梅健

摘 要：公路安全態(tài)勢實時感知及動態(tài)預警，是公路邊坡防災減災的重要方法和有效手段，為實現(xiàn)動態(tài)反饋提供可靠的分析數(shù)據(jù)，從而為交通應(yīng)急綜合研判提供信息化輔助決策量化性評判依據(jù)。在總結(jié)致災率較高的既有公路邊坡安全監(jiān)測預警技術(shù)及公路交通應(yīng)急管理現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，指出了兩者存在的問題，分析了公路安全態(tài)勢智能感知作為信息化交通應(yīng)急輔助決策分析載體在大體量公路交通營運管理過程中的重要意義。

關(guān)鍵詞：公路;安全;應(yīng)急;輔助決策;智能感知

中圖分類號：U491.5 文獻標識碼：A

0 引言

隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷完善，復雜環(huán)境下的公路交通體量將進一步向縱深發(fā)展。截止2019年，全國公路網(wǎng)里程已突破435萬公里。以高速公路為骨架、普通公路為主體的公路網(wǎng)已基本形成。受極端氣候、自然災害影響，2019年全國共有149條高速、53條國道、135條省道出現(xiàn)區(qū)域交通中斷，汛期路基損毀1.49億 m3/10.8萬 ㎞，路面損毀1.04億 ㎡/9.24萬 ㎞，橋梁損毀25.78萬延米/9 621座，財產(chǎn)損失達483億元，在公路損毀及交通中斷案例當中56%以上是由邊坡地質(zhì)災害引起，邊坡安全是保障公路交通安全的重要因素。

1 邊坡安全監(jiān)測預警技術(shù)

巖土體是一個復雜的非線性系統(tǒng)，其自身演化具有多變性、不確定性及長期不可預測性，在不良地質(zhì)作用及不利氣候條件等多因素影響下，巖土體的固有平衡狀態(tài)被打破，極易引發(fā)營運期公路邊坡地質(zhì)災害及次生災害。邊坡災害一旦發(fā)生往往造成交通中斷，甚至引起“生命線”工程的堵塞及癱瘓，如何實現(xiàn)公路邊坡地質(zhì)災害的超前感知和預警，在公路交通應(yīng)急綜合研判及決策當中扮演著重要角色。

邊坡形態(tài)特征的幾何差異變化蘊含著邊坡健康狀況的實時語義信息，通過對這些離散的差異變化進行識別和分析可以對邊坡的健康狀況進行理解和感知，進而起到邊坡危情預警的作用。根據(jù)邊坡穩(wěn)定狀態(tài)，可將其分為穩(wěn)定邊坡、潛在失穩(wěn)邊坡、變形邊坡、不穩(wěn)定邊坡及失穩(wěn)后邊坡。不穩(wěn)定邊坡處于邊坡整體滑動的臨界狀態(tài)，邊坡安全監(jiān)測預警即是通過技術(shù)手段在潛在失穩(wěn)邊坡和變形邊坡兩個階段捕捉坡體三維空間的變形規(guī)律，包括表面變形監(jiān)測方法和內(nèi)部監(jiān)測方法和監(jiān)測預警系統(tǒng)。

（1）邊坡表面變形監(jiān)測方法。傳統(tǒng)以接觸式測量及大地測量為主的邊坡破壞前兆信息感知方法自動化程度及實時性較低且外業(yè)工作量大，眾多學者研究通過對比坡面點云或邊坡圖像生成的數(shù)字模型在時間、空間維度變化的非接觸式坡面差異識別方法。邊坡表面差異變化識別方法從早期的宏觀地質(zhì)經(jīng)驗觀測法、簡易觀測法及大地測量法發(fā)展到了以地理空間信息采集技術(shù)為主的坡面差異識別方法，包括數(shù)字近景攝影測量、激光掃描（TLS、ALS）、熱成像技術(shù)、UAV以及遙感等。數(shù)字近景攝影測量主要以離散點的方式進行坡面差異識別，由于受樣本點限制，難以滿足大樣本連續(xù)監(jiān)測的要求。地面激光掃描[1]（TLS）通過提取邊坡地貌三維點云生成數(shù)字表面模型（DSM），進行點云分類及歸一化處理后可量化坡面差異變化，可很好地解決樣本點離散的問題;雖然激光掃描技術(shù)解決了樣本容量的問題，但激光信號對大氣敏感且受地面障礙物影響，而遙感、UAV以及RPAS則在這方面體現(xiàn)出了巨大優(yōu)勢。電網(wǎng)監(jiān)測、視頻監(jiān)測等技術(shù)手段是被動監(jiān)測預警[2]的代表。電網(wǎng)監(jiān)測將電網(wǎng)傳感器與防護網(wǎng)結(jié)合，受外力作用則發(fā)生感應(yīng)報警;視頻監(jiān)控則是圖像觀測法，受天氣及野外環(huán)境影響較大。

（2）邊坡內(nèi)部監(jiān)測方法。內(nèi)部監(jiān)測主要監(jiān)測坡體內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變、地聲及地下水位等變化。傳統(tǒng)方法將位移計、測縫計、傾斜儀、收斂計等設(shè)備植入坡體內(nèi)部采集數(shù)據(jù)。隨著研究的深入，出現(xiàn)了一些新方法，比如利用電阻率層析成像對地下結(jié)構(gòu)成像，對邊坡內(nèi)部變形進行實時監(jiān)測;利用電磁波時域反射（TDR）、聲發(fā)射（AE）對滑坡體變形部位深度進行估算，結(jié)合鉆孔測斜技術(shù)互補，以達到動態(tài)監(jiān)測的目的[3];研制光纖光柵傳感器以及分布式光纖復合監(jiān)測裝置對邊坡內(nèi)部形變進行監(jiān)測。邊坡內(nèi)部監(jiān)測方法主要需解決的問題是電類技術(shù)的抗干擾、信號傳輸、維護以及植入存活率等問題。

（3）邊坡監(jiān)測預警系統(tǒng)。目前國內(nèi)外已研發(fā)出許多邊坡監(jiān)測預警系統(tǒng)，并應(yīng)用于工程當中。比如將基于負泊松比材料的錨索嵌入牛頓力變化監(jiān)測預警系統(tǒng)中，應(yīng)用云服務(wù)器發(fā)布數(shù)據(jù)，集成信息發(fā)布和交互，實現(xiàn)滑坡全過程監(jiān)測;利用ArcGIS開發(fā)滑坡安全監(jiān)測GIS系統(tǒng);基于Web-GIS技術(shù)開發(fā)的滑坡災害預測系統(tǒng)，主要對滑坡危險性進行評價;利用GPRS開發(fā)遠程監(jiān)測系統(tǒng)，完成位移數(shù)據(jù)采集和分析。

2 公路交通應(yīng)急管理現(xiàn)狀

公路網(wǎng)的完善增加了安全營運的工作壓力。目前已有9個省份組建了路網(wǎng)運行管理機構(gòu)，其他地區(qū)大多在省級交通管理部門設(shè)立了應(yīng)急中心或信息中心等機構(gòu)，承擔部分路網(wǎng)運行管理職責，但主要針對高速公路。

部分地區(qū)在多部門協(xié)調(diào)、跨區(qū)域應(yīng)急聯(lián)動、應(yīng)急保障能力建設(shè)等方面進行了探索。部門協(xié)調(diào)方面，河南省交通廳與省公安廳高速交警支隊聯(lián)合成立了“河南省公路路警聯(lián)合指揮中心”，負責全省范圍內(nèi)各種公路突發(fā)事件的應(yīng)急處置、指揮、協(xié)調(diào)，建立了公路、鐵路、民航等多交通協(xié)調(diào)配合及交通與氣象、新聞媒體等部門間的協(xié)調(diào)配合機制，在應(yīng)急事件的處理中取得了良好效果?？鐓^(qū)域應(yīng)急聯(lián)動方面，在抗冰雪搶通京珠高速中，交通部協(xié)調(diào)廣東、湖南、廣西等省，制定跨區(qū)域繞行方案，三天分流18萬余車輛，為疏散湖南、廣東兩省滯留車輛贏得了時間。應(yīng)急保障能力建設(shè)方面，湖北省成立了公路交通應(yīng)急養(yǎng)護中心，加強了應(yīng)急養(yǎng)護救援隊伍建設(shè)和應(yīng)急設(shè)備的配備，在全省構(gòu)建1個中心、10個養(yǎng)護分中心的布局，基本覆蓋了全省已建高速公路的養(yǎng)護與檢測。

3 公路邊坡安全監(jiān)測預警及應(yīng)急管理存在的問題

公路安全致災因素多樣，破壞方式各異，監(jiān)測預警及應(yīng)急管理未能實現(xiàn)多數(shù)據(jù)源信息融合，容易形成監(jiān)測盲區(qū)及信息孤島。邊坡安全監(jiān)測預警技術(shù)主要是基于歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計預警，邊坡災害誘因包括降雨、外部荷載變化、氣象環(huán)境等，無論是邊坡表面變形監(jiān)測、內(nèi)部監(jiān)測還是監(jiān)測預警系統(tǒng)未能形成一體化監(jiān)測。全國公路網(wǎng)尤其是南方強降雨、強臺風地區(qū)，自然災害致災率極高，而應(yīng)用于高速公路的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控、運營、養(yǎng)護等僅滿足日常生產(chǎn)業(yè)務(wù)，對沿線邊坡、橋梁、隧道等潛在危險源，則缺乏有效的監(jiān)測預警，對于普通干線公路的覆蓋面則更低，存在監(jiān)測盲區(qū)。公路發(fā)展主要關(guān)注速度和規(guī)模增長，在應(yīng)對突發(fā)事件方面略顯不足。一是應(yīng)急預案體系不夠健全，雖然已初步形成公路交通應(yīng)急預案體系，但主要針對高速公路，對普通干線公路及農(nóng)村公路缺乏應(yīng)急預案層級匹配的專項處置預案;二是應(yīng)急管理工作未實現(xiàn)常態(tài)化，交通日常應(yīng)急管理主要由部門或科室代管，沒有專業(yè)交通應(yīng)急救援隊伍，無法與公路網(wǎng)絡(luò)日常管理業(yè)務(wù)緊密結(jié)合;三是跨區(qū)域協(xié)調(diào)及資源調(diào)配難以形成合力。

4 公路安全態(tài)勢感知發(fā)展趨勢

為保障日益增加的大體量公路網(wǎng)安全營運，公路交通的重點必然將從建設(shè)轉(zhuǎn)向營運管理，公路安全態(tài)勢感知作為交通應(yīng)急輔助決策分析的決策支持將成為公路交通應(yīng)急綜合研判的關(guān)鍵。公路交通應(yīng)急管理將實現(xiàn)多部門協(xié)調(diào)聯(lián)動、跨區(qū)域應(yīng)急聯(lián)動及物資調(diào)度、動態(tài)信息采集等多元一體化管理體系。營運管理將從原有的日常業(yè)務(wù)監(jiān)管、保障響應(yīng)、報表統(tǒng)計、單一信息查詢轉(zhuǎn)變?yōu)闊o人值守條件下的全天候遠程公路安全態(tài)勢實時智能感知、主動預警、多源信息融合、輔助決策分析支持等以“智慧交通”為關(guān)鍵的智慧型營運管理上。

5 結(jié)論

通過總結(jié)目前公路安全態(tài)勢感知現(xiàn)狀，分析存在的問題，指出公路安全態(tài)勢感知作為一種交通應(yīng)急輔助決策分析手段，將向以多源信息融合的多元一體化智能感知為引領(lǐng)的“智慧交通”方向發(fā)展。

參考文獻：

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