路面管理系统发展综述

第24卷　第3期重　庆　交　通　学　院　学　报2005年6月Vo1124No13JOURNA L OF CH ONG QI NGJ I AOT ONG UNI VERSITY June2005

路面管理系统发展综述

李　明1,Ξ　陈谦应2,　彭克刚1,　马在亮3

(11重庆交通学院土木建筑学院,重庆400074;21重庆交通科研设计院,重庆400067;

31重庆交通学院管理学院,重庆400074)

摘要:随着路面管理系统近二三十年的不断发展,它已成为公路管理部门重要的辅助管理工具.本文在回顾国内外路面管理系统发展现状的基础上,分析了发展中存在的问题,提出了相应的改进措施,并重点探讨了基于GIS平台的路面管理系统的发展方向.

关　键　词:路面管理;路面管理系统;使用性能;预测模型;地理信息系统

中图分类号:U41812 文献标识码:A 文章编号:10012716X(2005)0320069205

路面管理系统作为近二三十年公路管理方面的新兴领域,它是综合运用计算机技术、道路工程理论、工程经济分析、系统工程技术等对现有公路路面进行养护管理的综合管理技术,可划分为网级系统与项目级系统.通过对路面的有关数据如:路线名称、技术等级、里程、宽度、基层类型、修建年月等基本数据以及交通量、路面破损、弯沉、平整度、抗滑指数等路面现状数据的采集,对现有路面进行评价分析,提出养护措施建议和优先次序,进行项目级资金分析,制定年度养护计划,使有限的资金投入达到尽可能最好的路况水平,根据路网现状对路面性能进行预测和中长期养护投资预算预测,为修订养护策略、调整资金投向及领导决策提供参考[1].

由于路面管理系统具有很大的经济和社会效益,许多国家公路管理和研究部门相继开展了研究工作,并在较短的时间内取得了很大的进展,开发且成功运行了路面管理系统.比较现有的各种系统,由于各机构部门的管理体制、管理现状及各自追求管理目标的不同,以致各管理系统的差异较大.本文将通过对国内外路面管理系统发展现状的研究,提出目前路面管理系统有待改进的问题,并给出相应的解决问题的技术方案,以期促进路面管理系统的进一步发展.

1　国内外研究发展回顾

111国外发展状况

路面管理技术的研究始于70年代初期的北美,美国在经历了大规模的公路建设后,面临大量的路面养护工作.为了准确地了解公路网的破损状况,把有限的养护资金分配到最需要养护的路段上,研究人员开发了路面破损数据检测设备,建立了数据库,制定了评价方法、标准和优先养护排序模型.这种以计算机为工具的路面管理技术被称为路面管理系统[2].从70年代后期起,美国和加拿大等发达国家的许多州和省相继建立和实施了网级路面管理系统,到80年代中期,约有35个州和省已经建成路面管理系统.其中对后来路面管理系统发展影响较大的有:于1978年美国加利福尼亚州付诸实施的路面管理系统,该系统主要用于对该州的刚性路面和柔性路面进行路况监测,提供路段损坏信息及确定养护和改建对策等,同时系统能够按路面使用性能参数进行项目的优先排序,选用平整度、路面破损程度和平均日交通量三项因素作为影响排序的主要因素.此种排序方法对于网级系统来说考虑过于简单化,未能考虑项目之间的折衷.因此总的说来,该系统结构功能等还不够完善.由美国陆军建筑工程研究所开发的PAVER系统,该系统能够提供路面状况信息,进行路况评价、预测,确定目前和今后养护和改建的需要,选择可使资金得到最佳使用的养护改建项目和对策方案等,是服务于路面管理的较好的系统.在该系统中首次提出用扣分法来建立路面破损评价模型,该方法能够精确地计算和折算由多种损坏所导致的路面总体损害程度,至今仍得到广泛

Ξ收稿日期2004207207;修订日期:2004208231

作者简介:李　明(1979-),男,吉林农安人,硕士,主要从事路基路面研究工作.

应用.亚利桑那州路面管理系统在80年代初期建成并投入运营,这是一个供财政规划用的网级优化系统,该系统首次成功地将马尔可夫决策过程引入网级路面管理系统.它依据路面使用性能变量(如平整度、开裂量等),把路网内的路面划分为不同的路况状态,不同时期路网内处于各种状态的路面的比例定义为路网的使用性能,管理部门为路网使用性能设定某种目标或标准.该系统的主要管理目标是确定以最低的费用保持要求使用性能标准的全路网养护和改建政策[3].密里根州的路面管理系统管理,该系统提出了路面使用性能的衰减曲线(对数方程),并利用该方程和马尔可夫模型相结合,预测路面的使用性能从而实现了养护费用的动态规划[4].加拿大阿尔伯达省的路面管理系统包括省公路系统的和各个城市的,是相对比较综合、完善的系统,其开发采用分阶段建立和实施的方法,如路面信息和需求系统(PI NS,1982)、改建信息和优先规划系统(RIPPS,1983)及城市路面管理系统(MPMS,1988).城市路面管理系统(MPMS)功能更完善,包括数据库管理、养护计划、路网改建计划、项目级设计和分析共四个子系统,该系统较大的特点是其提出效果的概念,并将其作为优化排序的主要指标,将路面使用性能的改善当作使用者获得收益进行考虑.另外,其他国家也陆续建立了路面管理系统,如丹麦路面管理系统(1980),英国运输和道路研究所(TRR L)的公路养护评价系统(CH ART,1980等).这一时期,路面管理系统的开发与应用,极大地促进了路面管理系统发展.

112国内发展状况

我国路面管理系统的研究起始于80年代,期间陆续引进了英国的BS M路面评价系统,芬兰FPMS 路面管理系统及世界银行H DM2Ⅲ公路投资效益分析模型等,在“七五”期间,许多科研院所和公路管理部门联合(或单独)开发了一系列的路面管理系统.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的基本框架,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[5].同济大学和北京、广东公路管理局合作进行了路面管理系统的研究开发工作,较系统地建立了沥青路面使用性能评价体系[6],及确定了选择路面养护对策的方法.同济大学的刘可博士在其研究的水泥砼路面管理系统中提出了水泥砼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,并采用马尔可夫法预测了路面使用性能,分析了动态优化方法在路面养护资金的财政规划中的应用,该系统软件已在浙江地区投入使用[7].对我国路面管理系统的发展与推广应用做出较大贡献的应属CPMS(China Pavement Man2 agement System),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”的研究基础上建立的我国干线公路路面评价养护系统,作为交通部重点推广项目,已在我国多个省市得到应用,如广东省、天津等.CPMS是一个复杂的路面决策支持系统,包含道路数据信息管理、路网评价、路况性能分析、养护资金需求分析及资金优化分配等较多的功能,其各种模型建立的特点是多数基于回归技术.另外,北京、河北、山东、河南、和江西等省市的公路部门相继建立了省市级或地区级沥青路面管理系统.近几年来,由于地理信息系统(G eographic In formation System,简称GIS)的广泛引用,研究者逐渐发现GIS 应用到PMS中的潜力与广阔前景.广东省高速公路数据库管理系统开发时加入了GIS子模块,实现了简单数据的图形及文字之间的相互查询,由于没有动态分段功能,故不能实现路段数据的动态显示功能[9].由孙[10]主持的基于GIS的城市道路管理系统中,在实现基本的道路管理及分析功能的基础上,在数据管理部分通过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.总的说来,国内的路面管理系统在近20年时间里取得了长足的进步,同时在GIS应用方面也做了些有益的探索,但其进一步应用还有待深入研究.

2　存在的主要问题

从以上的阐述中可以看出,路面管理系统不论在理论上还是在方法上均已日趋完善,许多国家和地区已经成功的开发并得以应用实施,创造了巨大的经济和社会效益.但纵观已应用的众多的路面管理系统,不难发现仍然存在诸多问题,需进一步改进和提高,现总结为以下几点,以供共同探讨:

(1)从建立模型和其功能目的上分析,路面管理系统的更新换代经历了三个时期.第一代PMS基本上是一个路面数据库系统,其功能和结构都很简单.在数据库系统的基础上,增加了路面使用性能评价、使用性能预测和决策子系统,形成了较为完善的路面管理系统,这个阶段可称为第二代PMS.在第二代PMS中,系统的决策方法既有经验性的,如路面对策选择时的决策树法和项目确定时的简单排序法,也有一些数学规划方法[11].尽管这种系统在一定程度上可以满足管理者目前的需求,包括编制年度计划或中长期计划.但仍然存在些不足,总结为以下方面:①评价和决策原则(知识)与评价和决策的过程是混为一体的,这样不便于随着时间的推移而改进

07 重庆交通学院学报 第24卷