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期末论文路面管理系统
路面养护管理与维修技术课程论文
题目:
浅谈路面管理系统
院系:
土木工程学院
班级:
道路1班
学号:
姓名:
2015-01-04
目录
一、路面管理系统简介及背景…………………………………………………………2
1.1路面管理系统定义………………………………………………………………2
1.2国外系统研发和使用背景…………………………………………………4
1.3国内系统研发和使用背景…………………………………………………6
二、路面管理系统的组成…………………………………………………………………6
2.1数据采集系统………………………………………………………………………6
2.2数据库管理系统…………………………………………………………………6
2.3网级路面管理系统………………………………………………………………7
2.4项目级路面管理系统…………………………………………………………7
2.5系统组成示意图…………………………………………………………………7
三、路面管理系统的运行…………………………………………………………………….8
3.1所需要的数据及其采集………………………………………………………8
3.2各项性能的评价…………………………………………………………………10
3.3性能预测……………………………………………………………………………10
3.4经济分析与方案决策…………………………………………………………11
四、以及存在的问题……………………………………………………………………………11
参考文献……………………………………………………………………………………………12
一、路面管理系统简介及背景
1.1路面管理系统定义
路面管理系统(PMS)是以实践经验为基础,包含了路面行驶质量、损坏状况、结构的力学反映、行驶安全性以及路面材料的疲劳、变形、开裂、老化特性等情况,针对路面进行技术经济分析的快捷工具,以指导实现资源配置最优、技术较合理、造价较低的目的。
1.2国外系统研发和使用背景
国外公路路面管理技术的探索研究始于上世纪70年代初期的美国和加拿大。
在结束了大规模的公路建设热潮后,美国随之面临的是如何对已形成的路网体系进行有效科学的养护和管理,尤其是在汽车工业发展带来的巨大车流量下如何更好地保持和延长现有公路的使用寿命。
对此,公路技术人员开始研究对公路技术状况进行科学的检测,建立规范的数据库,并依据对各类数据的科学分析和判断形成准确的公路技术状况评价,通过具体的参照标准提供优先的公路养护和改建方案。
而这一决策过程的实现全部建立在计算机平台的软件分析上,于是产生了最初的公路路面管理系统。
但在实际使用过程中,公路管理部门意识到公路养护需要从省际和城市路网系统的各个项目进行通盘考虑,于是在最初简单提供路面损坏信息和养护对策的系统基础上,道路研究人员和开发者又作了进一步完善,逐步形成了集合数据库管理、养护计划、路网项目计划以及项目级设计和分析的综合管理系统,进一步优化养护和改建模型,从而在公路养护资金投入和效果产出上获得更高的性价。
美国森市路面管理系统根据使用地区的路网特征主要以沥青混凝土路面为设计管理对象,将年均匀日交通量与交通指数、加展厚度、养护修复历史资料、以挠度值代表路面构造能力、路面服务才能作为鉴定参数。
森市路面管理系统包括四部分:
第一部分为破坏调查输入,主要考虑龟裂、疏松与纵向、横向裂痕等破坏项目,将各项破坏严峻性分为轻、中、重三个等级;第二部分为路面状况计算,具体根据破坏等级的不同破坏百分比及严峻水平所查得的扣减分数扣减;第三部分为养护优先顺序,依计算所得的效益成本比决议优先次序;第四部分为数据输出,包括路段资料输没查询、路面调查资料查询、历史维修资料查询、路面破坏状况排序结果查询输出以及维修路段及维修方法输出查询。
澳大利亚RTA-NSW路面管理系统为聚集多元模块化的路面管理系统,系统架构具体分为CMIS建立路网材料、NOS评估路网标准、TNOS和网络破坏模式、CMIS处置路网道路状况、TFNOS评估路网维修成本。
分别由路况管理信息系统(包含查询道路、桥梁、隧道状况,针对路网所选路段、桥梁、隧道等进行统计分,比拟其间的变更和差别,计算改良路网绩效不同方案,评估路况较差路段)、财务估算网络最优化系统(基于辅助决策管理方及专家猜测特定的服务标准请求,计算路网维修预算或成本)、养护程序最优化系统(通过程序的模块化对公路路面养护预算及程序锦进行安排,最大限度发挥资金使用效益)、叙路登录系统(主要在系统进行分析时提供所需资料支撑)四部分构成。
英国CHART路面管理系统开发于1980年,调查项目包括TRRL纵断面平坦度或恬静度。
系统功能包括地位图、路面断面、路面破坏外形、路面破损评估、维修工法及维修区间位置、破坏评估与对应工法统计图等。
1.3国内系统研发和使用背景
我国公路路面养护管理系统的研究和应用始于上世纪80年代,1985年,辽宁省率先在营口地区引进使用了英国开发的沥青路面养护管理系统。
随后,湖南省根据本省实际情况开发了自己的路面养护管理系统。
此后,全国部分省份逐步进行了路面养护系统的研发和推广。
1988年,我国引入了世界银行的公路养护标准模型,并在云南省进行了试点应用,开始了公路养护领域的经济分析研究。
“七五”国家重点攻关期间,我国建立了自己的路面管理系统,并在“八五”期间在各个省市投入使用。
在“九五”期间,国家大力推广路面管理系统,并将公路前方图像管理系统和公路投资综合效益分析系统分别作为交通运输部和国家重点科技项目进行研究。
交通部公路科学研究所的潘玉利博士提出了我国公路路面管理系统基本框架,路面管理系统大致包括数据库管理、路面性能评价、路面性能预测和路面养护决策四部分,并在参考国外模型方法的基础上,建立了符合我国实际的一些模型。
同济大学的刘可博士在其研究的水泥混凝土路面管理系统中提出了水泥路面使用性能的评价体系、养护对策模型和相应费用模型等,并预测了路面使用性能。
对我国路面管理系统的发展与推广应用做出较大贡献的当属国家路面管理系统CPMS,该系统是在国家重点公关项目“干线公路路面评价养护系统成套技术”的研究的基础上建立的我国干线公路路面评价养护系统,交通部将其作为重点项目在全国各省份大力推广,如广东省、天津等。
随着近几年来地理信息系统GIS的广泛引用,GIS和PMS的广泛应用前景和潜力越来越被业内人士认可。
广东省高速公路数据库管理系统就包含了GIS子模块,并实现了基础数据图形和文字之间的相互查询。
而基于GIS的城市道路管理系统在实现基本的道路管理及分析功能的基础上,数据管理部分通过GIS功能实现了数据的可视化管理,使得系统软件交互性、直观可读性增强。
随着“十五”、“十一五”期间国家高速公路网的逐步建立,各级公路管理部门加快了对路面管理系统的深入研究和完,并根据各省市公路发展实际和经济技术水平形成了适合本区域的公路路面管理系统。
总的来看,上世纪40、50年代,公路路面管理主要依靠目测结果,根据路面损坏严重程度来制定养护和大修的形式、范围,并提出养护决策方案和程序。
到了上世纪50年代末和60年代初,逐步研发投入路面平整度仪、弯沉检测仪以及摩阻仪测量路面等设备对公路技术状况进行检测,有目标地收集各项资料,结合人工观测的结果,对公路路面养护大中修提供预测和方案。
再后来,到70年代时全国各省市很多公路养护管理部门逐步认识到,单纯地依靠目测结果进行公路养护以不能满足公路发展需求,必须通过新的测量手段,并结合系统工程的方法,通过计算机对公路基础数据和检测数据进行存储、分析和处理,按照系统程序和参数设定,自动生成科学、合理、有可操作性的公路养护方案,为公路管理部门提供养护决策参考。
二、路面管理系统的组成
为了准确了解整个公路网的破损情况,道路工作者通过长期的试验、观测,制定了路面性能的评价方法、评价标准、检测设备及方法,并且逐步建立了路面各项性能的预测模型,然后利用经济分析的手段,将有限的养护资金合理的分配到路网中最需要改建或养护的地方,力求将路网的整体服务水平保持。
在尽可能好的水平将这各个方面通过计算机加以表达和管理,就形成了路面管理系统。
综合的路面管理系统从功能上划分一般由数据采集系统、数据库管理系统、网级系统和项目级系统四个部分组成。
2.1数据采集系统
路面管理系统决策的依据是大量、精确的数据信息。
数据信息的取得依赖高效、快速的检测设备,以用于采集公路几何、路面破损、平整度、弯沉、摩擦系数、交通量、车速和重等数据。
2.2数据库管理系统
数据库管理系统一般由路网参照系统、数据文件和数据管理三个部分组成。
为了对路网各项数据进行有效的管理,需要建立路网参照系统。
参照系统由各类不同形式的编码组成、其中路网由道路组成,道路又由路段组成,给道路和路段分别编上不同的编码,从而使不同的数据存放在不同的层次上。
数据库一般包含四大类,即几何属性、路面状况、交通量和路面养护历史数据。
数据库一般具有以下一些功能:
数据编辑打印、数据检索查询、数据统计分析、为网级系统提供决策数据、为项目级系统提供工程分析数据。
2.3网级路面管理系统
利用数据库中的数据信息,通过路面状况评价、路面使用性能预测、道路使用者费用预测、养护方案效益分析和优化决策,网级系统将实现:
路网当前使用性能评价、路网未来养护需求分析、路网车速预测和评价、路面养护水平(标准)优化分析、养护预算优化分配、养护投资敏感性及风险分析、新建和改建项目投资效益分析。
在路面使用性能评价模块中,网级系统将给出当前路网各项评价指标的评价结果;养护需求分析模块提供路网未来路面大中修养护的时间、费用、地点和方案;车速预测评价模块是从行驶质量评价角度分析预测路网在将来的变化情况,为道路改、扩建提供依据;养护水平(标准)优化分析模块则给道路养护工程师提供达到要求的养护水平所需要的最小投资;养护预算优化分配模块将分析不同投资水平给路网带来的变化,建立投资水平与路况的关系,用以确定最佳的路网投资方案和
计划;养护敏感性及风险分析模块提供了分析推迟或提前养护对路面使用性能、养护费用和用户费用影响的功能。
路面管理系统的分析决策一般以路网不变更路线为前提条件。
2.4项目级路面管理系统
项目级系统的主要目的是补强设计方案优化分析和罩面方案选择。
当路面强度不足时,项目级系统可以根据相应的设计规范进行路面补强设计,建立可选方案,在对各可选方案进行经济效益分析,确定经济效益最佳的方案。
2.5系统组成示意图
三、管理系统的运行
管理系统的运行离不开各项数据的支持、各项性能的评价指标、性能的预测等等模块。
下面分别介绍。
3.1所需要的数据及其采集
路面管理系统首先要监测路面使用性能的变化。
一般影响路面使用性能的因素可以分为结构性的和功能性的,由以下几种:
路面强度、表面抗滑性能、路面平整度以及路面破损。
几个国家根据自身的情况分别研制不同的数据采集设备来获取所需数据。
获取路面强度数据采用比较广泛的是贝克曼梁,还有近来发展起来的FWD;监测路面表面抗滑性能由摆式仪以及英国研制的横向力系数常规检测设备SCRIM等;平整度的检测仪器较多,如常用的3m直尺、五轮仪、八轮仪等,指标也比较杂乱,但是为了用一个统一的指标加以衡量,国际上经过大量的道路平整度检测试验,确立了IRI作为各国能够互相转换的指标,以便于用各种仪器检测的结果进行比较;路面破损可根据不同面层类型(沥青混凝土和水泥混凝土)规定各种不同的破损类型、严重程度,用人工的方法现场抽样评定,也可以采用摄像设备野外摄像,然后用人工进行室内识别,获取路面的破损情况。
路面各项性能的数据采集根据管理系统的要求,一般1~2年采集一次,每次采集数据的时候,务必记录当时的温度情况、湿度情况、天气情况、采集人员,必要时还应记录下地点的坐标,以便于建立GIS时采用。
数据的采集依据该项数据的性质,一般以路段为单位,也可以整条道路为单位进行采集。
采集的频度视道路状况、所要做决策的等级而定,也可以借鉴已经建立的路面管理系统的经验。
3.2各项性能的评价
何时需要采取什么样的措施,需要有一个易于把握的标准。
如美国AASHTO的路面现时服务能力指数PSI,当等比较高(国家干线公路)的公路的PSI降低到2.5时,就该采取改建或重建措施以恢复路面性能;还有我国的路面状况指数PCI、日本的MCI也具有类似的性质。
这些指标都是通过主、客观相结合的方法建立的,即一方面通过专家对路面状况进行定性的打分,另一方面利用各种检测仪器对路面进行客观定量的检测,将这两个方面结合起来,用以建立路面性能的评价标准。
这些指标可能采取的分制不同,不同的分制对客观路面破损的给分敏感性是不同的,其间的差别还有待于进一步的研究。
3.3性能预测
路网内的各项路面使用性能随着时间的变化而不断变化,那么,所遵循的规律到底是怎么的呢?
大量道路工作者作了这方面的研究,在不同的历史阶段提出了不同的性能预测方法。
但不论建立何种预测模型,必须含有时间因素。
最早人们建立了确定型预测模型,这其中又可以分为经验模型、力学模型和力学—经验模型,这些模型的建立都要有一定的观测资料作为基础,总结所预测的性能随着时间和其它因素的变化趋势;后来研究人员建立了概率型模型。
虽然确定型模型容易建模,容易理解和应用,但是不能反映出路面性能变化的不确定性,而后者能够较好的解决此问题。
预测模型的建立,需要大量观测资料作基础,而实际上,资料总是有限的,而且建立的模型也不可能包含影响路面性能变化的各种因素,所以建立的模型不仅在精确性方面有待于提高,而且在时间方面是对过去性能变化的回顾,对于未来的趋势预测不能达到很好的精度。
所以,各种模型在应用以前需要根据各地的情况进行标定。
3.4经济分析与方案决策
路面管理的最终目的就是要实现有限资金的优化问题。
这就需要使用经济分析的方法。
目前工程经济常用的分析方法有:
现值法、等年度费用法、收益率法、效益—费用比法、费用—效果法等。
经济分析的目的,一方面是评判项目或方案在经济上是否可以接受,即是否能够受益,另一方面是在投资有约束的情况下对各个方案按照效益的高低进行排序。
不同的经济分析方法虽然最终目的只有一个,但是在选择的时候,也会因为初期资金筹措的难易、决策的对象(网级或是项目级)、提交的对象的不同采用不同的分析方法。
经济分析与路面使用性能的评价、预测是一脉相承的,在最终得到各个项目或是一个项目的各个不同的方案的经济分析结果以后,提交给决策部门,辅助其作出决断。
四、依旧存在问题
检测数据到系统养护数据的转换目前必须依赖人工前期处理,没有完全实现系统自动化处理,而这部分工作量巨大,耗时长,介于公路管理部门人力精力有限,无法在短时间内迅速将数据转化录入系统,一定程度上影响了决策方案的及时形成。
在数据采集中,数据主要依赖于大型公路检测设备的定期检测,而一线养护工作人员的手持终端数据采集设备在操作中并不便利,数据输入效率低,且在山区或偏僻路段设备的信号弱,经常无法正常使用。
因此还需进一步结合实际进行改进。
参考文献
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