东海大桥道路运营智能维护

上海浦江桥隧运营管理有限公司

一、建设背景

东海大桥是中国第一座外海跨海大桥，全长 32.5 公里，洋山港码头从 2010 年起， 集装箱吞吐量连续八年位居世界第一。日益繁忙的车流量、恶劣的海上环境、未来的无人驾驶都对桥梁的运营养护提出了极高的要求。

东海大桥自身具备沿途全封闭的环境，无人集卡项目对桥梁的运营方带来的新的挑战和机遇。如何利用绣花般的功夫、利用人工智能、大数据、云计算等新技术，更好保证东海大桥的运输环境安全、通畅、高效，进一步匹配无人集卡的上线十分重要，而无人集卡项目在东海大桥双侧实现了 5G 基站全覆盖，这也为智慧运营提供了很好的环境。智慧运营的建设刻不容缓、且时机正好！

 东海大桥全覆盖高清监控

二、建设内容

5G 环境下 AI+ 智慧养护最好的落脚点在于前端的感知手段和后端的大数据分析。

（一）基于人工智能算法的路面病害及附属设施完整性识别

现有的运营保障机制下，每天都有巡查人员往返东海大桥两头进行巡视，但是依靠人员进行肉眼识别会存在以下问题，一是主观性强，难以客观的反映路面的真实状况； 二是效率低，人总是会疲劳，对于连续、微小的病害可能识别不到位，难以高效实现全覆盖的高频巡查；三是成本高，东海大桥未来几年还面临着提高人员使用效率的需求， 未来的养护向运营发展，必将利用各类新技术、新装备提高养护的工业化程度，实现集约化管理，节省不必要的重复劳动。

路面图像自动采集与病害智能识别

因此，利用巡查车辆的车载视频进行路面病害、具体包括路面有没有坑槽、裂缝、拥包等的识别，同时根据车载定位和视觉技术给出病害的位置和大致面积，及时报警、及时维修。此外，附属设施的安全也尤为重要，利用巡查视频还要实现路面伸缩缝的损坏识别，伸缩缝为两块桥梁板接缝位置，损坏后可能会直接影响行车安全，最后，进一步挖掘巡查视频的数据价值，还可以实现路侧的暗灯、标识标牌、路面标线等附属设施的智能识别。

 智能巡查设备

项目组首先确定利用日常巡查车作为信息采集载体，研发完成数据自动采集设备， 初期实现东海大桥路面与附属设施图像全覆盖，并采用深度学习完成样本模型的训练， 确定技术路线和图像采集质量可行则开始在高速公路场景下进行大样本采集。使各类图像样本标注至少达到十万级别，训练出满足精度要求的模型，进一步完成智能巡查设备的封装，并考虑与无人集卡进行结合。

（二）基于人工智能算法的交通流及异常事件的智能识别

养护运营的最重要的一个工作即是在有突发事件后迅速赶赴现场并联系相关部门进行妥善处置，包括人员、车辆的救援以及设施损坏的修复，最大程度减少伤亡和经济损失， 最大程度保证及时恢复通车。以往方式大都依靠现场报警发现，或者是通过室内监控大厅人工判断，存在发现不及时，无法积累数据等情况。现有东海大桥实现了监控视频全覆盖，每 500m 一个 800 万高清监控，实施将视频传回机房，如何利用这些视频进行智能分析，发现异常自动报警或者联动报警情况迅速定位现场情况，或是配合交警公安进行一些安全处置十分重要。因此，本部分主要实现两个方面，一个是交通流识别，包括车辆类型、颜色，甚至在一定条件下实现车牌识别，可以迅速定位车辆在哪个“500m 段”； 另一个是异常事件识别，判断是否有违规车辆闯入大桥，是否有车辆事故，是否有人员徘徊等，实现秒级判断，实时报警。

此次 AI+ 智慧运营主要从分三步走：第一是利旧，充分利用已有的视频等数据资源、5G 等传输资源，尽量减少硬件的投入；第二是赋新，根据已有数据资源和运营需求开发人工智能算法，提高现有数据的应用价值；第三是解决问题，将 AI 驱动下的智能识别结果提高小系统、小模块推送给现有业务系统或数据平台，解决业务痛点，使此次试点应用可持续发展。

 基于路侧监控的车辆识别与计数

（三）基于高精度地图的智慧运营数据系统

东海大桥高精度地图场景

三、建设成效

（一）项目经济效益

此次科研中的交通信息、交通事件智能感知系统将充分利用既有摄像的路侧监控， 依托智能化算法实现传统设施的智能化升级改造，可有效控制升级成本，丰富交通感知维度，切实推动智能交通、智慧城市的发展。

该场景中基于轻量化检测设备实现了路灯状态、沥青路面破损状况及平整度的快速检测；通过车载数据终端实时同步数据信息，并与 GPS 数据进行动态匹配；结合功率谱密度分析法、深度学习算法进行分析计算，准确定位巡检发现的问题，提供养护维修建议，并通过高精度地图、移动终端等进行结果发布。相对于传统的徒步巡检，该系统可实现路面健康状况的低成本、高效率、大范围的实时检测，巡检人员不需要在开放的道路上徒步巡查，减少对交通通行的影响，同时提高对巡查人员的安全保障；多元数据整合利用及分布式管理方法给大数据分析管理以及数据应用二次开发和面向服务功能开放提供了有力支持。此外，每次巡检后还可自动生成路面病害分布CAD 图以及道路健康状况报表，帮助东海大桥铺面管养部分自检自查，及时进行预防性养护和日常维护， 延长路面性能，减少大、中修频次，目标减少现有养护经费的 10%-30%。

（二）项目社会效益

项目建成后，可为传统交通基础设施的智能化升级改造提供指导借鉴，丰富了对交通流的感知，有助于优化交通系统，提高交通出行效率；实现对东海大桥桥面铺装、路灯状况进行覆盖性周检，甚至是一天一检，有助于提早发现坑槽等铺装表面病害和损坏路灯，提高东海大桥的服务能力。此外，基于车载传感器的检测设备可进一步在公交车、出租车等社会运营车辆上安装使用，借助运营车辆，实现路网路面健康的快速、覆盖性检测，采集的路面健康数据进行汇总，帮助管养部门准确定位待修路面，为城市级路面养护决策提供决策依据。同时，检测数据还可形成固定的方位接口，供其他机构调用， 共同推动路面健康数据的二次开发利用。

具体还包括：

1、产业创新前瞻

利用 “ 人工智能 ” 新动能，建设 AI+ 交通的示范高地，为 AI 在养护运维领域的示范应用打造样板案例。同时与交通流大数据结合，形成 “ 智能养护”、“ 全面养护”、“ 预防养护” 等创新型养护功能；东海大桥也正在实施无人集卡等面向未来无人驾驶的课题， 利用智能巡查，可以关注路面健康与无人驾驶的契合，为无人驾驶提供路面健康信息。