南京機場高速公路道路管理系統(tǒng)研究

　　道路綜合養(yǎng)護管理系統(tǒng)是由道路設施管理系統(tǒng)，路政管理系統(tǒng)和清障排障管理系統(tǒng)三個子系統(tǒng)組成的道路綜合管理系統(tǒng)。其中道路設施管理系統(tǒng)又分為路面養(yǎng)護管理系統(tǒng)和橋梁養(yǎng)護管理系統(tǒng)，包含了路面、路基、排水防護、綠化、交通安全設施、橋梁、通道、涵洞以及道路沿線其他設施，是整個道路管理系統(tǒng)的核心，也是南京機場高速公路管理處的管理人員進行決策的基本依據(jù)之一。路政管理系統(tǒng)和清障排障管理系統(tǒng)則是適應時代發(fā)展和機場管理處實際需要開發(fā)的。這兩個子系統(tǒng)除了具有對路政事件、交通事故、法律事務、路政財產(chǎn)的管理、統(tǒng)計、處理功能外，還能在一定程度上為管理人員分析交通事故原因、肇事車種、投資等方面作輔助決策作用。

　　由圖1可見，各個子系統(tǒng)之間是模塊化結構，即各個子系統(tǒng)是相對獨立的。模塊化結構的好處是便于修改和更新子系統(tǒng)而不影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但各個子系統(tǒng)之間又有聯(lián)系，能互相調用各自的資源。如路政模塊的部分信息就來自于路面管理系統(tǒng)和橋梁管理系統(tǒng)。這樣就減少了數(shù)據(jù)的重復性，提高了資源的利用率，節(jié)約了內(nèi)存。
　　下面就針對本系統(tǒng)三個模塊的功能、目的、主要組成部分以及實現(xiàn)后的作用和意義作一詳細的介紹。

1　路面養(yǎng)護管理系統(tǒng)

　　路面養(yǎng)護系統(tǒng)主要包括路基、路面、排水與防護、交通設施、綠化及附屬設施等項，各項均包括歷史檔案數(shù)據(jù)瀏覽、路面現(xiàn)有資料查看、路面采集資料輸入、維修記錄、日常檢查等等內(nèi)容。并結合南京機場高速公路道路管理系統(tǒng)的實際開發(fā)情況，引入了路面使用性能的評價分析；路面的使用性能預估；路面養(yǎng)護維修對策的各種分析方法以及各種使用性能評價指數(shù)(路面損壞狀況指數(shù)PCI、路面行駛質量指數(shù)RQI、路面結構承載能力數(shù)SI及路面抗滑指數(shù)SRI等)模型。

2　橋梁養(yǎng)護管理系統(tǒng)

2.1　系統(tǒng)的運行環(huán)境
　　(1) 586以上的機型，推薦使用PENTIUM133以上微機；
　　(2) 內(nèi)存最好在16M以上，推薦使用32M或更高的內(nèi)存；
　　(3) 操作環(huán)境要求32位的編譯語言：VISUAL FOXPRO3.0以上版本(推薦使用FOXPRO5.0中英文版)、中文WINDOW95或英文WINDOW95掛中文平臺。

2.2　系統(tǒng)的結構

系統(tǒng)的基礎是一個存儲有大量設計、施工、檢測、養(yǎng)護、維修數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。并通過道路養(yǎng)護管理人員對橋梁的日常檢查和定期、不定期的檢測采集而來數(shù)據(jù)不斷的加以積累。數(shù)據(jù)庫對這些數(shù)據(jù)具有存儲、修改、添加、刪除、排序、查找等一系列管理功能。在此基礎上，結合橋梁技術狀況評價模型、橋梁使用狀況預估模型、橋梁的維修對策等模型，在資源、養(yǎng)護政策、管理目標等條件的約束下得出養(yǎng)護維修項目。管理和決策人員對養(yǎng)護維修項目進行需求分析及優(yōu)化后可制訂相應的維修養(yǎng)護計劃。最后是具體實施計劃并將實施結果備案。
　　橋梁養(yǎng)護管理系統(tǒng)框圖見圖2。

2.3　系統(tǒng)的功能
　　橋梁養(yǎng)護管理系統(tǒng)的基本功能有橋梁技術狀況評價、橋梁使用狀況預估、橋梁維修改建投資的經(jīng)濟分析模型和方法、橋梁維修對策集、養(yǎng)護項目的優(yōu)化、橋梁養(yǎng)護維修對策需求分析這項。它們組成了一個較完整的管理系統(tǒng)，能幫助管理者保存珍貴的設計、施工、檢測資料；積累可靠的數(shù)據(jù)和信息；高效率地處理大量的道路管理事件和情況；了解道路運營狀況；制訂科學有效的養(yǎng)護對策；合理分配有限的養(yǎng)護資源以及對養(yǎng)護項目進行優(yōu)先排序，并為以后進一步開發(fā)、完善本系統(tǒng)打下良好的基礎。
　　(1) 橋梁技術狀況評價模型：是利用采集到的數(shù)據(jù)，對橋梁技術狀況程度進行判斷，從而為制定養(yǎng)護維修對策提供依據(jù)；
　　(2) 橋梁使用狀況預估模型：預先估計對橋梁采用加固、改建等各種對策后，它的使用性能隨時間或行車荷載作用次數(shù)的變化規(guī)律，了解何時該采取措施以及采取什么措施合適，申請并合理分配有限的資金和資源。
　　(3) 經(jīng)濟分析方法：除了橋梁技術狀況方面的原因外，經(jīng)濟原因是最終的決定橋梁維修計劃的因素。因此，在橋梁技術狀況能滿足最低要求的情況下，應按經(jīng)濟效益的大小，對需進行養(yǎng)護維修的項目進行分析，判斷其可行性。
　　(4) 橋梁維修對策集(見表1)。
　　(5) 優(yōu)化模型：利用動態(tài)規(guī)劃方法，提供根據(jù)養(yǎng)護和維修對策的最佳資金分配方案的分析過程和結果，以便決策者選擇最經(jīng)濟合理的方案。
　　(6) 橋梁養(yǎng)護維修對策需求分析
　　根據(jù)橋梁技術狀況的評價和預估結果，可以知道哪些橋梁或是其分部結構處于不利的地位或狀況，需要進行維護。因此，當前任務就是制訂有針對性的、切實可行的、符合管理部門要求的養(yǎng)護維修對策。這一環(huán)節(jié)是橋梁養(yǎng)護管理系統(tǒng)的重要內(nèi)容之一，一方面它輔助管理者進行決策，提供必要的參考依據(jù)；另一方面通過較好地預算維修費用，為以后根據(jù)效益和投資可能性篩選維修項目，編制合理、科學的養(yǎng)護維修計劃打下重要的基礎。
　　選擇合理的養(yǎng)護維修對策，主要考慮以下三點：
　　(1) 橋梁的現(xiàn)狀：即各項使用性能滿足使用要求的程度，要依據(jù)不同的方面和程度選擇不同對策；?
　　(2) 今后發(fā)展的趨勢：顯然，公路等級越高、交通量越大的橋梁，應該給予較高的重視；
　　(3) 經(jīng)濟效益：在比較分析期內(nèi)各可能對策的經(jīng)濟效益，據(jù)此選擇效益最佳的方案。
　　針對以上三方面的內(nèi)容，目前有二類方法可用于橋梁養(yǎng)護維修對策分析：
　　(1)系統(tǒng)化方法。通過總結和提煉橋梁工程師的經(jīng)驗，并以過程化的形式為具有不同技術狀況的橋梁選擇合理可行的對策，它包括決策樹法和專家系統(tǒng)法。
　　① 決策樹法。在分析影響選擇對策的主要因素的基礎上，結合工程師的實際經(jīng)驗，用樹狀圖表達主要影響因素與對策間關系。

橋梁維修對策集　　　　　　　表1

　　②專家系統(tǒng)法。其本質同決策樹法，但由于其在表述處理專家經(jīng)驗的方法時，推理機制的建立以及系統(tǒng)結構上的優(yōu)越性，使得專家系統(tǒng)可以考慮更多的因素，處理更復雜的邏輯關系，甚至于不確性和模糊問題。
　　(2)經(jīng)濟分析方法。對可能的備選方案(可由系統(tǒng)化方法獲得，可能有多種方案)進行壽命周期費用分析，從中選擇經(jīng)濟合理的對策。

2.4　具體決策過程
2.4.1　影響因素的確定
　　橋梁是個復雜的構造，其對策確定也是一個復雜的過程，影響其對策的因素很多。最主要的有以下幾點：
　　①橋梁的橋況指數(shù)BCI；
　　②橋梁的承載能力(分足夠、臨界、不足、嚴重不足四類)與BCI有關；
　　③橋梁的功能性BSI：指橋面寬度，橋下凈空，橋頭線型等；
　　④橋梁的類型及跨徑；
　　⑤環(huán)境因素：由氣候、地質、水文、交通量等組成；
　　⑥經(jīng)濟方面的的因素。
　　由于本系統(tǒng)是針對南京機場高速公路的，該路全長僅28km，沿途地區(qū)地質、水文等情況十分相似。沿線29座橋梁基本上均在干線上，其交通量、橋寬、橋下凈空、橋頭線型等差別也不大，橋梁種類不多，其中大橋7座、中橋20座、小橋2座。大橋中僅牛首山河大橋(5×5三聯(lián)+10m+20m+25m+10m+5×25二聯(lián))跨徑達到717.104m，其余的類型和跨徑均差距不大。此外，橋梁承載能力可用BCI來衡量，而且它的范圍是包含于BCI的范圍的。綜上所述，本系統(tǒng)只考慮橋況指數(shù)BCI一個因素，給分析問題和決策帶來方便。

2.4.2 維修方法的確定
　　根據(jù)《公路養(yǎng)護技術規(guī)范》(JTJO73-96)，并結合南京機場高速公路的實際情況，將對策劃分為以下幾點：
　　①日常養(yǎng)護和維修(小修)：正常養(yǎng)護、巡查，修補缺損的非主體受力構件。
　　②中修：修補缺損構件，規(guī)模較大。
　　③大修：加固主體結構，以保證通行安全；為提高通行能力和等級而擴寬或加固橋梁工程，舊橋改造。
　　④重建：徹底加固或重建此橋。

2.5　橋梁養(yǎng)護管理系統(tǒng)的特點
　　(1)系統(tǒng)的開發(fā)需循序漸近。一般一個系統(tǒng)從開發(fā)、完善至成功需要較長的時間，這是由于：①系統(tǒng)與管理體制、管理方法、管理人員及技術條件之間需要磨合；②只有歷史數(shù)據(jù)的積累，才能逐步建立和完善系統(tǒng)中的模型、參數(shù)、標準；③新的因素、新的技術、新的標準和規(guī)范不斷地加入。
　　(2)橋梁養(yǎng)護管理系統(tǒng)的基礎是一個橋梁數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。其功能較簡單，有查詢、修改、瀏覽等功能，在此基礎上逐漸增加了評價、需求分析、費用模型、優(yōu)先排序等功能。但這些功能仍處于試驗性的階段，若缺少客觀數(shù)據(jù)的有力支持，將較難輔助管理部門作出決策。
　　(3)橋梁養(yǎng)護管理系統(tǒng)的開發(fā)必須結合工程實際，力求實用。切忌不合實際，造成人力、物力、財力上的浪費。由于各地經(jīng)濟、物質、管理水平不同，就造成對各系統(tǒng)相應的模型、參數(shù)的要求也不盡相同，要好好把握。
　　(4)本系統(tǒng)是以《公路養(yǎng)護技術規(guī)范》(JTJO73-96)為標準，參考和依據(jù)了北京、上海、廣東等地以及國外一些系統(tǒng)中符合我國國情和南京機場高速公路部分的開發(fā)經(jīng)驗，結合南京機場高速公路管理處實際和具體需要的情況下開發(fā)而成。

3　路政管理系統(tǒng)

3.1　路面管理系統(tǒng)的結構
　　高速公路是占地廣、投資大、設施多的現(xiàn)代化大型設施，要保證路產(chǎn)、路政不受侵犯，保證高等級公路安全可靠、暢通無阻，保證占地建筑中設施等的完整良好，就必須搞好路政管理。
　　公路路政管理是依據(jù)國家和地方有關法規(guī)，公路各管理部門和其授權的公路管理機構依次實行的行政權力的管理，即依照法規(guī)履行保護路產(chǎn)、維護路權和安全營運的管理職能。我國頒布的《中華人民共和國公路管理條例》中規(guī)定："公路主管部門負責管理和保護公路、公路用地及公路設施，有權依法檢查、制止、處理各種侵占、破壞公路、公路用地及公路設施的行為。"明確地指出了公路各部門在路政管理方面的權力和內(nèi)容。江蘇省交通廳1998年10月20日發(fā)文，為適應《中華人民共和國行政處罰法》、《中華人民共和國公路法》要求，做好內(nèi)業(yè)工作，統(tǒng)一全省路政內(nèi)業(yè)檔案、報表路表。表明省交通廳對路政管理的高度重視，也為路政管理進一步規(guī)范化、科學化、法律化打下基礎。
　　南京機場高速公路路政管理的一般屬性與一般公路是一致的，但它在規(guī)范、標準上具有更高的要求。因此，本系統(tǒng)嚴格按照南京機場公路管理處的要求，在《公路管理條例》基礎上，為規(guī)范路政管理、加快事件處理過程、方便工作人員調檔、查閱、檢索，最后實現(xiàn)無紙化辦公而開發(fā)了此系統(tǒng)。
　　路政管理系統(tǒng)的結構框圖見圖3。

3.2　路政管理的主要內(nèi)容
　　路政管理的主要內(nèi)容有路政巡邏、事故處理、拖帶清障、路政索賠和處罰、許可證的頒布等內(nèi)容。
　　(1)路政巡邏(分定時巡邏及異常情況下的緊急出動等)。巡邏間隔可根據(jù)車輛人員配備情況和管轄半徑合理確定，分為首尾相接式和交叉滾動式兩種，保證高速公路上同一地點每隔1～2h就有一輛巡邏車通過。如遇特殊情況和天氣，應增加巡邏密度。
　　(2)事故處理(救援-現(xiàn)場勘查-詢問筆錄)。路政人員在事故發(fā)生后應盡快趕赴現(xiàn)場救援，迅速了解事故現(xiàn)場狀況、事故性質、涉及范圍、決定損害數(shù)量等，對于較大路產(chǎn)損害事故，路政人員應向有關當事人提取筆錄。整個救援工作要體現(xiàn)行車安全至上、生命至上、司乘人員財產(chǎn)至上的原則。
　　(3)路上作業(yè)及惡劣氣候條件時的路政工作。當需要高速公路路上作業(yè)及惡劣條件氣候下進行時，為了交通安全，均要采取交通管制，管制的目的是維護正常通行秩序，保證作業(yè)人員及車輛通行安全。管制分作業(yè)現(xiàn)場的交通管制和惡劣氣候下的交通管制兩種。
　　(4)拖帶清障(分拖帶車輛和清除障礙)。拖帶清障是高速公路路政管理日常主要工作之一，是一項必須使用專門機械來完成的有償服務項目。拖帶通常是指高速公路上故障車輛的牽引，清障系指清除因事故和其他原因滯留在高速公路上的損毀車輛和物資。
　　(5)路政索賠和處罰。路政處罰是指高速公路管理機構對違反國家有關高速公路規(guī)定的行為當時給予的行政處罰，路政處罰是以違反路政管理所規(guī)定的義務為前提，如破壞路面附屬設施等行為，路政處罰由各級公路主管部門的專職路政人員根據(jù)行政管理法規(guī)的有關規(guī)定來作出決定。
　　(6)許可證的頒布。高速公路路政管理工作的直接表現(xiàn)形式之一就是許可證的核發(fā)。

3.3　路政管理的特點
　　高速公路路政管理具有如下特點：
　　(1)管理方法的特定性。高速公路路政管理是一種全天候、全方位、全區(qū)域的路上跟蹤管理，其管理的對象是汽車流。
　　(2)管理手段的先進性。由于高速公路車流量大、車速快、設施多、事故突發(fā)率高，就要求路政管理部門必須配備較好的監(jiān)控、通信電子設施及其相應的巡邏、清障及至專門的求援物品，以便能快速反應，及時清障排障，保障行車的安全和暢通。南京機場高速公路引進全套西班牙監(jiān)控設備，耗資30萬元。
　　(3)管理內(nèi)容的復雜性。由于路政管理對象為人、車、事、路及社會組織等不同的事物，管理部門又有養(yǎng)護、清障等等不同的科室，分別處理不同的業(yè)務。再加上有些事故是交警(屬公安系統(tǒng))和路政管理人員(屬交通系統(tǒng))共同處理，故要處理好兩者關系，作到既能分工明確，又能協(xié)同合作，這一系列情況決定了高速公路路政工作的復雜性。

4　清障排障管理系統(tǒng)(IMS)

4.1　設計IMS的目的
　　設計IMS的目的在于：(1)提高該路段在事故發(fā)生時的綜合管理能力；(2)提高高峰時期機動車的通行能力；(3)通過在路邊豎立信號系統(tǒng)及交通標志以減少事故發(fā)生的頻率和降低事故的程度；(4)為管理人員提供一個有利的工具。
　?該系統(tǒng)通過安放在路上和路兩旁的多種感應器及一個綜合多種算法的事故檢測系統(tǒng)，不間斷地控制和操作一個可變的信號系統(tǒng)，并通過可變的信號對駕駛人員進行指導和預警。
　　由于發(fā)達國家的路網(wǎng)已基本成型，高速公路的設計、施工、養(yǎng)護等過程已十分成熟，是科學化和規(guī)范化了的。而且，許多路網(wǎng)通過管理系統(tǒng)的科學管理顯示出較高的經(jīng)濟效益和宏觀調整能力。但高速公路上的事故問題仍然困擾著人們，如何降低事故的發(fā)生率，如何給駕駛員一個良好的提示，是當前許多公路管理人員和部門所要解決的問題。在日本，許多汽車大公司如HONDA、NISSION、TOTOTA等和許多研究機構都效力于這方面的研究。現(xiàn)已有一些系統(tǒng)能自動檢測事故，并且通過提供復雜的信號系統(tǒng)給行駛于路面上的駕駛人員以提醒來降低事故。為了開發(fā)更有效的IMS管理系統(tǒng)，我們要綜合許多方面的知識。
　　在開發(fā)系統(tǒng)的同時，要注意這此模型的可移植性、可更新性、可升級性，以便隨時可以充分利用科學技術方面的新產(chǎn)品、新設備。但在這方面的研究尚處于試驗階段，基本上是利用狀態(tài)估計的方式進行。而且，開發(fā)這樣一個高度智能化的系統(tǒng)要耗費大量的人力和物力。故在此階段，參考一下國外先進經(jīng)驗是很有裨益的。

4.2　國外的事故管理系統(tǒng)IMS
　由結構框圖可見IMS是一項較復雜的工程，牽涉到交通工程、信號處理、監(jiān)控、計算機網(wǎng)等方面的知識；涉及到無線電、自動控制、計算機、交通等多個學科和領域。

4.3　開發(fā)IMS的經(jīng)驗和教訓
　　開發(fā)較完整的智能化清障排障系統(tǒng)是一項耗資巨大的工程，它需要結合多個領域的知識和技術，依托各種具有強大功能的軟硬件設備和各方面人才的協(xié)作。世界上許多發(fā)達國家都在這方面投巨資修建實驗路，以期望得到良好的社會效益。根據(jù)我國現(xiàn)在的國情，要善于吸取別人的經(jīng)驗和教訓，減少不必要的的損失。因此，筆者結合國外專家的意見，歸納幾點經(jīng)驗和教訓：
　　(1)熟悉各種領域的技術和設備性能，盡量減少由于設備更新而對IMS進行大的改動。這就需要了解：①最新的車輛檢測系統(tǒng)；②交通事故的算法；③通訊系統(tǒng)；④駕駛人員信息系統(tǒng)。
　　(2)明確所要開發(fā)項目的目標(是短期的還是長期的)，要預留接口，具有可擴展性，要盡量設計成相互獨立的模塊化體系，便于更新。
　　(3)要有一份清楚的操作手冊和實施該系統(tǒng)費用估計。
　　(4)要清楚IMS的評價過程和相應的規(guī)范。
　　本系統(tǒng)雖還只處于初期階段，即只處于一個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，對清障、排障的信息做相對的查詢、檢索、修改等等功能，以方便管理人員操作，但也能在一定程度上為管理人員分析交通事故原因、肇事車輛類型、投資等方面作輔助決策作用。

5　總結

　　(1)本文介紹了道路綜合管理系統(tǒng)的四大模塊：橋梁養(yǎng)護管理系統(tǒng)BMS、路面養(yǎng)護管理系統(tǒng)PMS、路政管理子系統(tǒng)、清障排障管理子系統(tǒng)IMS，較詳細地闡述了BMS的運行環(huán)境、結構、功能、實施和工作過程、特點，及根據(jù)《公路養(yǎng)護技術規(guī)范》(JTJO73-96)結合南京機場高速公路的實際情況制訂的橋梁維修對策集。其中，橋梁養(yǎng)護管理系統(tǒng)的基礎是一個存儲有大量設計、施工、檢測、養(yǎng)護、維修數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，并不斷積累有效的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫對這些數(shù)據(jù)具有存儲、修改、添加、刪除、排序、查找等一系列管理功能。在此基礎上，結合橋梁技術狀況評價、橋梁使用狀況預估、橋梁的維修對策等模型，在資源、養(yǎng)護政策、管理目標等條件的約束下養(yǎng)護維修項目。它能幫助管理者保存珍貴的設計、施工、檢測資料；積累可靠的數(shù)據(jù)和信息；高效率地處理大量的道路管理事件和情況；了解道路運營狀況；制訂科學有效的養(yǎng)護政策；合理分配有限的養(yǎng)護資源以及對養(yǎng)護項目進行優(yōu)先排序，并為以后進一步開發(fā)、完善系統(tǒng)打下良好的基礎。
　　(2)對路政管理工作的特點和主要內(nèi)容作了較詳細的介紹，并佐以部分界面，使人們對路政管理子系統(tǒng)有一個較全面、直觀、清晰的了解。該系統(tǒng)嚴格按照南京機場公路管理處的要求，在《公路管理條例》基礎上，為規(guī)范路政管理，加快事件處理過程，方便工作人員調檔、查閱、檢索，為實現(xiàn)無紙化辦公打下基礎。
　　(3)通過對國外典型IBS系統(tǒng)的分析和對本系統(tǒng)中清障排障模塊的介紹，意識到系統(tǒng)的發(fā)展前景，認識到與國外發(fā)達國家的差距，強調只有結合其他領域的先進技術，博采眾長，才能把我國交通工程提高到一個新的水平。