公路基础设施智能监测与预警平台

建设方案

项目概述

本项目为省高速公路基础设施智能监测与预警平台，桥隧设施的基础数据、电子档案等；应用本平台开展巡检养护工作，系统自动生成各类巡检、养护维修文档，各检测单位应用本平台开展城市桥梁隧道定期检测工作。针对边坡的监测需求，设计布设地表位移监测站及基准站，在监测服务期间，平台发出预警，及时转移了施工设备和人员，避免了安全事故的发生，安全监测技术及专业服务水平给予了高度认可建设单位为省公路开发投资有限责任公司（以下简称为“省公投”）。

项目总体开发思路

该平台是面向大型企业和公共组织的软件基础开发平台，是公司根据多年的应用研发经验提炼出的模型、模板、应用框架、中间件、基础类库以及开发工具等，提供覆盖软件全生命周期的开发、集成、运行、管理等功能于一体的开发平台。该开发平台是一个一体化平台，主要包括基础设施、业务支撑、运维管理、软件云工厂四个主要产品，涵盖了软件应用和IT服务的全部生命周期，可以为大型企业和公共组织构建高可用、可扩展的业务系统，提供核心工具和服务。

与此同时，该平台也可以无缝集成云计算、大数据处理、商务智能、移动应用等各种企业与公共组织需要的技术，能支撑企业信息化各个阶段的应用，满足企业不断变化的业务需求。

数据服务架构设计

数据服务架构主要包括数据的分类、分布和管理三方面内容。

本工程主要涉及XX省高速路网交通基础设施，外场装备，从业企业和人员，交通环境，风险源，以及交通应急资源等基础信息，同时还涉及交通运输各类要素的运行信息。

数据分布模式上，由于各地业务模式不尽相同，不同地方不同类型数据在不同层面不同环节将表现出不同的特征，各地应根据实际情况合理布局数据的业务分布和系统分布，并根据各自信息技术体系，合理选择集中或分布式数据部署模式；本项目将采用分布式部署，通过数据同步接口进行数据同步。

数据管理上，主要应按照工程的标准规范体系加强对数据管理，并加强数据采集和安全保障等机制建设。

数据架构总体设计图

技术架构设计

通过对本项目技术规范的详细研究，以及结合《公路网运行监测与服务暂行技术要求》中对路网平台建设的技术架构要求和《高速公路监控技术要求》进行总体性、深入的分析，并参考类似公路交通软件工程的实施设计经验，建议本项目采用如下图所示的总体技术架构： 

总体技术架构设计图

基础设施监测平台

面向桥梁、隧道、道路、边坡等基础设施全寿命周期数智化管控开发的“基础设施监测平台”，应用于重点交通基础设施，在结构安全监测、施工期监测、智慧高速通行、养护科学决策方面得到广泛应用。

特大及特殊结构桥梁安全监测

针对运营期特大及特殊结构桥梁，构建基于全参数的体系化安全监测与预警解决方案，基于实时监测、日常巡检和定检数据的融合挖掘，实现运营状态安全评价、精准评估、突发事件快速决策和科学的预防性养护决策。完成特大桥“结构振动”、“挠度”等关键参数评价，快速出具分析报告，辅助运管单位应急决策，保障桥梁畅通。在桥梁长期性能评价和地震、台风、车辆撞击、火烧桥等突发事件保障中发挥重要作用。

中小型跨径桥梁轻化移动化监测

针对中小跨径桥梁数量多、分布广和成本限制的问题，通过轻量化、移动化、分布式监测技术和装备，以少量设备在区域内不同桥梁结构轮转监测，实现最大化力学性能指标评价覆盖，扫除区域内监测盲点和空白；将“建设-管理-服务”的传统监测模式，转变成以监测数据分析服务为主、针对区域桥梁整体性能评价的短期动态监测和轻量长期监测模式，优化养护投入，为用户提供持续、低成本的监测服务链条。在中小跨径桥群性能评估、监检测数据融合分析、单板受力病害诊治预防及临时重点结构安全评价方面具备丰富解决经验。

施工期自动化与全寿命跟踪监测

对施工期和运营期桥梁、隧道、边坡、路面进行全方位监测，辅助各施工阶段有序开展，掌握施工进度及施工质量，为运营期安全评估、应急事件处理及养护、维修、加固提供决策建议，并进一步反馈、优化设计，评估设计准确性和验证理论模型，形成全寿命周期跟踪监测闭环，提全路段安全性、延长使用寿命、降低维修成本。

重载交通下桥梁风险监测与评估

基于大件运输等重载车辆通行前、通行中和通行后监测数据及通行桥梁检测情况进行损伤评估分析，为大件运输车辆通行管理和桥梁养护工作提供技术支持，形成“评估-通行（加固）-评估”的重载车辆桥梁管控闭环体系，归纳形成的独柱墩桥梁通行风险监测方案。

加固桥梁性能演变跟踪

搭建模块化、低功耗、自组网的监测体系，对临时结构、抢险或加固桥梁快速化监测，深入分析病害成因，指导制定可靠的维修保养或加固方案；基于自主开发的集成横向分布系数等算法的边缘计算芯片，实现结构安全性能和关键指标的加固效果后评估，持续跟踪并归纳总结同类桥梁性能演变规律，加强重点环节预防。

日常管养应急管控

桥梁防撞预警—利用边缘计算、联动触发结合自研网关、智能终端、边界雷达等设备，毫秒级捕捉跨线桥撞击、桥墩撞击等特殊情况，通过短信、App、邮件等多种方式实时反馈管养人员，快速响应，及时处置，桥梁防撞监测捕捉到某超限车辆撞击桥梁事件，报警系统同步报警管养单位。

荷载通行状态与风险事件识别—通过雷达和视频融合感知，实现对桥梁或隧道区域车辆等移动荷载行驶状态、交通事件、通行流量等综合监测，为管养单位提供下辖基础设施立体、全面、一站式的监测手段。通过智能分析算法及热成像检测手段，进行“行人”、“重点车辆”、“非法侵占”、“交通事故”、“火灾”等特殊事件实时识别报警，综合提升数字化养护管理水平。

隧道安全监测与智慧运营

分别选取施工期、运营期隧道典型断面，对衬砌受力、变形等关键指标建立隧道长期性能监测系统，结合自主研发的隧道巡检机器人，实现对隧道衬砌变形、受力、环境、病害等指标的实时监测，通过分析二衬背后受力、衬砌变形与衬砌应变等指标的时空演变规律，预测相关指标后续的演化趋势，研发隧道性能衰退演化预测模型，实现对隧道服役性能的准确、有效预测与评估，为隧道维修养护与管理决策提供数据支撑，确保隧道安全运营。

边坡结构安全监测

针对典型山区高速公路，通过布设GNSS监测站、智能裂缝监测仪、压电式雨量监测站等设备，集成各类监测信息，构建了基于雨量信息的高速公路沿线边坡分区分级提示性预警模型、切线角位移过程预警模型与降雨阈值预警模型，建立了基于变形的单体高大边坡监测预警技术和边坡变形实时反分析模拟系统，构建了山区高速公路高大边坡滑塌实时监测预警决策系统网络平台，变形监测精度到毫米级别，可有效判识边坡微小变形和整体变形趋势，通过长期性能监测，可实现高速公路高大边坡滑塌的有效预警，提升地质灾害监测预警能力。

路面、桥隧长期性能观测

搭建公路路基路面长期性能科学观测网，开展路基路面和桥隧长期性能研究，探索基础设施性能衰变规律，按照统一标准开展条件建设与升级、数据采集与汇交、科学分析与研究，为最终建成点面结合、多级架构的观测网积累经验，加快构建我国自主的公路设计建造养护理论体系。

高速数据监测可视化平台

系统结构图

设备管理

系统设备管理功能使得用户可以通过GIS和操作控制界面对外场设备进行统一管理和维护，可以查看各种设备信息，以列表形式显示外场各种设备信息。可以在GIS地图上查看各种设备的运行状态信息。