美国公路信息化综合管理系统分析及应用展望

发表时间:2016/9/23   来源:《工程建设标准化》2016年8月总第213期   作者:朱哲 董文澎
[导读] 取长补短,制定IMIS统一规范与相应标准,为今后我国公路后期管养一体化提供先决条件和技术服务。

(1.杭州市交通工程质量安全监督局,浙江,杭州,310012)
  (2.上海应用技术大学 轨道交通学院,上海,200235)
  【摘  要】美国公路信息化综合管理系统(IMIS)基本上由交通管理中心、信息与服务中心、车载导航装置等三个主要部分组成。本文通过对美国公路信息化综合管理系统的建设历史及系统特点分析研究,结合我国公路建设、管理及监管具体现状,提出信息系统引荐方案与建设意见。
  【关键词】公路;综合管理;信息系统
  一、引言
  美国作为全世界公路运输最为发达的国家,其在公路质量管理、运维管理、试验检测监测中也实现了高度信息化,特别是公路资产管理系统、路面管理系统和桥梁管理系统的应用及国家桥梁档案数据库的建设和应用很好的保障了这个车轮上的国度每天繁重的公路运输任务。
  我国在路面管理系统以及桥梁档案管理的应用方面在大约十年前也开始了探究和尝试的一部分工作,王晓茜[1]以吉林省高速公路为背景,在提出相应的技术标准规范保障体系及信息化建设与运维保障体系基础上,设计开发了吉林省高速公路综合管理信息系统;周晓宇[2]结合山东省高速公路,在智能交通信息管理系统的结构框架、系统功能、信息数据分析处理流程和交通信息应用发布等方面进行了相关的研究,实现了高速公路信息管理系统。可以看到,虽然国内各省[3-4]陆续开展了公路综合管理系统的研究工作,但由于体制得原因,与发达国家IMIS 系统相比较,实际应用效果及收效并不十分理想,地域局限性较大,系统共享程度较低,标准不统一,尚未形成有效的信息化体系。
  二、美国公路总体现状及IMIS建设条件
  美国作为全世界最发达的国家之一,其公路建设,特别是高速公路建设早在上世纪80、90年度就已形成较完善的网络,路网规划合理,设施完善,结构物设计,交通工程设计科学,事故率非常低。
  人文建设与基础设施建设齐头并进,现今美国因为其汽车文化,人均汽车拥有量大,且普遍存在一人一车上路现象,所以主干线交通压力也很巨大,也时常发生交通堵塞现象。但因其整体人文建设的科学性,即使路段拥堵,一般不会出现加塞、随意变道、超速等违法或影响行车安全的行为,更不会出现占用共乘车道,甚至紧急车道这样的恶劣行为,行车持续仍旧井然有序,这与其公路科学规划、建设质量控制、运营监测、管理水平等各方面是有密切联系的。
  三、美国IMIS的组成
  (一)PMS、NBI等的认识与理解
  美国的公路综合信息系统主要由路面管理系统PMS,国家桥梁档案数据库NBI,资产管理系统等一些子系统组成。这些管理系统就是以有效的实测数据、成熟的理论模型和可靠的经验判断为依据,针对特定的管理目标(即路面,桥梁,设施等),协助管理人员对路面、桥梁进行技术经济分析的快捷工具,使用管理系统可以实现资源最优配置的目的。其主要功能是:1、积累数据;2、论证投资;3、评价现状;4、预测未来;5、确定对策;6、安排项目和资源;7、技术政策分析,保证连续性。
  美国联邦政府和地方政府相关部门通过NBI实时掌握所辖范围内公路桥梁完整准确的基本信息、结构功能、管理维护等现状,为桥梁的建设、运行、维护和安全等实施有效的管理提供基础条件。
  管理系统一般可分为网级和项目级两类。网级管理系统主要针对一定区域内的一定数量的管理对象进行比较宏观的管理,能大致把握所有管理对象的平均性能水平、变化趋势和总体费用,制定总体养护计划和规划等。项目级管理系统主要针对个别管理对象进行比较微观的管理,能详细掌握管理对象的现状,制定详细的养护对策和养护维修进度安排等。
  (二)公路、桥梁主要应征指标及其检测
  路面管理系统主要通过检测手段采集路面的使用性能指标,通过指标表征对路面使用性能进行评价。人们对路面使用性能的理解和认识在不断地变迁,迄今为止,比较一致的看法是通过以下几大类指标来表征:
  1、损坏状况:各种路面损坏类型
  2、行驶质量:主要为平整度指标。
  3、结构承载能力:主要为路面弯沉指标
  4、行驶安全性:主要为路面抗滑指标
  5、外观:人的直接观感和心理感受。
  利用这些指标对路面使用性能进行评价需要综合考虑路、车、人的综合因素。由于路面各个方面的使用性能都有非常复杂的内涵,所以,想要准确地表征路面的各使用性能,首先需要选取恰当的性能指标,性能指标分为综合性指标和单一性指标两大类。根据目前的实践水平,对于网级管理,选择采用综合指标来表征路面的使用性能,包括路面状况指数PCI(Pavement Condition Index)、行驶质量指数RQI(Riding Quality Index)和路面回弹弯沉,它们分别用于表征路面的损坏状况、路面行驶舒适性和路面结构的总体抗力。



  选择了恰当的指标后,需要对取得的数据建模,进行考虑路、车、人综合因素的主观评分,建立评价标准,然后分别对路面进行行驶质量评价、路面损坏状况评价、抗滑性能等安全性评价等单项评价,最后汇总进行使用性能综合评价,提出养护和改建对策,进行使用性能预估及经济分析比较,形成最终对策。
  在桥梁方面,每两年对长度超过6.1M的桥梁按照国家桥梁检查标准NBIS进行一次检查,这些桥梁的安全性通过定期的人工检查以及核定桥面、上部结构、基础结构等主要桥梁部件状态等级的方法来保证。检查人员均具备资质,可人工判定或借助仪器设备判断桥梁基本状况,可加密桥梁检查核定密度,对状况良好的结构可4年一次检查。将在检查检测中采集到的信息进行分析评估,从结构和功能两个方面确定桥梁结构能否适应当前的交通需求,包括承载能力、通航能力、主要钢结构锈蚀程度、桥面渗水,裂缝等指标,并将结果输入系统NBI。
  四、IMIS在我国的建设及应用展望
  对比我们国内自身情况来看,目前我们已经到达公路建设高峰,处于建设和应用信息化综合管理系统的节点位置,相当于美国上世纪90年代的水平。一定程度上我们也在进行PMS及桥梁信息库的建设和管理,但是目前在中国建立和实施管理系统,特别是全国性的信息库机遇和瓶颈共存。机遇在于目前全国交通建设已经经历了几个高峰期,随着国家宏观调控,银根紧缩,以及土地政策,交通建设高峰已逐渐回落,即将进入一个低谷期,但是养护工程确恰恰相反,正因为经历了多个建设高峰,全国的公路通车里程成倍数的增加,形成了一个巨大的养护工程市场,特别是90年代中后期修建的一大批高速公路、国省道干线工程已进入大、中修的高峰阶段。因此在一个大的区域性范围内如何科学的监控通车公路的运营状况,合理安排大中修计划,制定养护对策成了一个迫切需要改善的问题,也给建立和实施PMS、NBI带来了机遇。
  但是,在全国范围内建立和实施这些在当前又不太现实,面临着许多的瓶颈。首先,就是全国的经济发展水平不均衡,部分地区资金不足,尚不具备实施一系列管理系统信息库的基础条件。建立和实施PMS、NBI,并且要维持系统的正常工作本身需要一定的经济基础才能完成,全国有很大一部分地区,连本身的建设和养护资金都不充足,就很难说再可以额外的建设和维护这些系统了。第二,全国公路的建设水平不一致,公路里程、等级的构成、建设的年代等因素决定部分地区的交通建设水平尚不需要建立PMS、NBI系统。第三,经济发展水平决定地区间人员素质,技术力量发展不均衡,也有些地区或者县市应该说还是比较落后的,所以考虑全国实施PMS、NBI系统单从技术力量因素考虑也还不成熟。第四,建立一套完善的系统需要相应的数量众多的检测监测设备,并且最好是无损的、高效的先进设备,因此需要强大的资金支持。另外这些设备单纯为PMS、NBI系统服务不作其他用途且要维持这样一整套设备成本也非常巨大,也就是说需要一个成熟的、完整的检测市场来支持才有可能实现。第五,观念的问题,也是最难最复杂的问题。这包括长官意识、地方人文因素、技术人员的观念等等,有时,人的观念是一件事情是否可以成功的关键,这也是最需要来综合分析的一个因素。
  以长三角地区为例,实施综合管理系统相比全国其他地方条件相对成熟,但是同样也存在着上述全国性的一些问题,比如地区内的经济差异、交通建设水平差异等等。总体来说,长三角地区已经初步具备了实施PMS、NBI系统的条件,例如浙江省交通厅已经出台了有关公路、桥梁日常养护检测的有关文件,确定了养护检测的频率、检测的方法、实施单位等,对实施系统来说提供了一个良好的基础条件。全省各个地市基本上都已经配备了部分先进的检测设备,如自动弯沉仪、落锤式弯沉仪、路面探地雷达、激光平整度仪(断面仪)、桥检车等一些进口大型检测仪器,同时也配备和培训了相应的检测技术人员。
  但是,当前要立即实施系统也还存在一些问题。主要有三方面,第一,省、地市对PMS、NBI系统还没有具体的认识,是否实施、如何实施、组织资金、哪些部门去实施、怎样充分利用各部门现有的资源、均衡部门间的利益等等一系列的问题。这也就是前面说的利益部门因素的影响。一旦确定要实施系统,这一系列问题需要一定的时间逐条的梳理和解决。第二,实施系统的实际效益不一定非常明显,在一定地方还有可能是没有效益或者需要大量资金进行贴补。第三,人文观念的影响,包括惯性思维、主观判断,即使运行了系统都不会去用,用了也不能保证数据的有效客观。还有除客观科学分析以外,需要考虑到地区平衡、经济差异、特殊照顾、额外计划,甚至是人际关系等因素的影响,这些都是再先进的电脑都做不到的,有时系统分析出来的结果就有可能考虑其他因素仍然不予采用,因此实施综合系统的实际意义就会大打折扣。
  五、结论
  IMIS作为科学分析、科学决策的一个重要工具,会是一个必然的趋势,实现有效的公路资产管理,实现真正的大数据。与发达国家相比,我国的公路管理信息系统也有着自身的特点。由于体制的原因,在每个管理部门自己管理各自的营运体系,每条高速公路管理部门均设置有自己的各大系统,不大可能做到像美国高速公路管理信息系统那样,在全国范围内设置统一的紧急电话系统、信息采集系统和监控管理系统,我国的信息化基础设施的建设、信息技术的成熟程度以及人们的信息化观念与发达国家相比还有一定的差距,使得信息化应用的渗透度较低,扩散度较高,需要国家相应部门打开行业壁垒,取长补短,制定IMIS统一规范与相应标准,为今后我国公路后期管养一体化提供先决条件和技术服务。
  参考文献:
  [1]王晓茜. 吉林省高速公路综合管理信息系统构建与研发[D]. 吉林: 吉林大学, 2008
  [2]周晓宇. 山东省高速公路智能交通信息管理系统开发与应用[D]. 山东: 山东大学, 2012
  [3]杨晓东. 内蒙古东部区高速公路信息管理系统的设计[D]. 内蒙古: 内蒙古大学, 2012
  [4]何雄伟. 中外高速公路管理体制研究[J]. 交通科技, 2006, (5): 114-117

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