qū)域，具備無(wú)線通信、自動(dòng)組網(wǎng)及自補(bǔ)電源功能，適用于快速部署與復(fù)雜現(xiàn)場(chǎng)條件。而傾角振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀則聚焦結(jié)構(gòu)姿態(tài)變化，融合傾角、加速度、溫度等四類傳感參數(shù)，可對(duì)橋梁橋墩或邊坡體實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)動(dòng)態(tài)感知，具備IP67級(jí)防護(hù)能力，適應(yīng)野外長(zhǎng)期運(yùn)作需求。
系統(tǒng)采用“一線一儀”復(fù)合布設(shè)策略，當(dāng)感知線被拉斷或設(shè)備檢測(cè)到姿態(tài)異常等多參數(shù)共振信號(hào)時(shí)，即自動(dòng)觸發(fā)垮塌或滑坡預(yù)警，并聯(lián)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)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(shè)備僅需數(shù)千元，為高速公路安全運(yùn)行提供了可復(fù)制、可推廣的技術(shù)樣本。目前已在省內(nèi)38處風(fēng)險(xiǎn)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(shè)計(jì)方案，湖南等地也同步展開(kāi)跨省試用。
石家莊：“電子管家”全天候值守關(guān)鍵點(diǎn)位
河北省石家莊市高速公路和國(guó)省干線公路基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)性監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)于近日正式投入運(yùn)行。該系統(tǒng)在全市91處關(guān)鍵點(diǎn)位布設(shè)智能監(jiān)測(cè)設(shè)備，如同24小時(shí)在崗的“電子管家”，對(duì)重點(diǎn)橋梁、隧道、邊坡結(jié)構(gòu)狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)評(píng)估與預(yù)警報(bào)警。
該系統(tǒng)集成AI視頻設(shè)備、傾角計(jì)、光電撓度儀、裂縫計(jì)等高精度傳感器，可全天候采集結(jié)構(gòu)健康數(shù)據(jù)，通過(guò)智能算法分析及時(shí)識(shí)別突發(fā)風(fēng)險(xiǎn)并發(fā)出預(yù)警信息。
石家莊市公路基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)性監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)分布圖(來(lái)源：河北交通廣播)
以京昆石太高速公路小作河1號(hào)橋?yàn)槔?，監(jiān)測(cè)設(shè)備能精準(zhǔn)捕捉墩柱傾斜角度、主梁位移變形等細(xì)微變化。當(dāng)傾斜角度達(dá)到2.96度，就會(huì)觸發(fā)二級(jí)報(bào)警，養(yǎng)護(hù)人員立即采取交通管控措施并開(kāi)展橋梁專項(xiàng)檢查；當(dāng)達(dá)到3.7度時(shí)，會(huì)觸發(fā)三級(jí)報(bào)警，則啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)攔阻裝置，經(jīng)確認(rèn)后封閉交通。這種分級(jí)響應(yīng)機(jī)制既確保了安全，又避免了過(guò)度反應(yīng)。
浙江：“無(wú)人機(jī)+AI”破解改擴(kuò)建安全難題
近日，甬金改擴(kuò)建金華段項(xiàng)目“基于無(wú)人機(jī)+AI技術(shù)的高速公路改擴(kuò)建智能巡檢及主動(dòng)預(yù)警技術(shù)”，入選交通運(yùn)輸部智慧化賦能交通運(yùn)輸安全生產(chǎn)典型案例名單。項(xiàng)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(yīng)對(duì)。
項(xiàng)目創(chuàng)新采用無(wú)人機(jī)巡查與人工智能識(shí)別場(chǎng)景應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)全長(zhǎng)69.74公里施工現(xiàn)場(chǎng)的全天候、高頻次、無(wú)死角巡查。搭載的智能識(shí)別系統(tǒng)基于海量典型事故隱患圖像數(shù)據(jù)庫(kù)和專用算法，能夠精準(zhǔn)自動(dòng)識(shí)別高邊坡和錐坡開(kāi)挖防護(hù)規(guī)范性、交通組織臨時(shí)設(shè)施完好性、樁基孔口無(wú)防護(hù)、高空作業(yè)臨邊防護(hù)缺失、吊裝警戒區(qū)未設(shè)、人員未佩戴安全帽等近20種常見(jiàn)安全隱患，并在圖像中精準(zhǔn)標(biāo)記位置和類型，識(shí)別準(zhǔn)確率平均達(dá)90%。
這一技術(shù)的應(yīng)用，將傳統(tǒng)依賴人工的“定期巡查”模式升級(jí)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(shí)現(xiàn)了從“人防”到“技防”的轉(zhuǎn)變。
基于無(wú)人機(jī)+AI技術(shù)的高速公路改擴(kuò)建智能巡檢及主動(dòng)預(yù)警技術(shù)(來(lái)源：金義新區(qū))
行業(yè)痛點(diǎn)問(wèn)題
雖然行業(yè)在監(jiān)測(cè)預(yù)警方面開(kāi)展了大量的工作，但仍面臨很多難點(diǎn)和挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在幾個(gè)方面。
一是我國(guó)地域遼闊。地質(zhì)與氣候條件復(fù)雜多樣，公路基礎(chǔ)設(shè)施覆蓋范圍廣泛，加之自然災(zāi)害的高度動(dòng)態(tài)性、隨機(jī)性及強(qiáng)大的破壞力，給監(jiān)測(cè)預(yù)警工作帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。面對(duì)我國(guó)500多萬(wàn)公里公路，100多萬(wàn)座橋梁，近3萬(wàn)座隧道，干線公路10米以上40萬(wàn)個(gè)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(zāi)害的高動(dòng)態(tài)性、隨機(jī)性和破壞性，仍有可能出現(xiàn)監(jiān)測(cè)預(yù)警盲區(qū)與事件盲區(qū)，因此點(diǎn)到點(diǎn)精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)預(yù)警面臨著巨大的挑戰(zhàn)。
二是在全球變暖背景下，我國(guó)傳統(tǒng)區(qū)域氣候特點(diǎn)也已發(fā)生較大變化，比如主雨帶呈顯著北移趨勢(shì)，北方局地極端降水發(fā)生的頻次和強(qiáng)度的顯著增加，這也使得汛期持續(xù)時(shí)間增加、非汛期發(fā)生自然災(zāi)害事件屢見(jiàn)不鮮、傳統(tǒng)旱區(qū)多雨、地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)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(yàn)、一成不變思維來(lái)應(yīng)對(duì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)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(cè)預(yù)警難度。
三是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。各地采用的技術(shù)路線和設(shè)備廠商各異，導(dǎo)致數(shù)據(jù)格式、通信協(xié)議不兼容，難以實(shí)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(zāi)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(duì)監(jiān)測(cè)預(yù)警的認(rèn)知、管理經(jīng)驗(yàn)以及技術(shù)應(yīng)用方面表現(xiàn)出不同程度的差異性，導(dǎo)致技術(shù)應(yīng)用效果參差不齊。有的省份由于歷史上受突發(fā)地質(zhì)災(zāi)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(jiàn)肘。同時(shí)，也存在跨行業(yè)協(xié)同聯(lián)動(dòng)的局限性?？缧袠I(yè)協(xié)同聯(lián)動(dòng)、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(fù)雜，效果不顯著。
五是專業(yè)人才短缺。智能監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)維、數(shù)據(jù)分析需要兼具交通工程和信息技術(shù)背景的復(fù)合型人才，目前行業(yè)儲(chǔ)備明顯不足，制約了技術(shù)效益的充分發(fā)揮。
從“人巡”到“智檢”，從“被動(dòng)應(yīng)對(duì)”到“主動(dòng)預(yù)警”，科技正為高速公路織就一張立體防護(hù)網(wǎng)。隨著政策的持續(xù)發(fā)力，技術(shù)的不斷迭代，高速公路監(jiān)測(cè)預(yù)警體系將愈發(fā)完善，為交通強(qiáng)國(guó)的建設(shè)筑牢“安全基石”。
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