公路智能巡检装备与动态决策系统研发及应用
荣获中国公路学会2024年科学技术一等奖
时间：2025年01月21日
国内公路网络日趋完善，建设速度逐步放缓，我国公路基础设施由大规模建设进入全面养护的新阶段。然而，庞大的高达530万公里的公路网维护保养任务极其繁重，人民群众高品质出行的需求与公路设施服务能力的矛盾不断凸显，促使传统的以定期专项检测、人工经验决策为主导的养护模式逐步向数字化、智能化、科学化的先进管养模式转型。
由于受限于现有公路检测装备成本高、保有量不足、检测数据处理周期长的等问题，目前我国80%以上在役公路的检测频次在一年及以上，由此导致公路基础设施服役性能数据的匮乏使得现有养护运维工作主要以被动化、矫正式、兜底型养护为主，存在明显的流程开环不闭合现象，即年度的设施检测数据难以支撑日常养护维修工作，而养护维修工作又缺乏长期后评估质量跟踪手段，使得养护效益难以有效评估，养护措施难以可靠决策。
近些年，随着人工智能、云计算、分布式传感等技术的发展，公路养护管理行业正处在由信息化向数字化转型的关键阶段，诸多智能化检测手段、轻量化检测装备得以研发和应用，以全面、海量、长时观测数据为基础的数据驱动模型构建和分析范式逐渐成为公路养护领域的研究热点，成为缓解海量在役公路养护管理压力的可靠路径，但仍存在如下关键科学和工程问题，主要表现在:在役公路设施服役性态检测效率不高、复杂病害辨识困难；现有公路轻量化检测装备难以全要素采集、标定流程复杂；公路养护多源检测数据利用率有限、养护决策靶向性不足等。
中心公路智能化技术创新团队紧随人工智能、云计算、分布式传感等技术的发展，积极开发智能化检测手段和轻量化检测装备，以全面、海量、长时观测数据为基础，开发数据驱动模型构建和分析范式，逐渐成为公路养护领域的科研“排头兵”。该团队在国家自然科学基金项目、重庆市英才计划项目、自主创新项目等十余项科研项目资助下，紧密围绕上述问题展开科学技术攻关，研发在役公路的“检测-决策-养护”智能装备和系统，推动公路养护运营数字化转型。以“巡检精灵”“科学养护决策系统”为主要研究内容构成的“公路智能巡检装备与动态决策系统研发及应用”成果，构建包含公路检查数据采集、技术状况检测评定、养护需求分析、投资效益评估、规划计划编制等关键环节的隧道养护决策体系，实现养护决策由表观式检查、表象性分析、经验型判断向全结构检测、数据型分析和科学决策转变，经济效益和社会效益都十分显著。
“巡检精灵”是面向公路基础设施日常巡查业务打造的一款智能化装备及系统，集成边缘计算、人工智能、北斗定位、无线通信及无人机等技术，构建车载巡检终端、无人机巡检终端、手持巡检终端与云平台，实现道路、桥梁、边坡、隧道、交安等设施表观病害及异常的自动识别、快速上报及长期跟踪，全面提升日常巡查业务的数字化、可视化及过程监管常态化，推动公路基础设施的精细化管养，为养护决策提供实时数据支撑。比如，在典型应用案例的西藏地区，巡检精灵选择在西藏自治区高等级公路事业发展和应急保障中心下属养护站，包括八一、工布江达、墨竹工卡、那曲、泽当、日喀则、拉贡、昌都等地区进行应用，在多地震、高海拔、缺氧高寒、地质复杂的环境中，研究成果的适应性具有特殊的意义。应用结果显示: 巡检精灵设备的硬件装备和先进的人工智能系统能够对公路路面、交安等设施的病害进行自主识别、尺寸量化及追踪行车安全风险源，对公路及设施可进行物理位置厘米级定位、里程桩号米级匹配，实现了公路基础设施巡检过程自动化、巡检任务清晰化、巡检数据可视化、巡检结果实时化。相比传统人工巡检，巡检精灵在多个方面产生效益，包括人力成本、燃料成本、时间成本、管理成本等。应用客户一致给予高度评价。
“科学养护决策系统”是面向公路养护管理决策者的智能化辅助决策平台，该平台以大数据、云计算、人工智能等技术为支撑，自动汇聚“巡检精灵”采集的巡检数据、检测车采集的定检数据等多源异构数据，并进行深度挖掘和分析，开展养护需求的精准识别、养护策略的自动生成以及养护效果的动态评估。实现公路基础设施短期、中期、长期科学养护决策，为科学制定养护规划、年度计划、月度计划提供依据，提高养护资金使用效益。此外，“科学养护决策系统”基于多年检测经验数据制定衰变模型数据标准、路况特性相近匹配算法等建立了病害智能诊断模型、技术状况动态评价及预测模型、养护对策模型、养护措施模型、病害处治优先级模型、衬砌结构预防性养护模型、约束技术状况与养护资金养护策略分析模型；基于养护大数据构建完善的决策知识体系，满足全国不同典型路网（山区、内地、沿海、路网集群、长大桥隧集群等）环境下的决策需求；以最优方案逼近决策模式，流程式引导用户进行养护决策，帮助决策者更好地理解问题、把握全局，做出更加科学精准的决策。相比人工决策及其他同类产品，决策精度更高、适用范围更广、决策方式更友好。应用客户一致认为在提高养护工程实施的精准性、计划性和资金使用效益方面效果显著。
目前，“巡检精灵”、“科学养护决策系统”已在江西、西藏、重庆、广东、福建、山西、上海、浙江等20多个省市应用。此前曾获重庆市“五小创新晒”特等奖、中国人工智能学会产学研成果三等奖、中国公路学会智慧交通大赛二等奖及养护工程创新大赛二等奖等多项奖励。近期，“公路智能巡检装备与动态决策系统研发及应用”成果经中国公路学会评定整体达到了国际领先水平，荣获中国公路学会2024年科学技术一等奖。
（撰稿人：关书敏）