公路安全态势智能感知与信息化交通应急辅助决策分析

梅健

摘 要：公路安全态势实时感知及动态预警，是公路边坡防灾减灾的重要方法和有效手段，为实现动态反馈提供可靠的分析数据，从而为交通应急综合研判提供信息化辅助决策量化性评判依据。在总结致灾率较高的既有公路边坡安全监测预警技术及公路交通应急管理现状的基础上，指出了两者存在的问题，分析了公路安全态势智能感知作为信息化交通应急辅助决策分析载体在大体量公路交通营运管理过程中的重要意义。

关键词：公路;安全;应急;辅助决策;智能感知

中图分类号：U491.5 文献标识码：A

0 引言

随着交通基础设施建设的不断完善，复杂环境下的公路交通体量将进一步向纵深发展。截止2019年，全国公路网里程已突破435万公里。以高速公路为骨架、普通公路为主体的公路网已基本形成。受极端气候、自然灾害影响，2019年全国共有149条高速、53条国道、135条省道出现区域交通中断，汛期路基损毁1.49亿 m³/10.8万 ㎞，路面损毁1.04亿 ㎡/9.24万 ㎞，桥梁损毁25.78万延米/9 621座，财产损失达483亿元，在公路损毁及交通中断案例当中56%以上是由边坡地质灾害引起，边坡安全是保障公路交通安全的重要因素。

1 边坡安全监测预警技术

岩土体是一个复杂的非线性系统，其自身演化具有多变性、不确定性及长期不可预测性，在不良地质作用及不利气候条件等多因素影响下，岩土体的固有平衡状态被打破，极易引发营运期公路边坡地质灾害及次生灾害。边坡灾害一旦发生往往造成交通中断，甚至引起“生命线”工程的堵塞及瘫痪，如何实现公路边坡地质灾害的超前感知和预警，在公路交通应急综合研判及决策当中扮演着重要角色。

边坡形态特征的几何差异变化蕴含着边坡健康状况的实时语义信息，通过对这些离散的差异变化进行识别和分析可以对边坡的健康状况进行理解和感知，进而起到边坡危情预警的作用。根据边坡稳定状态，可将其分为稳定边坡、潜在失稳边坡、变形边坡、不稳定边坡及失稳后边坡。不稳定边坡处于边坡整体滑动的临界状态，边坡安全监测预警即是通过技术手段在潜在失稳边坡和变形边坡两个阶段捕捉坡体三维空间的变形规律，包括表面变形监测方法和内部监测方法和监测预警系统。

（1）边坡表面变形监测方法。传统以接触式测量及大地测量为主的边坡破坏前兆信息感知方法自动化程度及实时性较低且外业工作量大，众多学者研究通过对比坡面点云或边坡图像生成的数字模型在时间、空间维度变化的非接触式坡面差异识别方法。边坡表面差异变化识别方法从早期的宏观地质经验观测法、简易观测法及大地测量法发展到了以地理空间信息采集技术为主的坡面差异识别方法，包括数字近景摄影测量、激光扫描（TLS、ALS）、热成像技术、UAV以及遥感等。数字近景摄影测量主要以离散点的方式进行坡面差异识别，由于受样本点限制，难以满足大样本连续监测的要求。地面激光扫描[1]（TLS）通过提取边坡地貌三维点云生成数字表面模型（DSM），进行点云分类及归一化处理后可量化坡面差异变化，可很好地解决样本点离散的问题;虽然激光扫描技术解决了样本容量的问题，但激光信号对大气敏感且受地面障碍物影响，而遥感、UAV以及RPAS则在这方面体现出了巨大优势。电网监测、视频监测等技术手段是被动监测预警[2]的代表。电网监测将电网传感器与防护网结合，受外力作用则发生感应报警;视频监控则是图像观测法，受天气及野外环境影响较大。

（2）边坡内部监测方法。内部监测主要监测坡体内部应力、应变、地声及地下水位等变化。传统方法将位移计、测缝计、倾斜仪、收敛计等设备植入坡体内部采集数据。随着研究的深入，出现了一些新方法，比如利用电阻率层析成像对地下结构成像，对边坡内部变形进行实时监测;利用电磁波时域反射（TDR）、声发射（AE）对滑坡体变形部位深度进行估算，结合钻孔测斜技术互补，以达到动态监测的目的[3];研制光纤光栅传感器以及分布式光纤复合监测装置对边坡内部形变进行监测。边坡内部监测方法主要需解决的问题是电类技术的抗干扰、信号传输、维护以及植入存活率等问题。

（3）边坡监测预警系统。目前国内外已研发出许多边坡监测预警系统，并应用于工程当中。比如将基于负泊松比材料的锚索嵌入牛顿力变化监测预警系统中，应用云服务器发布数据，集成信息发布和交互，实现滑坡全过程监测;利用ArcGIS开发滑坡安全监测GIS系统;基于Web-GIS技术开发的滑坡灾害预测系统，主要对滑坡危险性进行评价;利用GPRS开发远程监测系统，完成位移数据采集和分析。

2 公路交通应急管理现状

公路网的完善增加了安全营运的工作压力。目前已有9个省份组建了路网运行管理机构，其他地区大多在省级交通管理部门设立了应急中心或信息中心等机构，承担部分路网运行管理职责，但主要针对高速公路。

部分地区在多部门协调、跨区域应急联动、应急保障能力建设等方面进行了探索。部门协调方面，河南省交通厅与省公安厅高速交警支队联合成立了“河南省公路路警联合指挥中心”，负责全省范围内各种公路突发事件的应急处置、指挥、协调，建立了公路、铁路、民航等多交通协调配合及交通与气象、新闻媒体等部门间的协调配合机制，在应急事件的处理中取得了良好效果。跨区域应急联动方面，在抗冰雪抢通京珠高速中，交通部协调广东、湖南、广西等省，制定跨区域绕行方案，三天分流18万余车辆，为疏散湖南、广东两省滞留车辆赢得了时间。应急保障能力建设方面，湖北省成立了公路交通应急养护中心，加强了应急养护救援队伍建设和应急设备的配备，在全省构建1个中心、10个养护分中心的布局，基本覆盖了全省已建高速公路的养护与检测。

3 公路边坡安全监测预警及应急管理存在的问题

公路安全致灾因素多样，破坏方式各异，监测预警及应急管理未能实现多数据源信息融合，容易形成监测盲区及信息孤岛。边坡安全监测预警技术主要是基于历史数据的统计预警，边坡灾害诱因包括降雨、外部荷载变化、气象环境等，无论是边坡表面变形监测、内部监测还是监测预警系统未能形成一体化监测。全国公路网尤其是南方强降雨、强台风地区，自然灾害致灾率极高，而应用于高速公路的联网监控、运营、养护等仅满足日常生产业务，对沿线边坡、桥梁、隧道等潜在危险源，则缺乏有效的监测预警，对于普通干线公路的覆盖面则更低，存在监测盲区。公路发展主要关注速度和规模增长，在应对突发事件方面略显不足。一是应急预案体系不够健全，虽然已初步形成公路交通应急预案体系，但主要针对高速公路，对普通干线公路及农村公路缺乏应急预案层级匹配的专项处置预案;二是应急管理工作未实现常态化，交通日常应急管理主要由部门或科室代管，没有专业交通应急救援队伍，无法与公路网络日常管理业务紧密结合;三是跨区域协调及资源调配难以形成合力。

4 公路安全态势感知发展趋势

为保障日益增加的大体量公路网安全营运，公路交通的重点必然将从建设转向营运管理，公路安全态势感知作为交通应急輔助决策分析的决策支持将成为公路交通应急综合研判的关键。公路交通应急管理将实现多部门协调联动、跨区域应急联动及物资调度、动态信息采集等多元一体化管理体系。营运管理将从原有的日常业务监管、保障响应、报表统计、单一信息查询转变为无人值守条件下的全天候远程公路安全态势实时智能感知、主动预警、多源信息融合、辅助决策分析支持等以“智慧交通”为关键的智慧型营运管理上。

5 结论

通过总结目前公路安全态势感知现状，分析存在的问题，指出公路安全态势感知作为一种交通应急辅助决策分析手段，将向以多源信息融合的多元一体化智能感知为引领的“智慧交通”方向发展。

参考文献：

[1]Andreas Mayr.Object-based classification of terrestrial laser scanning point clouds for landslide monitoring[J].Photogrammetric Record，2017，32（160）：377-397.

[2]姚明远，张浩霖.分布式光纤传感技术在高速公路边坡安全监测中的应用[J].交通科技，2019，45（05）：34-36.

[3]CODEGLIA D，DIXON N，FOWMES G J，et al.Analysis of acoustic emission patterns for monitoring of rock slope deformation mechanisms[J].Engineering Geology，2016，219：21-31.