高速公路养护管理系统的研究与运用

'高速公路养护管理系统的研究与运用　　【摘要】随着高速公路建设的快速发展，养护管理系统的建立与实施进一步加强并改善了公路的养护和使用管理模式，以路况调查数据为依据，建立数据库，进行各种病害分析，并通过对路面使用性能的评价，选择相应的维修方案，保证高速公路维修养护工作的顺利进行。　　【关键词】高速公路养护管理模式数据库使用性能评价　　随着我国经济建设的快速发展，高速公路已经成为我国社会流通不可缺少的重要组成部分。但伴随通车时间的日益剧增和承受车辆严重超载的现象，高速公路的养护管理任务具有重大的意义，其工作的成败直接影响了道路安全行驶的质量。因此规范养护管理任务是公路管理的必然要求。管理数据化、检测标准化以及决策科学化是摆在高速公路养护部门面前的新课题，系统化的管理能最大程度地发挥安全、快捷、舒适、高效的性能，加快公路现代化管理建设的脚步。　　1.路面管理系统　　路面管理是指协调与监控有关道路的一切活动，使公路管理部门能够利用有限的资源，通过不同的路况来选择相对应的养护对策，全面的为道路使用者提供高质量的服务水平。 　　路面管理系统的目的是为高速公路养护规划提供路况评价，技术人员再通过养护需求分析、养护预算来编制养护计划，其组成结构包括了数据库、路面使用性能评价、模型的预测分析、投资效益分析、路面维修的选择分析和养护费用优化分配等内容。　　根据高速公路数据库及模型参数的分析，路面管理系统通过校验汇总后生成以EXCEL数据表格为主的包括实时的路况状态、使用性能评价等6种报告。　　日常养护管理系统的主要功能是为养护技术人员提供路面、路基、桥涵等日常基础设施的损坏分析，包括路况的损坏采集、养护任务表的确定，依据客观的数据采集，制定科学有效的养护任务工作。　　2.数据库的建立　　数据库是养护管理系统的核心与基础，不仅可以帮忙储存各种信息，还可以相互传递不同管理机构间的数据。在整个管理系统中，数据库的设计与规划起着相当重要的作用，通过收集与监控路况实时数据，及时输入到计算机中，再通过系统设置，从而建立一个开放、动态的数据库系统，为项目决策提供真实、有效的信息参数。　　在数据库中，基础数据根据储存性质的不同分为两大类：动态数据与静态数据。动态数据库是依据路况状态的不断变化，及时更新数据信息而建立的，包括了：交通量的大小、路面的平整度、路面抗滑系数、气象信息、路面病害指数、处治历史养护决策以及路面弯沉值等。静态数据库是对基本路况进行信息采集后组建而成，其数据在一般情况下都是保持不变的。静态数据库主要包括：道路基本信息、公路定位等内容。 　　只有确保数据库的准确与有效性，才能保证系统的科学运行。然而实际的养护状况时刻都在发生变化，一次的数据统计只是暂时的，并不能代表完整的养护状况，各项指标及预测内容也无法以此得出准确评价。路况损坏数据的采集，一般都是采用仪器进行现场采集。道路的技术数据则是依据竣工图纸，通过cad数字化来确定的，以此建立准确完善的养护数据库。所以要规范数据管理，根据不同的路面类型建立模型数据库，挑选具有代表性的数据，来作为评价与预测系统的数据库。　　3.路面使用性能评价　　3.1路面性能指标　　路面使用性能评价是根据路况数据的采集，判断其是否能满足路面性能的要求。通过这一判断，可以了解道路的服务水平，确定需要维修改建的路段，依据项目优先排序，选择合理的改建及养护对策。路面使用性能评价包括4项内容，即路面行驶质量RQI、路面整体承载能力SI、路面损坏状况PCI及路面抗滑能力SRI。路面使用性能评价的指标有单一评价和综合评价两大类。路面使用性能对道路的某一项进行的评价称为单一评价；采取多个指标进行的道路评价则为综合评价，是依据加权综合产生的，可以反映道路路面的整体性能状况。　　路面使用性能评价是道路维修养护、经济分析的基础。根据系统数据库的分析，判定当前道路的路况是否符合交通量的需求，最终结果将成为是否进行维修养护措施及采取何种措施的依据。在系统界面单击“输入”按钮进入损坏状态管理栏，依据计算机所提供的损坏类型，单击“分级标准”即可确定道路的损坏类别。以路面整体承载能力SI为例，单击“计算SI”按钮，依照公路养护规范，系统可以自动计算出SI值，并以直方图的形式描述道路分段的承载能力，拟合出整条道路的SI曲线，方便养护管理部门直接从图中清楚观察到整个路线的路面承载能力。 　　3.2路面的模型预测　　结合当前路况，利用马尔可夫来进行路面建模，采用路面使用性能的预测模型，使预测结果更加准确。建模的步骤有：（1）提出转移概率矩阵，为不同路面路况及维修养护措施进行数据分析；（2）确定路况的现状，选择相对应的性能变量；（3）通过转移概率矩阵计算出某一时段道路的路况状态，即。（其中：表示处于年的状态，经过一个时间段后变为状态的转移概率。）　　路况性能预测的方法主要是采用马尔可夫法。依据道路维修、更新及重建的周期来计算养护资金的需求量，方便进行养护工作的控制。为了提高马尔可夫模型的预测能力，系统按照同一区域或路龄相同、路面结构相同等特性将路网划分成子网，再根据每一个子网建立对应的转移概率矩阵。由于建模的数据资料是有限的，因此需要逐步积累，不断深化模型使用性能的物理变化。　　路面性能的预测是根据路况数据的收集，自动进行参数修正，再生成新的改进模型，确保新模型与现实路况达到相对符合的程度。参数自适应跟踪法是以最小二乘法为基础，以路况的客观发展来确定函数公式。在进行模型预测时，先确定预测的自变量，再通过函数图象来确定预测的动态参数，采用参数适应跟踪法来确定模型的动态发展，最大程度的使预测模型和实际观测达到相似值。　　4.路面维修决策 　　养护维修决策是根据路面的使用性能及模型预测为依据的，当路面使用性能的某项指标达到一定标准时，则要及时采取措施来进行维修养护。当维修养护的工作完成后，对路面的性能又将产生新的影响，进而循环进行下一次的养护决策。高速公路现代化、科学化、系统化的管理，通过路况数据库的建立，结合计算机路面使用性能的评价分析，可以得出各种评价指数的回归曲线，再根据专家分析，拟定养护的最佳方案。　　养护决策包括了路况的评价分析、养护的需求、资金的有效分配、投资效益的评估以及养护计划的编制等内容。对道路路况进行重点调查及数据分析，计算机依据道路评价指标建立预测模型，通过对路况的平整度、行驶质量、综合裂缝等各个性能指标进行调查，制定相对应的养护对策，依据优化模型来选择最终养护方案。　　道路的养护系统作为计算机辅助的决策系统，不仅依靠计算机的智能系统，还包括了管理人员丰富的决策经验，依据敏锐的判断力及洞察力。在养护决策中充分体现了管理人员的主观能动性。　　路面对策的确定依靠现有路面使用性能的分析、系统模型的预测、资金的优先分配、管理人员的经验知识等多种因素，其中最主要是依据路面的损坏状况、路面的抗滑性能和路面整体结构状况来确定的。这些数据决定了路面是否需要进行大修或者仅仅只需要进行局部的养护管理或者日常维修工作。路面的局部维修则是根据路面坑槽损坏的严重程度来确定的。　　路面维修方案的选择是一项非常复杂的工程，在实际确定路面维修对策中，由于路面使用性能指标，即路面行驶质量、结构强度、路面损坏等因素的影响以及资金的限制，导致管理人员在选择维修养护方案时，不得不对其中的部分指标（如行驶质量）实行合理的倾斜政策，通过采用改进优劣系数法，减小误差，使选择的方案更为合理。 　　5.结语　　我国的高速公路事业已经迈入以养护为主的时代，不断深化研究现行养护管理体制与运行机制的改革，通过养护管理系统的建立，计算机的跟踪管理，路面使用性能的有效预估，提高了高速公路运行质量与经济效益，为高速公路路面养护部门提供了科学的管理手段，具有很好的推广前景。　　参考文献：　　[1]王会静.河北省高速公路养护管理系统应用探析[J].交通世界.2006（07）　　[2]缪健.浅析我国高速公路桥梁养护管理[J].科技资讯.2010（13）　　[3]张丰焰，周伟，肖开玉，李雪.公路养护工程分类探讨[J].公路.2007（05）　　[4]李小英.浅谈高速公路桥梁养护的重要性[J].魅力中国.2010（08）　　[5]胡兴安，张云涛.北京市高速公路养护信息管理平台建设[J].交通标准化.2010（11）　　（作者单位：湖北工业大学；湖北武汉430068）'