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为西部复杂环境下高速安全运营提供可复制方案
摘要：甘肃省作为丝绸之路经济带核心通道，高速公路网穿越复杂地貌，受地质灾害与极端天气双重威胁。
针对传统监测体系布局分散、架构厚重、无闭环管控的短板，甘肃省高速公路轻量化灾毁监测预警体系立足省情，融合物联网、边缘计算、人工智能等技术，构建“云-边-端”协同的轻量化灾毁监测预警体系，依托政策适配、技术研发、机制构建三位一体框架与闭环流程，实现灾毁全流程智能化管控，在打庆高速试点成效显著，为西部复杂环境下高速安全运营提供可复制方案。
1.1 研究背景
公路交通是甘肃衔接国家战略、带动区域经济的核心支撑。目前，全省高速路网已形成辐射全域、连接周边的格局。
但甘肃地处多高原交汇处，黄土湿陷性、岩体破碎问题突出，地质灾害点广布；且属大陆性气候，温差大、极端天气频发，直接威胁路基、桥梁、隧道等设施安全。近年来，国内高速灾毁事件多发，造成严重经济损失，暴露传统防控体系适配性不足的问题。
国家与地方密集出台政策，要求推进交通基础设施数字化转型，构建智能监测预警体系。在此背景下，亟需构建适配甘肃复杂环境、兼顾成本与效能的轻量化灾毁监测预警体系，破解传统防控难题。
1.2 核心问题
当前国内高速公路构造物结构安全和道路灾毁监测体系高速监测体系存在三大突出短板：一是布局缺乏系统性，多数监测集中于特大桥、特长隧道等单点关键设施，未形成全覆盖连续监测网络，路段衔接区域存在防控盲区，易因局部漏判引发连锁灾害。
二是技术架构厚重，监测传感器不仅数量多、工程造价高、专业性强，还过度依赖高精度设备及市电、有线传输，偏远路段供电不稳、有线线路易受损毁，设备运行稳定性不足，难以实现长期不间断监测。
三是管控无闭环，监测数据与交通调度、应急救援系统无有效衔接和联动管控机制，山区地形加剧救援难度，传统模式数据传递滞后、处置流程繁琐，应急效率低下，无法满足突发灾毁快速处置、减少损失的需求。
基于以上问题，本文开展高速公路轻量化灾毁监测预警体系研究，旨在通过优化传感器布局、采用低功耗无线传输技术及构建多系统协同平台，实现监测网络全覆盖、设备运行高稳定性和应急响应高效化，全面提升高速公路灾毁防控能力。
2.1 监测体系构建
立足甘肃省情，以“适配复杂地貌、轻量化部署、全流程闭环”为核心，构建“政策适配-技术研发-机制构建”三位一体研究体系，契合甘肃交通防灾减灾需求。
政策适配层面，紧扣国家“数字交通”“交通强国”战略，对接甘肃交通与科技规划，聚焦设施智能监测、跨部门应急协同导向，兼顾国家战略与地方诉求。针对甘肃地质灾害广布、山区救援难的特点，以“全域覆盖、快速响应、协同联动”为抓手，推动体系与地方治理协同；
技术研发层面，针对甘肃山区供电不足、易灾路段分散、运维成本高的痛点，突破传统设备“重、贵、难部署”瓶颈，确立“轻量化、低功耗、易安装、低成本”导向。结合本地气候优化设备防护与算法模型，定制灾毁监测指标及识别算法，实现技术与灾害特征适配。
机制构建层面，破解山区灾毁救援“响应慢、联动弱”难题，建立多部门协同机制。打破数据壁垒，搭建省级统一信息共享通道，实现预警信息“一键推送、多方响应”；针对偏远路段救援半径大的问题，建立“就近调度、分级响应”机制，整合乡镇应急与养护资源，破解跨区域协同梗阻。
2.2 逻辑架构设计
采用“云-边-端”三层协同架构，以“适配复杂环境、保障实时响应”为核心设计逻辑，实现与甘肃实际的深度融合，总体方案示意图如图1所示。
图1 公路灾毁监测报警系统总体方案示意图
（1）架构整体适配性
结合甘肃高速“点多线长、山区占比高、供电通信薄弱”现状，以轻量化部署为核心，摒弃传统市电有线模式，采用无线通信与太阳能供电组合方案，保障偏远山区、灾害路段稳定运行。同时兼顾全域覆盖需求，通过分层协同弥补“重桥隧、轻路基”短板，实现路基、边坡、桥梁、隧道等易灾部位全面监测。
（2）协同逻辑适配性
针对山区云端响应延迟、灾毁处置窗口短的问题，构建“本地快响应+云端全管控”模式。边缘层承担本地数据解析、灾毁判定与现场联动功能，确保无云端支持时快速预警，规避通信中断引发的二次事故；云端层聚焦全省灾毁态势研判与跨区域调度，适配路网协同管控需求，形成“局部快处置、全局统筹管”格局。
（3）部署成本适配性
结合甘肃交通运维经费实际，采用“低成本、易维护”设备选型与部署策略，核心设备成本远低于传统设备，无需大型机械安装、专业团队常驻运维，大幅降低山区部署运维成本，保障体系规模化推广的经济性。
2.3 技术架构设计
体系构建全流程闭环管控技术架构，以甘肃省科技赋能、全域协同的交通安全治理理念为引领，立足全省复杂地形地质与全域路网安全需求，围绕分级研判、智能感知、联动处置、精准施策四大核心环节，构建覆盖“分类-监测-预警-管控”的全链条管理体系，实现从风险源头防控到应急处置闭环、从单点管理到全域协同的系统性升级，彰显省级层面统筹推进、跨域联动的治理效能。
（1）分级研判：锚定全省统一标准
分级研判作为闭环管控的前置基础，整合省交通运输厅、省自然资源厅、省气象局等部门的气象、水文、地质研判数据，形成全省灾毁风险常态化研判区域重点等级，实现从单一路段风险评估向全省路网风险态势全局把控的转变。
同时，以全省道路构造物损毁对交通运行及社会经济的影响程度为依据，结合区域重点等级，划分建立与省级应急响应机制（Ⅰ-Ⅳ级）相衔接的0-4级灾毁分级标准，明确不同等级灾毁对全省交通主干线、区域支线的影响边界与处置优先级。研判结果直接对接省级道路交通事故应急预案的分级响应要求，为后续精准管控提供政策依据与标准支撑。
表1 道路灾毁分级体系表
（2）智能感知：构建全域覆盖的立体化监测网络
智能感知环节立足甘肃“高原、山地、黄土区”全域地貌特征，针对性选用差异化轻量化监测设备对全线道路进行布设，打破传统“点式监测”局限。
省级层面统筹规划感知设备布局，研发轻量化传感器，在重点风险区域全线路段部署传感器设备，实现从关键节点到普通路段的全域连续覆盖；依托省级灾毁监测预警平台，汇聚全省重点区域多维监测数据，整合各类固定监控、移动监测等资源，达成监测全域无死角的感知目标，为全省灾毁风险“一张图”可视化研判提供数据支撑，推动感知从“局部碎片化”向“全省一体化”转型。
图2 公路灾毁监测预警成套设备
（3）联动处置：激活跨部门协同与资源调度
联动处置以灾毁监测预警平台为核心，聚焦多维联动与资源调度，深化“一路四方”协同效能。平台与全域监测、预警设备实时互联，承接智能感知数据，实现预警触发后设备即时响应的闭环；同步联动处置人员，快速推送指令、明确任务，保障处置力量高效集结。
依托“一路四方”联动机制打通交通、公安、应急、医疗部门壁垒，统筹调配全省应急资源，形成跨部门、跨层级快速联动格局，推动灾毁处置从分散响应向协同高效转变，实现现场处置与调度的实时衔接，变“被动抢险”为“主动防御”，为精准施策提供坚实支撑。
图3 公路灾毁监测报警平台功能架构示意图
（4）精准施策：实施差异化管控与全省统筹调度
精准施策环节依据灾毁分级标准与路段处置措施，形成“分级分类、全域统筹”的管控策略。针对灾毁等级，匹配差异化交通组织方案：低等级灾毁采取局部车道管控、远端信息提示；高等级灾毁启动全线封闭、跨区域分流，联动公安部门实施专项交通疏导措施；针对区域特征，对暴洪高发区、地质不稳定区、极端天气频发区等实行“一区一策”，强化应急资源前置部署与专项处置流程。
同时省级灾毁监测预警平台发出指令，通过新媒体矩阵向公众实时推送路况信息，形成“管控-服务-反馈”的二次闭环，既保障路网安全畅通，又提升公众出行体验，彰显省级层面“统揽全局、精准发力”的治理水平。
图4 响应联动控制策略
为推动成套体系在黄土高原道路灾毁防控中的落地，强化其在多方区域的测试验证与试点应用，精准适配黄土高原复杂地质与灾害特点，打庆高速作为《国家公路网规划》G244线重要组成，是黄土高原腹地连接甘、陕、宁三省的关键通道。沿线地质复杂、黄土湿陷性强，滑坡、坍塌灾害频发，桥隧比高且极端天气多发，是甘肃高速灾毁防控典型示范场景。
项目选取该高速K67+500～K69+160段试点，涵盖路基、桥梁等设施，集中体现区域灾毁风险特征，为体系验证提供理想载体。
试点遵循轻量化灾毁监测预警体系核心架构，构建全域连续监测报警网络。沿护栏及隔离带布设监测仪，实时感知受力、振动及倾斜状态；路侧设太阳能边缘控制器，无线汇聚传感器数据，具备本地边缘计算与灾毁识别能力，可联动现场报警设备。桥梁关键部位同步布设设备捕捉结构异常，配套爆闪警示装置形成“监测-报警”闭环，所有设备接入云控平台，实现数据汇总、可视化及多源融合分析。
试点运行期间，体系适配性与效能表现突出。“云-边-端”架构实现灾毁信号快速捕捉、本地研判与现场响应，破解传统监测滞后难题。系统可精准识别路面沉陷、边坡滑塌等灾毁类型，通过爆闪装置声光及文字多维度预警，联动启动应急处置，大幅降低次生事故风险。构建的全流程闭环机制，为常态化灾毁防控、应急管理能力提升提供支撑，验证了体系在复杂条件下的可行性与价值，为推广积累经验。
基于试点成果，该体系按“重点路段优先、典型场景覆盖”原则，计划推广至其他路段，其轻量化、低成本、易部署优势，可为西部高速灾毁防控提供可复制借鉴的参考。
甘肃省高速公路轻量化灾毁监测预警体系立足甘肃省复杂地质地貌与气候特征，通过构建“云-边-端”协同的高速公路轻量化灾毁监测预警模式，可破解传统监测体系布局分散、架构厚重、缺乏闭环的短板。该体系契合甘肃高速地理、路网及运维条件，经打庆高速试点验证，可快速识别灾毁类型、提升应急响应效率，为西部交通建设与区域经济发展筑牢保障。
未来可从两方面深化完善：一是强化体系扩展性，兼容卫星遥感、无人机巡检等技术以丰富监测维度；二是构建“全省一张图”，整合全域风险数据实现精准研判与全局调度，进一步助力西部交通强国建设。
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陈忱 贾彦党
特邀作者