一种高速公路运营管理数字化管控平台

摘要

本申请涉及高速公路运营管理技术领域，公开了一种高速公路运营管理数字化管控平台。该平台包括平台层、设备层、网络层、数据处理层和应用层。该高速公路运营管理数字化管控平台运用BIM技术、GIS技术和倾斜摄影技术，构建高速公路运营管理期的高速公路三维模型。高速公路运营管理业务复杂，不同的高速公路基础设施有着不同的建模需求，通过BIM技术、GIS技术、倾斜摄影技术构建三维可视化模型。相比于单一的BIM模型，它包含与交通基础设施相关的更完善、更全面的信息，从而能够更好地模拟、代表真实交通基础设施。

说明书

技术领域

本申请涉及高速公路运营管理技术领域，尤其涉及一种高速公路运营管理数字化管控平台。

背景技术

现有的BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）建模技术多应用于高速公路建设过程中的质量管理、进度管理、成本管理等方面，与传统的人工管理模式相比，基于BIM技术的高速公路管理平台能够帮助管理人员提高管理效率，及时发现并处理建设过程中出现的质量问题、进度问题等。

基于BIM技术的高速公路建设期管理主要针对的是高速公路施工建设单位。高速公路不同时期的管理单位不同，在高速公路建成通车投入运营之后，更多注重的是资产的维护、道路病害维修、交通运行数据等。建设期主要是通过视频监控单元以及在施工过程中的智能传感器等采集动态的施工数据，存储并上传至管理平台，经过数据处理分析，并应用于施工进度、施工质量等管理平台功能模块。

相对于建设期的高速公路管理过程，运营期的高速公路数字化平台更具有复杂性，涉及到的传感器模块更多、场景建设更复杂。并且，运营期的高速公路大多已建成通车多年，与正在建设以及改扩建的高速公路BIM建模相比，在构建模型上存在很多难点。单一BIM技术在构建平台时不能满足复杂场景的应用需求。

发明内容

本申请公开了一种高速公路运营管理数字化管控平台，以解决现有技术中，单一BIM技术在构建平台时不能满足复杂场景的应用需求的技术问题。

本申请公开了一种高速公路运营管理数字化管控平台，包括平台层、设备层、网络层、数据处理层和应用层；

所述平台层用于搭载预先构建的高速公路三维模型，所述高速公路三维模型为数据交互的载体，预先利用BIM技术、GIS技术和倾斜摄影技术进行构建；

所述设备层包括多个设备，用于获取高速公路运营管理动态数据；

所述网络层用于与设备层里的设备建立通信，并将高速公路运营管理动态数据实时上传到所述数据处理层；

所述数据处理层用于在接收到高速公路运营管理动态数据之后，进行数据处理并输出至所述应用层；

所述应用层用于根据数据处理层输出的数据，对高速公路固定资产的使用情况进行管理，以及对高速公路的路面病害、桥梁病害和交通附属设施的病害情况进行管理，以及判断实时交通运行状态、进行交通态势分析和交通主动管控，以及对交安设施和机电设施进行运维管理。

可选的，所述高速公路三维模型的组成部分包括路线、路基、路面、桥梁、涵洞、隧道、交通工程及沿线设施、绿化房建。

可选的，所述高速公路运营管理动态数据包括固定资产的出入库数据、高速公路路面及附属交通设施的病害识别数据、交通数据、交通管控信息、天气状况数据和设备的运行状态数据。

可选的，所述设备层中的设备包括RFID识别设备、车载摄像机、路侧监控摄像机、毫米波雷达、ETC门架、情报板、气象传感器和机电设备运维智能传感器；

所述RFID识别设备用于动态采集固定资产的出入库数据；

所述车载摄像机用于对高速公路路面和附属交通设施进行病害识别，获取病害识别数据；

所述路侧监控摄像机、所述毫米波雷达和所述ETC门架用于动态识别交通数据；

所述情报板用于接收交通管控信息并发布相应的交通管控信息；

所述气象传感器用于动态采集天气状况数据；

所述机电设备运维智能传感器用于实时感知设备的运行状态，获取设备的运行状态数据。

可选的，所述车载摄像机搭载病害识别算法，对高速公路路面和附属交通设施进行病害识别。

可选的，所述路侧监控摄像机、所述毫米波雷达和所述ETC门架动态识别的交通数据包括交通量、车型、车速和车头时距。

可选的，所述网络层用于通过高速公路光纤网络和移动4G/5G网络，与设备层里的设备建立通信。

可选的，所述数据处理层包括多源数据处理模块、数据融合模块和数据输出模块；

所述多源数据处理模块用于对不同路径获取的数据进行提取、特征分析和匹配；

所述数据融合模块用于将处理后的数据进行融合；

所述数据输出模块用于将完成融合的数据输出至所述应用层。

可选的，所述应用层包括固定资产管理模块、基础设施管养模块、运行调度管理模块和交安机电设施在线维护模块；

所述固定资产管理模块用于对高速公路固定资产的使用情况进行管理，包括资产的日常管理、折旧管理、报表统计和系统管理，以及对资产的增加、减少、转移、闲置和报废进行管理；

所述基础设施管养模块用于对高速公路的路面病害、桥梁病害和交通附属设施的病害情况进行管理，包括病害可视化展示、病害常发路段和病害统计分析；

所述运行调度管理模块用于运用短时交通流预测等算法判断实时交通运行状态，通过各路段的实时交通拥堵情况进行未来的交通态势分析，通过采取主动交通管控策略进行交通主动管控；

所述交安机电设施在线维护模块用于对交安设施和机电设施进行运维管理，包括运维事件分级、运维服务时间和智能运维预警。

可选的，所述主动交通管控策略包括可变限速控制策略、动态开放应急车道管控策略和远端诱导分流策略。

本申请涉及高速公路运营管理技术领域，公开了一种高速公路运营管理数字化管控平台。该平台包括平台层、设备层、网络层、数据处理层和应用层。该高速公路运营管理数字化管控平台运用BIM技术、GIS技术和倾斜摄影技术，构建高速公路运营管理期的高速公路三维模型。高速公路运营管理业务复杂，不同的高速公路基础设施有着不同的建模需求，通过BIM技术、GIS技术、倾斜摄影技术构建三维可视化模型。相比于单一的BIM模型，它包含与交通基础设施相关的更完善、更全面的信息，从而能够更好地模拟、代表真实交通基础设施。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例公开的一种高速公路运营管理数字化管控平台的架构示意图；

图2为本申请实施例公开的高速公路三维模型的组成部分示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了解决现有技术中，单一BIM技术在构建平台时不能满足复杂场景的应用需求的技术问题，本申请通过以下实施例公开了一种高速公路运营管理数字化管控平台，参见图1，所述高速公路运营管理数字化管控平台包括平台层、设备层、网络层、数据处理层和应用层。

所述平台层用于搭载预先构建的高速公路三维模型，所述高速公路三维模型为数据交互的载体，预先利用BIM技术、GIS技术和倾斜摄影技术进行构建。具体来说，通过BIM技术与倾斜摄影技术打造高速公路运营管理数字化平台底座。

在本申请的部分实施例中，参见图2，所述高速公路三维模型的组成部分包括路线、路基、路面、桥梁、涵洞、隧道、交通工程及沿线设施、绿化房建。

具体来说，基于开放性BIM建模平台，如REVIT、ARCHITECTURE等，根据高速公路基础设施要求，建立特征性本地模型图库。对于数据化、单元化、数据加载要求不高的基础设施，结合成熟的倾斜摄影进行立体建模。对于平台环境为搭建更好的可视化效果，选择GIS作为最底层图库，在其图层上加载BIM模型系统，实现交互展示。应用倾斜摄影技术，可同时获得同一位置多个不同角度的、具有高分辨率的影像，采集丰富的地物侧面纹理及位置信息。基于详尽的航测数据，进行影像预处理、区域联合平差、多视影响匹配等一系列操作，批量建立高质量、高精度的三维GIS模型，作为高速公路三维模型的补充，进而建立完整而丰富的高速公路三维模型。

所述设备层包括多个设备，用于获取高速公路运营管理动态数据。

在本申请的部分实施例中，所述高速公路运营管理动态数据包括固定资产的出入库数据、高速公路路面及附属交通设施的病害识别数据、交通数据、交通管控信息、天气状况数据和设备的运行状态数据。高速公路运营管理数字化平台的设备层是运营管理业务中产生动态数据的数据源。

在本申请的部分实施例中，所述设备层中的设备包括RFID识别设备、车载摄像机、路侧监控摄像机、毫米波雷达、ETC门架、情报板、气象传感器和机电设备运维智能传感器。

所述RFID识别设备用于动态采集固定资产的出入库数据。具体来说，固定资产管理主要设备是RFID识别设备，在固定资产上贴上RFID电子标签，通过RFID识别设备可以动态采集固定资产的出入库数据。

所述车载摄像机用于对高速公路路面和附属交通设施进行病害识别，获取病害识别数据。进一步的，所述车载摄像机搭载病害识别算法，对高速公路路面和附属交通设施进行病害识别。具体来说，基础设施管养主要设备是车载摄像机，车载摄像机搭载病害识别算法，对高速公路路面、附属交通设施进行病害识别。

所述路侧监控摄像机、所述毫米波雷达和所述ETC门架用于动态识别交通数据。在本申请的部分实施例中，所述路侧监控摄像机、所述毫米波雷达和所述ETC门架动态识别的交通数据包括交通量、车型、车速和车头时距。

所述情报板用于接收交通管控信息并发布相应的交通管控信息。

具体来说，运行调度管理应用场景的主要设备是路侧监控摄像机、毫米波雷达、情报板、ETC门架等设备。通过高速公路路侧监控摄像机、毫米波雷达、ETC门架动态识别交通量、车型、车速、车头时距等交通数据。情报板主要是接收交通管控信息并发布相应的交通管控信息。

所述气象传感器用于动态采集天气状况数据。具体来说，通过高速公路路侧的气象传感器动态采集天气状况的数据，为交通主动管控提供决策依据。

所述机电设备运维智能传感器用于实时感知设备的运行状态，获取设备的运行状态数据。具体来说，机电设备运维智能传感器是安装在机电设备上的设备状态智能传感器，通过传感器实时感知设备的运行状态。

所述网络层用于与设备层里的设备建立通信，并将高速公路运营管理动态数据实时上传到所述数据处理层。

在本申请的部分实施例中，所述网络层用于通过高速公路光纤网络和移动4G/5G网络，与设备层里的设备建立通信。具体来说，高速公路运营管理数字化平台的设备需要通过网络与平台进行连接。部分设备与高速公路光纤网络与平台建立通信，另一部分设备需要通过移动4G/5G网络与平台建立通信。通过高速公路光纤网络、移动4G/5G网络将路侧监控摄像机等设备连接到高速公路运营管理数字化平台，并将RFID识别设备、车载摄像机、路侧监控摄像机、毫米波雷达等设备识别数据实时上传到高速公路运营管理数字化平台的数据处理层。

所述数据处理层用于在接收到高速公路运营管理动态数据之后，进行数据处理并输出至所述应用层。

在本申请的部分实施例中，所述数据处理层包括多源数据处理模块、数据融合模块和数据输出模块。

所述多源数据处理模块用于对不同路径获取的数据进行提取、特征分析和匹配。

所述数据融合模块用于将处理后的数据进行融合。

所述数据输出模块用于将完成融合的数据输出至所述应用层。

具体来说，设备与平台建立通信之后，将动态采集的数据上传至数据处理层，数据处理层对获取的数据进行处理。数据处理包括多源数据处理、数据融合和数据输出；多源数据处理是不同路径获取的数据的提取、特征分析、匹配，数据融合是指将处理后的数据进行融合；数据输出是指将完成融合的数据输出对应的应用模块。将高速公路路侧监控摄像机的数据与毫米波雷达的采集数据进行融合处理并输出交通量、车型、车速、车头时距等数据，并进行算法处理用于判断交通运行状态如拥堵时长、拥堵里程等。

所述应用层用于根据数据处理层输出的数据，对高速公路固定资产的使用情况进行管理，以及对高速公路的路面病害、桥梁病害和交通附属设施的病害情况进行管理，以及判断实时交通运行状态、进行交通态势分析和交通主动管控，以及对交安设施和机电设施进行运维管理。

在本申请的部分实施例中，所述应用层包括固定资产管理模块、基础设施管养模块、运行调度管理模块和交安机电设施在线维护模块。具体来说，高速公路运营管理数字化平台的应用层包括固定资产管理、基础设施管养、运营调度管理和交安机电设施在线维护共四个部分。固定资产管理包括资产日常管理、折旧管理、报表统计等子功能模块。基础设施管养主要包括病害可视化展示、病害统计分析。运营调度管理包括交通实时状态、交通态势分析和交通主动管控。交安机电设施在线维护包括运维事件分级、运维服务时间、智能运维预警等子功能模块。

所述固定资产管理模块用于对高速公路固定资产的使用情况进行管理，包括资产的日常管理、折旧管理、报表统计和系统管理，以及对资产的增加、减少、转移、闲置和报废进行管理。具体来说，固定资产管理是对高速公路固定资产的使用情况进行管理。应用场景功能分为资产日常管理、折旧管理、报表统计、系统管理等功能。固定资产管理模块对资产的增加、减少、转移、闲置、报废等进行管理并提供所需报表，提供统计和查询。

所述基础设施管养模块用于对高速公路的路面病害、桥梁病害和交通附属设施的病害情况进行管理，包括病害可视化展示、病害常发路段和病害统计分析。具体来说，基础设施管养是对高速公路的路面病害、桥梁病害、交通附属设施的病害情况进行管理。应用场景功能包括病害详情、病害常发路段、病害统计对比等功能。通过基础设施管养模块，可以可视化展示巡检识别的路面病害类型、位置、长度或面积等细节信息，并且可以通过系统内置算法以及历史检测数据等大数据分析得到病害常发路段、路面性能发展预测、病害养护决策等分析结果。

所述运行调度管理模块用于运用短时交通流预测等算法判断实时交通运行状态，通过各路段的实时交通拥堵情况进行未来的交通态势分析，通过采取主动交通管控策略进行交通主动管控。进一步的，所述主动交通管控策略包括可变限速控制策略、动态开放应急车道管控策略和远端诱导分流策略。具体来说，运行调度管理应用高速公路路侧的摄像头、毫米波雷达、ETC门架等设备，实时获取高速公路交通流量、交通流速度、车型、车头时距等数据，并运用短时交通流预测等算法判断实时交通运行状态。通过各路段的实时交通拥堵情况以及未来的交通态势分析。此外，联动高速公路的情报板实时发布可变限速控制策略、动态开放应急车道管控策略、远端诱导分流策略等主动交通管控策略。

所述交安机电设施在线维护模块用于对交安设施和机电设施进行运维管理，包括运维事件分级、运维服务时间和智能运维预警。具体来说，高速公路交安机电设备主要由交安设施和机电设施组成，此类管理区别于路面和桥梁，其更多是体现在设备的维修与更换，考虑到高速公路涉及的机电设备众多，而且设备分部较为零散，为提升维养效率，也可以充分嫁接数字化平台来实现业务管理和辅助决策。嫁接物联传感和资产数据，利用数字化平台实现预警、维修等管理流程闭合。通过对高速公路机电系统设施设备运维指标体系的监测与判断，实现运维事件的预警分级、运维服务分级等功能。此外，系统响应运维服务时间、运维响应实限、恢复时间、运维交付内容、运维交付方式等内容。改变传统高速公路机电设施设备运维管理方式，提高机电设施设备管理智慧化程度。

信息化技术的普及提升了运维管理效能，当前科学运维决策的需求迫切，对于基础设施检测监测数据的分析要求越来越高，本实施例充分考虑了高速公路基础设施的属性数据和历史检测数据的融合叠加，为运营管理决策提供了自动化决策依据。

本申请上述实施例公开的一种高速公路运营管理数字化管控平台，该平台包括平台层、设备层、网络层、数据处理层和应用层。该高速公路运营管理数字化管控平台运用BIM技术、GIS技术和倾斜摄影技术，构建高速公路运营管理期的高速公路三维模型。高速公路运营管理业务复杂，不同的高速公路基础设施有着不同的建模需求，通过BIM技术、GIS技术、倾斜摄影技术构建三维可视化模型。相比于单一的BIM模型，它包含与交通基础设施相关的更完善、更全面的信息，从而能够更好地模拟、代表真实交通基础设施。

本申请可以实现高速公路三维数字化呈现，通过BIM技术、倾斜摄影技术构建高速公路三维可视化模型。通过数据赋能高速公路三维模型，使高速公路三维模型作为数据交互载体，发挥业务应用所需的运算决策潜能，如全景遨游展示、资产配置管理、路面养护管理、桥梁养护管理、机电养护管理、运行调度管理等应用场景。通过与病害巡检系统、机电设备维护系统、交通管控系统等系统进行交互，最终构建高速公路运营管理数字化系统。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。