南京机场高速公路道路管理系统研究

南京机场高速公路道路管理系统研究

　　道路综合养护管理系统是由道路设施管理系统，路政管理系统和清障排障管理系统三个子系统组成的道路综合管理系统。其中道路设施管理系统又分为路面养护管理系统和桥梁养护管理系统，包含了路面、路基、排水防护、绿化、交通安全设施、桥梁、通道、涵洞以及道路沿线其他设施，是整个道路管理系统的核心，也是南京机场高速公路管理处的管理人员进行决策的基本依据之一。路政管理系统和清障排障管理系统则是适应时代发展和机场管理处实际需要开发的。这两个子系统除了具有对路政事件、交通事故、法律事务、路政财产的管理、统计、处理功能外，还能在一定程度上为管理人员分析交通事故原因、肇事车种、投资等方面作辅助决策作用。

　　由图1可见，各个子系统之间是模块化结构，即各个子系统是相对独立的。模块化结构的好处是便于修改和更新子系统而不影响整个系统的稳定性。但各个子系统之间又有联系，能互相调用各自的资源。如路政模块的部分信息就来自于路面管理系统和桥梁管理系统。这样就减少了数据的重复性，提高了资源的利用率，节约了内存。
　　下面就针对本系统三个模块的功能、目的、主要组成部分以及实现后的作用和意义作一详细的介绍。

1　路面养护管理系统

　　路面养护系统主要包括路基、路面、排水与防护、交通设施、绿化及附属设施等项，各项均包括历史档案数据浏览、路面现有资料查看、路面采集资料输入、维修记录、日常检查等等内容。并结合南京机场高速公路道路管理系统的实际开发情况，引入了路面使用性能的评价分析；路面的使用性能预估；路面养护维修对策的各种分析方法以及各种使用性能评价指数(路面损坏状况指数PCI、路面行驶质量指数RQI、路面结构承载能力数SI及路面抗滑指数SRI等)模型。

2　桥梁养护管理系统

2.1　系统的运行环境
　　(1) 586以上的机型，推荐使用PENTIUM133以上微机；
　　(2) 内存最好在16M以上，推荐使用32M或更高的内存；
　　(3) 操作环境要求32位的编译语言：VISUAL FOXPRO3.0以上版本(推荐使用FOXPRO5.0中英文版)、中文WINDOW95或英文WINDOW95挂中文平台。

2.2　系统的结构

系统的基础是一个存储有大量设计、施工、检测、养护、维修数据的数据库。并通过道路养护管理人员对桥梁的日常检查和定期、不定期的检测采集而来数据不断的加以积累。数据库对这些数据具有存储、修改、添加、删除、排序、查找等一系列管理功能。在此基础上，结合桥梁技术状况评价模型、桥梁使用状况预估模型、桥梁的维修对策等模型，在资源、养护政策、管理目标等条件的约束下得出养护维修项目。管理和决策人员对养护维修项目进行需求分析及优化后可制订相应的维修养护计划。最后是具体实施计划并将实施结果备案。
　　桥梁养护管理系统框图见图2。

2.3　系统的功能
　　桥梁养护管理系统的基本功能有桥梁技术状况评价、桥梁使用状况预估、桥梁维修改建投资的经济分析模型和方法、桥梁维修对策集、养护项目的优化、桥梁养护维修对策需求分析这项。它们组成了一个较完整的管理系统，能帮助管理者保存珍贵的设计、施工、检测资料；积累可靠的数据和信息；高效率地处理大量的道路管理事件和情况；了解道路运营状况；制订科学有效的养护对策；合理分配有限的养护资源以及对养护项目进行优先排序，并为以后进一步开发、完善本系统打下良好的基础。
　　(1) 桥梁技术状况评价模型：是利用采集到的数据，对桥梁技术状况程度进行判断，从而为制定养护维修对策提供依据；
　　(2) 桥梁使用状况预估模型：预先估计对桥梁采用加固、改建等各种对策后，它的使用性能随时间或行车荷载作用次数的变化规律，了解何时该采取措施以及采取什么措施合适，申请并合理分配有限的资金和资源。
　　(3) 经济分析方法：除了桥梁技术状况方面的原因外，经济原因是最终的决定桥梁维修计划的因素。因此，在桥梁技术状况能满足最低要求的情况下，应按经济效益的大小，对需进行养护维修的项目进行分析，判断其可行性。
　　(4) 桥梁维修对策集(见表1)。
　　(5) 优化模型：利用动态规划方法，提供根据养护和维修对策的最佳资金分配方案的分析过程和结果，以便决策者选择最经济合理的方案。
　　(6) 桥梁养护维修对策需求分析
　　根据桥梁技术状况的评价和预估结果，可以知道哪些桥梁或是其分部结构处于不利的地位或状况，需要进行维护。因此，当前任务就是制订有针对性的、切实可行的、符合管理部门要求的养护维修对策。这一环节是桥梁养护管理系统的重要内容之一，一方面它辅助管理者进行决策，提供必要的参考依据；另一方面通过较好地预算维修费用，为以后根据效益和投资可能性筛选维修项目，编制合理、科学的养护维修计划打下重要的基础。
　　选择合理的养护维修对策，主要考虑以下三点：
　　(1) 桥梁的现状：即各项使用性能满足使用要求的程度，要依据不同的方面和程度选择不同对策；?
　　(2) 今后发展的趋势：显然，公路等级越高、交通量越大的桥梁，应该给予较高的重视；
　　(3) 经济效益：在比较分析期内各可能对策的经济效益，据此选择效益最佳的方案。
　　针对以上三方面的内容，目前有二类方法可用于桥梁养护维修对策分析：
　　(1)系统化方法。通过总结和提炼桥梁工程师的经验，并以过程化的形式为具有不同技术状况的桥梁选择合理可行的对策，它包括决策树法和专家系统法。
　　① 决策树法。在分析影响选择对策的主要因素的基础上，结合工程师的实际经验，用树状图表达主要影响因素与对策间关系。

桥梁维修对策集　　　　　　　表1

　　②专家系统法。其本质同决策树法，但由于其在表述处理专家经验的方法时，推理机制的建立以及系统结构上的优越性，使得专家系统可以考虑更多的因素，处理更复杂的逻辑关系，甚至于不确性和模糊问题。
　　(2)经济分析方法。对可能的备选方案(可由系统化方法获得，可能有多种方案)进行寿命周期费用分析，从中选择经济合理的对策。

2.4　具体决策过程
2.4.1　影响因素的确定
　　桥梁是个复杂的构造，其对策确定也是一个复杂的过程，影响其对策的因素很多。最主要的有以下几点：
　　①桥梁的桥况指数BCI；
　　②桥梁的承载能力(分足够、临界、不足、严重不足四类)与BCI有关；
　　③桥梁的功能性BSI：指桥面宽度，桥下净空，桥头线型等；
　　④桥梁的类型及跨径；
　　⑤环境因素：由气候、地质、水文、交通量等组成；
　　⑥经济方面的的因素。
　　由于本系统是针对南京机场高速公路的，该路全长仅28km，沿途地区地质、水文等情况十分相似。沿线29座桥梁基本上均在干线上，其交通量、桥宽、桥下净空、桥头线型等差别也不大，桥梁种类不多，其中大桥7座、中桥20座、小桥2座。大桥中仅牛首山河大桥(5×5三联+10m+20m+25m+10m+5×25二联)跨径达到717.104m，其余的类型和跨径均差距不大。此外，桥梁承载能力可用BCI来衡量，而且它的范围是包含于BCI的范围的。综上所述，本系统只考虑桥况指数BCI一个因素，给分析问题和决策带来方便。

2.4.2 维修方法的确定
　　根据《公路养护技术规范》(JTJO73-96)，并结合南京机场高速公路的实际情况，将对策划分为以下几点：
　　①日常养护和维修(小修)：正常养护、巡查，修补缺损的非主体受力构件。
　　②中修：修补缺损构件，规模较大。
　　③大修：加固主体结构，以保证通行安全；为提高通行能力和等级而扩宽或加固桥梁工程，旧桥改造。
　　④重建：彻底加固或重建此桥。

2.5　桥梁养护管理系统的特点
　　(1)系统的开发需循序渐近。一般一个系统从开发、完善至成功需要较长的时间，这是由于：①系统与管理体制、管理方法、管理人员及技术条件之间需要磨合；②只有历史数据的积累，才能逐步建立和完善系统中的模型、参数、标准；③新的因素、新的技术、新的标准和规范不断地加入。
　　(2)桥梁养护管理系统的基础是一个桥梁数据管理系统。其功能较简单，有查询、修改、浏览等功能，在此基础上逐渐增加了评价、需求分析、费用模型、优先排序等功能。但这些功能仍处于试验性的阶段，若缺少客观数据的有力支持，将较难辅助管理部门作出决策。
　　(3)桥梁养护管理系统的开发必须结合工程实际，力求实用。切忌不合实际，造成人力、物力、财力上的浪费。由于各地经济、物质、管理水平不同，就造成对各系统相应的模型、参数的要求也不尽相同，要好好把握。
　　(4)本系统是以《公路养护技术规范》(JTJO73-96)为标准，参考和依据了北京、上海、广东等地以及国外一些系统中符合我国国情和南京机场高速公路部分的开发经验，结合南京机场高速公路管理处实际和具体需要的情况下开发而成。

3　路政管理系统

3.1　路面管理系统的结构
　　高速公路是占地广、投资大、设施多的现代化大型设施，要保证路产、路政不受侵犯，保证高等级公路安全可靠、畅通无阻，保证占地建筑中设施等的完整良好，就必须搞好路政管理。
　　公路路政管理是依据国家和地方有关法规，公路各管理部门和其授权的公路管理机构依次实行的行政权力的管理，即依照法规履行保护路产、维护路权和安全营运的管理职能。我国颁布的《中华人民共和国公路管理条例》中规定："公路主管部门负责管理和保护公路、公路用地及公路设施，有权依法检查、制止、处理各种侵占、破坏公路、公路用地及公路设施的行为。"明确地指出了公路各部门在路政管理方面的权力和内容。江苏省交通厅1998年10月20日发文，为适应《中华人民共和国行政处罚法》、《中华人民共和国公路法》要求，做好内业工作，统一全省路政内业档案、报表路表。表明省交通厅对路政管理的高度重视，也为路政管理进一步规范化、科学化、法律化打下基础。
　　南京机场高速公路路政管理的一般属性与一般公路是一致的，但它在规范、标准上具有更高的要求。因此，本系统严格按照南京机场公路管理处的要求，在《公路管理条例》基础上，为规范路政管理、加快事件处理过程、方便工作人员调档、查阅、检索，最后实现无纸化办公而开发了此系统。
　　路政管理系统的结构框图见图3。

3.2　路政管理的主要内容
　　路政管理的主要内容有路政巡逻、事故处理、拖带清障、路政索赔和处罚、许可证的颁布等内容。
　　(1)路政巡逻(分定时巡逻及异常情况下的紧急出动等)。巡逻间隔可根据车辆人员配备情况和管辖半径合理确定，分为首尾相接式和交叉滚动式两种，保证高速公路上同一地点每隔1～2h就有一辆巡逻车通过。如遇特殊情况和天气，应增加巡逻密度。
　　(2)事故处理(救援-现场勘查-询问笔录)。路政人员在事故发生后应尽快赶赴现场救援，迅速了解事故现场状况、事故性质、涉及范围、决定损害数量等，对于较大路产损害事故，路政人员应向有关当事人提取笔录。整个救援工作要体现行车安全至上、生命至上、司乘人员财产至上的原则。
　　(3)路上作业及恶劣气候条件时的路政工作。当需要高速公路路上作业及恶劣条件气候下进行时，为了交通安全，均要采取交通管制，管制的目的是维护正常通行秩序，保证作业人员及车辆通行安全。管制分作业现场的交通管制和恶劣气候下的交通管制两种。
　　(4)拖带清障(分拖带车辆和清除障碍)。拖带清障是高速公路路政管理日常主要工作之一，是一项必须使用专门机械来完成的有偿服务项目。拖带通常是指高速公路上故障车辆的牵引，清障系指清除因事故和其他原因滞留在高速公路上的损毁车辆和物资。
　　(5)路政索赔和处罚。路政处罚是指高速公路管理机构对违反国家有关高速公路规定的行为当时给予的行政处罚，路政处罚是以违反路政管理所规定的义务为前提，如破坏路面附属设施等行为，路政处罚由各级公路主管部门的专职路政人员根据行政管理法规的有关规定来作出决定。
　　(6)许可证的颁布。高速公路路政管理工作的直接表现形式之一就是许可证的核发。

3.3　路政管理的特点
　　高速公路路政管理具有如下特点：
　　(1)管理方法的特定性。高速公路路政管理是一种全天候、全方位、全区域的路上跟踪管理，其管理的对象是汽车流。
　　(2)管理手段的先进性。由于高速公路车流量大、车速快、设施多、事故突发率高，就要求路政管理部门必须配备较好的监控、通信电子设施及其相应的巡逻、清障及至专门的求援物品，以便能快速反应，及时清障排障，保障行车的安全和畅通。南京机场高速公路引进全套西班牙监控设备，耗资30万元。
　　(3)管理内容的复杂性。由于路政管理对象为人、车、事、路及社会组织等不同的事物，管理部门又有养护、清障等等不同的科室，分别处理不同的业务。再加上有些事故是交警(属公安系统)和路政管理人员(属交通系统)共同处理，故要处理好两者关系，作到既能分工明确，又能协同合作，这一系列情况决定了高速公路路政工作的复杂性。

4　清障排障管理系统(IMS)

4.1　设计IMS的目的
　　设计IMS的目的在于：(1)提高该路段在事故发生时的综合管理能力；(2)提高高峰时期机动车的通行能力；(3)通过在路边竖立信号系统及交通标志以减少事故发生的频率和降低事故的程度；(4)为管理人员提供一个有利的工具。
　?该系统通过安放在路上和路两旁的多种感应器及一个综合多种算法的事故检测系统，不间断地控制和操作一个可变的信号系统，并通过可变的信号对驾驶人员进行指导和预警。
　　由于发达国家的路网已基本成型，高速公路的设计、施工、养护等过程已十分成熟，是科学化和规范化了的。而且，许多路网通过管理系统的科学管理显示出较高的经济效益和宏观调整能力。但高速公路上的事故问题仍然困扰着人们，如何降低事故的发生率，如何给驾驶员一个良好的提示，是当前许多公路管理人员和部门所要解决的问题。在日本，许多汽车大公司如HONDA、NISSION、TOTOTA等和许多研究机构都效力于这方面的研究。现已有一些系统能自动检测事故，并且通过提供复杂的信号系统给行驶于路面上的驾驶人员以提醒来降低事故。为了开发更有效的IMS管理系统，我们要综合许多方面的知识。
　　在开发系统的同时，要注意这此模型的可移植性、可更新性、可升级性，以便随时可以充分利用科学技术方面的新产品、新设备。但在这方面的研究尚处于试验阶段，基本上是利用状态估计的方式进行。而且，开发这样一个高度智能化的系统要耗费大量的人力和物力。故在此阶段，参考一下国外先进经验是很有裨益的。

4.2　国外的事故管理系统IMS
　由结构框图可见IMS是一项较复杂的工程，牵涉到交通工程、信号处理、监控、计算机网等方面的知识；涉及到无线电、自动控制、计算机、交通等多个学科和领域。

4.3　开发IMS的经验和教训
　　开发较完整的智能化清障排障系统是一项耗资巨大的工程，它需要结合多个领域的知识和技术，依托各种具有强大功能的软硬件设备和各方面人才的协作。世界上许多发达国家都在这方面投巨资修建实验路，以期望得到良好的社会效益。根据我国现在的国情，要善于吸取别人的经验和教训，减少不必要的的损失。因此，笔者结合国外专家的意见，归纳几点经验和教训：
　　(1)熟悉各种领域的技术和设备性能，尽量减少由于设备更新而对IMS进行大的改动。这就需要了解：①最新的车辆检测系统；②交通事故的算法；③通讯系统；④驾驶人员信息系统。
　　(2)明确所要开发项目的目标(是短期的还是长期的)，要预留接口，具有可扩展性，要尽量设计成相互独立的模块化体系，便于更新。
　　(3)要有一份清楚的操作手册和实施该系统费用估计。
　　(4)要清楚IMS的评价过程和相应的规范。
　　本系统虽还只处于初期阶段，即只处于一个数据库管理系统，对清障、排障的信息做相对的查询、检索、修改等等功能，以方便管理人员操作，但也能在一定程度上为管理人员分析交通事故原因、肇事车辆类型、投资等方面作辅助决策作用。

5　总结

　　(1)本文介绍了道路综合管理系统的四大模块：桥梁养护管理系统BMS、路面养护管理系统PMS、路政管理子系统、清障排障管理子系统IMS，较详细地阐述了BMS的运行环境、结构、功能、实施和工作过程、特点，及根据《公路养护技术规范》(JTJO73-96)结合南京机场高速公路的实际情况制订的桥梁维修对策集。其中，桥梁养护管理系统的基础是一个存储有大量设计、施工、检测、养护、维修数据的数据库，并不断积累有效的数据，数据库对这些数据具有存储、修改、添加、删除、排序、查找等一系列管理功能。在此基础上，结合桥梁技术状况评价、桥梁使用状况预估、桥梁的维修对策等模型，在资源、养护政策、管理目标等条件的约束下养护维修项目。它能帮助管理者保存珍贵的设计、施工、检测资料；积累可靠的数据和信息；高效率地处理大量的道路管理事件和情况；了解道路运营状况；制订科学有效的养护政策；合理分配有限的养护资源以及对养护项目进行优先排序，并为以后进一步开发、完善系统打下良好的基础。
　　(2)对路政管理工作的特点和主要内容作了较详细的介绍，并佐以部分界面，使人们对路政管理子系统有一个较全面、直观、清晰的了解。该系统严格按照南京机场公路管理处的要求，在《公路管理条例》基础上，为规范路政管理，加快事件处理过程，方便工作人员调档、查阅、检索，为实现无纸化办公打下基础。
　　(3)通过对国外典型IBS系统的分析和对本系统中清障排障模块的介绍，意识到系统的发展前景，认识到与国外发达国家的差距，强调只有结合其他领域的先进技术，博采众长，才能把我国交通工程提高到一个新的水平。