公路基礎設施智能監測與預警平臺
建設方案
項目概述
本項目為省高速公路基礎設施智能監測與預警平臺，橋隧設施的基礎數據、電子檔案等；應用本平臺開展巡檢養護工作，系統自動生成各類巡檢、養護維修文檔，各檢測單位應用本平臺開展城市橋梁隧道定期檢測工作。針對邊坡的監測需求，設計布設地表位移監測站及基準站，在監測服務期間，平臺發出預警，及時轉移了施工設備和人員，避免了安全事故的發生，安全監測技術及專業服務水平給予了高度認可建設單位為省公路開發投資有限責任公司（以下簡稱為“省公投”）。
項目總體開發思路
該平臺是面向大型企業和公共組織的軟件基礎開發平臺，是公司根據多年的應用研發經驗提煉出的模型、模板、應用框架、中間件、基礎類庫以及開發工具等，提供覆蓋軟件全生命周期的開發、集成、運行、管理等功能于一體的開發平臺。該開發平臺是一個一體化平臺，主要包括基礎設施、業務支撐、運維管理、軟件云工廠四個主要產品，涵蓋了軟件應用和IT服務的全部生命周期，可以為大型企業和公共組織構建高可用、可擴展的業務系統，提供核心工具和服務。
與此同時，該平臺也可以無縫集成云計算、大數據處理、商務智能、移動應用等各種企業與公共組織需要的技術，能支撐企業信息化各個階段的應用，滿足企業不斷變化的業務需求。
數據服務架構設計
數據服務架構主要包括數據的分類、分布和管理三方面內容。
本工程主要涉及XX省高速路網交通基礎設施，外場裝備，從業企業和人員，交通環境，風險源，以及交通應急資源等基礎信息，同時還涉及交通運輸各類要素的運行信息。
數據分布模式上，由于各地業務模式不盡相同，不同地方不同類型數據在不同層面不同環節將表現出不同的特征，各地應根據實際情況合理布局數據的業務分布和系統分布，并根據各自信息技術體系，合理選擇集中或分布式數據部署模式；本項目將采用分布式部署，通過數據同步接口進行數據同步。
數據管理上，主要應按照工程的標準規范體系加強對數據管理，并加強數據采集和安全保障等機制建設。
數據架構總體設計圖
技術架構設計
通過對本項目技術規范的詳細研究，以及結合《公路網運行監測與服務暫行技術要求》中對路網平臺建設的技術架構要求和《高速公路監控技術要求》進行總體性、深入的分析，并參考類似公路交通軟件工程的實施設計經驗，建議本項目采用如下圖所示的總體技術架構：
總體技術架構設計圖
基礎設施監測平臺
面向橋梁、隧道、道路、邊坡等基礎設施全壽命周期數智化管控開發的“基礎設施監測平臺”，應用于重點交通基礎設施，在結構安全監測、施工期監測、智慧高速通行、養護科學決策方面得到廣泛應用。
特大及特殊結構橋梁安全監測
針對運營期特大及特殊結構橋梁，構建基于全參數的體系化安全監測與預警解決方案，基于實時監測、日常巡檢和定檢數據的融合挖掘，實現運營狀態安全評價、精準評估、突發事件快速決策和科學的預防性養護決策。完成特大橋“結構振動”、“撓度”等關鍵參數評價，快速出具分析報告，輔助運管單位應急決策，保障橋梁暢通。在橋梁長期性能評價和地震、臺風、車輛撞擊、火燒橋等突發事件保障中發揮重要作用。
中小型跨徑橋梁輕化移動化監測
針對中小跨徑橋梁數量多、分布廣和成本限制的問題，通過輕量化、移動化、分布式監測技術和裝備，以少量設備在區域內不同橋梁結構輪轉監測，實現最大化力學性能指標評價覆蓋，掃除區域內監測盲點和空白；將“建設-管理-服務”的傳統監測模式，轉變成以監測數據分析服務為主、針對區域橋梁整體性能評價的短期動態監測和輕量長期監測模式，優化養護投入，為用戶提供持續、低成本的監測服務鏈條。在中小跨徑橋群性能評估、監檢測數據融合分析、單板受力病害診治預防及臨時重點結構安全評價方面具備豐富解決經驗。
施工期自動化與全壽命跟蹤監測
對施工期和運營期橋梁、隧道、邊坡、路面進行全方位監測，輔助各施工階段有序開展，掌握施工進度及施工質量，為運營期安全評估、應急事件處理及養護、維修、加固提供決策建議，并進一步反饋、優化設計，評估設計準確性和驗證理論模型，形成全壽命周期跟蹤監測閉環，提全路段安全性、延長使用壽命、降低維修成本。
重載交通下橋梁風險監測與評估
基于大件運輸等重載車輛通行前、通行中和通行后監測數據及通行橋梁檢測情況進行損傷評估分析，為大件運輸車輛通行管理和橋梁養護工作提供技術支持，形成“評估-通行（加固）-評估”的重載車輛橋梁管控閉環體系，歸納形成的獨柱墩橋梁通行風險監測方案。
加固橋梁性能演變跟蹤
搭建模塊化、低功耗、自組網的監測體系，對臨時結構、搶險或加固橋梁快速化監測，深入分析病害成因，指導制定可靠的維修保養或加固方案；基于自主開發的集成橫向分布系數等算法的邊緣計算芯片，實現結構安全性能和關鍵指標的加固效果后評估，持續跟蹤并歸納總結同類橋梁性能演變規律，加強重點環節預防。
日常管養應急管控
橋梁防撞預警—利用邊緣計算、聯動觸發結合自研網關、智能終端、邊界雷達等設備，毫秒級捕捉跨線橋撞擊、橋墩撞擊等特殊情況，通過短信、App、郵件等多種方式實時反饋管養人員，快速響應，及時處置，橋梁防撞監測捕捉到某超限車輛撞擊橋梁事件，報警系統同步報警管養單位。
荷載通行狀態與風險事件識別—通過雷達和視頻融合感知，實現對橋梁或隧道區域車輛等移動荷載行駛狀態、交通事件、通行流量等綜合監測，為管養單位提供下轄基礎設施立體、全面、一站式的監測手段。通過智能分析算法及熱成像檢測手段，進行“行人”、“重點車輛”、“非法侵占”、“交通事故”、“火災”等特殊事件實時識別報警，綜合提升數字化養護管理水平。
隧道安全監測與智慧運營
分別選取施工期、運營期隧道典型斷面，對襯砌受力、變形等關鍵指標建立隧道長期性能監測系統，結合自主研發的隧道巡檢機器人，實現對隧道襯砌變形、受力、環境、病害等指標的實時監測，通過分析二襯背后受力、襯砌變形與襯砌應變等指標的時空演變規律，預測相關指標后續的演化趨勢，研發隧道性能衰退演化預測模型，實現對隧道服役性能的準確、有效預測與評估，為隧道維修養護與管理決策提供數據支撐，確保隧道安全運營。
邊坡結構安全監測
針對典型山區高速公路，通過布設GNSS監測站、智能裂縫監測儀、壓電式雨量監測站等設備，集成各類監測信息，構建了基于雨量信息的高速公路沿線邊坡分區分級提示性預警模型、切線角位移過程預警模型與降雨閾值預警模型，建立了基于變形的單體高大邊坡監測預警技術和邊坡變形實時反分析模擬系統，構建了山區高速公路高大邊坡滑塌實時監測預警決策系統網絡平臺，變形監測精度到毫米級別，可有效判識邊坡微小變形和整體變形趨勢，通過長期性能監測，可實現高速公路高大邊坡滑塌的有效預警，提升地質災害監測預警能力。
路面、橋隧長期性能觀測
搭建公路路基路面長期性能科學觀測網，開展路基路面和橋隧長期性能研究，探索基礎設施性能衰變規律，按照統一標準開展條件建設與升級、數據采集與匯交、科學分析與研究，為最終建成點面結合、多級架構的觀測網積累經驗，加快構建我國自主的公路設計建造養護理論體系。
高速數據監測可視化平臺
系統結構圖
設備管理
系統設備管理功能使得用戶可以通過GIS和操作控制界面對外場設備進行統一管理和維護，可以查看各種設備信息，以列表形式顯示外場各種設備信息。可以在GIS地圖上查看各種設備的運行狀態信息。