中外路面资产管理系统关键技术比较研究_黄九达.pdf

2023 年第 1 期(总第 347 期)黑龙江交通科技HEILONGJIANG JIAOTONG KEJINo1，2023(Sum No347)管理及其他中外路面资产管理系统关键技术比较研究黄九达1，2(1 苏交科集团股份有限公司，江苏 南京211100;2 新型道路材料国家工程实验室，江苏 南京211100)摘要:在对国内外典型路面资产管理系统进行调研基础上，重点从数据库管理、路况评估、路况性能预测、养护决策和规划、可视化管理及资产评估与风险管控等系统核心功能进行对比分析，建议了面向我国路面资产管理系统的模型自定义设置、内置启发式最优算法、应用 GIS 地图的可视化功能等主要关键技术，为我国路面资产管理系统开发和应用提供依据。关键词:道路工程;路面资产管理系统;可视化管理;数据管理;养护决策中图分类号:U415 1文献标识码:A文章编号:1008 3383(2023)01 0112 03Comparative esearch on Key Technologies ofHighway Pavement Asset Management SystemHUANG Jiu-da1，2(1 JSTI Group Co，Ltd，Nanjing，Jiangsu 211100，China;2 National Engineering Laboratory for Advanced oad Materials，Nanjing，Jiangsu 211100，China)Abstract:In order to make pavement asset management system truly become an auxiliary decision making tool for highway manage-ment departments Firstly，the functions and characteristics of typical pavement asset management systems at home and abroad are in-vestigated，and the core functions of the system such as database management，road condition evaluation，road condition performanceprediction，maintenance decision and planning，visual management，asset evaluation and risk control are compared It is proposed thatChinese pavement asset management system can be customized through the model The main key technologies such as the built inheuristic optimal algorithm and the visualization function of GIS map provide the basis for the development and application of pavementasset management system，so as to realize the scientific，efficient and visual management of highway assetsKeywords:road engineering;highway asset management system;visual management;data management;maintenance decision收稿日期:2022 04 15作者简介:黄九达(1994)，男，安徽滁州人，硕士，助理工程师，研究方向:道路资产管理方向基金项目:江苏省科技创新支撑计划项目(B22022019);南京市科技计划项目(2021 1200 x)1中外典型路面资产管理系统调研目前，国内外路面资产管理系统众多，良莠不齐。由于不同系统在开发时其目的、结构组成不同，导致各系统具有不同的功能和特点4。下面主要从 系 统 的 组 成 模 块、功 能 及 特 点 对 加 拿 大DTIMS、德国 Heller PMS 系统、中公高科 CPMS、南京道润 oadKeeper PMS(K PMS)以及苏交科 JSTI PMS 等典型系统进行调研。1 1国外路面资产管理系统在对国外众多路面资产管理系统的调研中，发现 DTIMS 系统和 Heller PMS 系统在路面多维度分析、科学决策、可视化展示等方面具有较为突出的优点是国际先进产品，能够较好地提高用户体验和决策的可靠性5。(1)DTIMS 系统Deighton 公 司 开 发 的 DTIMS 系 统 主 要 由DTIMS 平台、商业分析、运营管理、DTIMS 移动以及商务智能五大模块组成6。该系统在执行分析过程中对所有基础设施资产进行清单编制、状况评估、风险评估及生命周期分析和优化。同时，利用DTIMS 商务智能模块简化数据分析过程，共享部门之间信息，实现对公路、桥梁、涵洞、护栏标志等各种基础设施资产的可视化管理，从而为管理者提供可持续解决方案和服务。(2)Heller PMS 系统Heller PMS 系统是由德国 HELLE 公司开发，经过 25 年的发展，形成具有完善的公路检测评估和养护管理体系的路面资产管理系统，其主要包含 OnKo3 集成可视化系统和 PMS 决策系统7。其211DOI:10.16402/ki.issn1008-3383.2023.01.029第 1 期黄九达:中外路面资产管理系统关键技术比较研究总第 347 期中 Onko3 系统在养护管理过程中，利用 GIS 平台整合空间数据、属性数据、路网基础数据等各类相关数据，实现路网数据多维度可视化管理。1 2国内路面资产管理系统在国内众多系统中选取功能全面、应用较广的CPMS8，操作简单、适用性强的 K PMS 以及添加国检评分功能的 JSTI PMS 等国内具有代表性的路面资产管理系统进行介绍。(1)CPMS 系统CPMS 系统主要包含路面性能数据库管理、路面养护辅助决策、可视化查询与检索、养护报表及报告制作和系统管理等五大功能。其中路面养护辅助决策是其核心功能，通过对路面技术状况评价、养护需求分析、养护投资效益分析、预算优化分配和养护工程计划编制等一系列过程，实现养护投资与养护方案的科学决策。(2)K PMS 系统K PMS 系统主要侧重于数据的存储、数据统计分析、路面使用性能评价、路面综合分析、养护辅助决策以及根据规范要求生成养护报表等功能。系统基于各种路面基础信息及路况检测数据，采用国家规范中的评价模型，对项目级中的路面或路网级中的路线进行性能评价和综合分析，然后基于专家系统进行辅助决策，制定出具有针对性的养护措施。(3)JSTI PMS 系统JSTI PMS 系统主要用于存储并处理路面资产、技术状况及相关交通数据的一种路面养护分析和养护决策工具。系统基于基础数据库，根据规范评价标准，将自动检索、实时评价路面破损、车辙深度、平整度等路面各项使用性能指标。同时，系统增加了国检技术状况评分模块，可以自动计算出项目级和网级评分结果。2路面资产管理系统关键技术对比分析2 1数据库管理数据存储和管理是路面资产管理系统最基本的功能，其主要为系统养护分析与决策提供数据支撑。目前，国内 CPMS、K PMS、JSTI PMS 系统基本上均具备对路面属性数据、养护历史数据、交通数据、路况数据、环境数据等静态数据和动态数据的录入和查询功能。而国外 DTIMS、Heller PMS更加注重对整个路面基础设施资产的管理，在管理过程中除了具有对上述基础数据存储之外，额外增加了资产库存、条件和工作历史数据以及桥梁、涵洞、护栏标志等所有相关周边设施资产的存储和管理，包括自定义添加所需数据类型。2 2路况评估国内 CPMS、K PMS、JSTI PMS 系统基本上均是根据国家规范规定的路面破损、平整度、车辙深度、路面结构强度、路面抗滑等路面基本性能指标进行计算和评价。而国外 Heller PMS 系统根据公路实际情况自定义添加具有针对性的评价指标和阈值功能，如侧向力系数、平均车辙深度、模拟积水深度、网裂面积比例、填补面积比例等实现对路况客观、合理和科学的评价。同时，为了直观展示养护路况水平，对整个公路网中路况相似、结构相似、交通负荷相似的路段进行同质段划分。2 3路况性能预测为了解路面性能衰变情况，系统需要考虑道路条件、交通量以及处理措施等因素的影响，选择合理的预测模型对当前路面各项指标进行预测9。如表 1 所示对国内外典型系统在预测模型的选择和预测方式上进行对比分析。表 1中外系统路况性能预测比较系统路况性能预测Heller PMS建立基于处治措施等级的路面性能预测模型，可以根据实际情况进行自定义输入合理预测模型，能够较为准确的对路况性能预测DTIMS将路面当作最大的单一资产类别，基于对路面服务水平、性能和风险的分析，建立路面资产衰减模型CPMS建立分阶段曲线、负指数曲线和修正 S 曲线三种预测模型，基于历史数据线性拟合出预测模型，受数据量和准确性影响较大JSTI PMS建立负指数、双参数以及修正 S 型曲线三种预测模型，按公里对路况指标分别进行回归预测，受数据量和准确性影响较大K PMS建立了路面性能神经网络预测模型，能够较为准确地预测下一年路况数据，但长期预测精度较低2 4养护决策在对路网的性能进行评价和预测后，系统需要综合考虑环境因素、预算条件、路况现状、性能衰减曲线、路面性能目标值等各种因素影响，确定合理的决策树模型，以生成当年度路面的最佳养护方案10。如表 2 所示从决策方式、模型选取等方面对国内外主流系统养护决策模块进行对比分析。表 2中外系统养护决策比较分析系统养护决策Heller PMS基于路面综合指标优先级的养护决策树模型，通过自定义设置决策模型参数权重，将给定的养护费用，按优先级顺序，依次优化分配到路网中最需要养护且具有效益的路段上DTIMS具有战略资产管理决策模块，通过资产盘存、维护历史记录、财务影响分析以及法规遵从性和认证来提高管理效率，就资产的生命周期做出一致、准确和知情的决策CPMS通过分别给出沥青路面、水泥路面和砂石路面三种决策树模型，其中最为常见的沥青路面养护决策是基于道路性质、车道 AADT、PCI、QI、PSSI、DI、SI 七大指标决策模型，筛选出养护段落并给出年度最佳养护措施方案JSTI PMS基于路面性能、交通量、道路重要性等因素的排序法，自动筛选出养护段落，并根据养护决策树进一步确定不同处治措施K PMS基于专家系统对当年养护维修方案进行筛选，得出当年维修路段及方案2 5养护规划系统养护规划主要是为辅助决策者制定科学合理的路面养护计划，目前国内外绝大数路面资产311总第 347 期黑龙江交通科技第 1 期管理系统基本上都具有路网多年养护规划功能，但系统在养护决策方法、影响因素以及系统决策全面性和深度等方面还存在较大差异。如表 3 所示对上述典型系统养护规划模块功能进行对比分析。表 3中外系统养护规划比较系统养护规划Heller PMS基于质量方案(5 年以上长期计划)和预算方案(35 年短期和中期计划)两种规划形式。其中在有限预算条件下，系统通过内置的启发式最优算法如下式所示，快速输出养护效益最佳养护方案，计算效率较高DTIMS通过预算分析、预测可持续性成本、资产建模、全资产组合管理等一系列决策过程，自动生成决策报告，能够为短期、中期和长期规划范围进行规划CPMS包括路面养护需求分析、养护投资效益分析、养护预算优化分配、路面养护工程计划编制等详细的决策过程，对全路网或局部路网进行中、长期的养护投资分析，制订出逐年路面