CN109711722A - 一种网级道路养护管理决策系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种网级道路养护管理决策系统，包括：数据管理子系统、路段排序平台、以及网级路面决策系统；所述数据管理子系统用于获取道路的空间数据和属性数据并进行存储；基于各高速公路的进行统计分析，并基于分析的结果生成分析报告和统计报表。本发明采用层次分析法计算得到各影响因素的权重。网级决策各影响因素包括路面性能，路面结构强度，路面结构材料，交通轴载，路龄和道路等级等；本发明通过在道路真实信息的基础上，构建以多种数据为支撑的道路管理决策系统，并通过数据组织方式使道路数据库进行分析，以利于对道路的维护决策；进而可在指定的预算资金和其他资源的约束下，寻求最优养护策略，使得效益目标最大化。

Description

一种网级道路养护管理决策系统

技术领域

本发明涉及道路养护数据处理技术领域，具体涉及一种网级道路养护管理决策系统。

背景技术

随着江苏省高速公路网的日趋完善，高速公路里程庞大，高速道路交通量近年来逐步递增，伴随高速道路的超负荷运行，直接导致道路病害日益增多，给道路养护带来了巨大压力。各高速公路路面都存在着不同程度的损坏，但每年的养护预算是有限的，难以满足所有高速公路的养护需求。因此如何把给定的道路养护预算分配到路网中最需要处治的路段上，最大限度地满足系统的要求，从而获得最大的经济效益，实现在有限的资金和路面性能限制下路面寿命的最大程度地延长，是高速公路管理部门急需解决的难题。

现在高速道路养护管理部门在实际工作中所采用的传统管理手段与当前大规模养护需求之间的矛盾日益尖锐，主要体现在道路养护管理数据的迅速增加，而传统的纸质资料档案式管理模式在查询检索相关数据时十分不便。长期以来，养护管理的相关部门没有制定一套科学的检测、评价以及决策方法，而是仅凭临时性的对路面状况进行的定性分析和评价以及工程师的一些养护工作经验来确定。由于经验值的不稳定性以及对道路破损没有客观的量化数据，养护方案不切实际，浪费了养护资金，造成道路使用性能下降和道路养护费用上升。尤其是没有足够的历史检测数据，对跨年度的养护需求预测不准，导致有限的养护资金不能发挥最大的养护效益。其后果是影响了道路的畅通，威胁了道路运输的安全，制约了我国经济的快速发展。网级路面养护决策系统是应用系统分析的方法，经济、社会、技术和政治等多方面因素都需要综合考虑，协调各项路面养护管理活动，使养护管理的过程更加系统化，为高速公路管理部门单位提供决策分析的工具和方法，做出科学合理的决策[8]。它改变了传统落后的高速公路管理方式，路面性能检测更加自动化，路面状况评价更加客观化，以适应高速公路现代化、大规模、高速度和高质量的路面养护管理需求。网级路面管理系统有利于准确地了解高速公路网的破损状况，把有限的路面养护资金分配到亟需养护的路段上，从而切实可行地保证整个高速公路路网运营顺畅和保持整体路况的良好。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种网级道路养护管理决策系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种网级道路养护管理决策系统，其创新点在于：包括用于进行道路数据采集和存储的数据管理子系统、用于进行数据融合的数据统计分析平台、以及对融合后的数据进行分析的道路决策系统；

所述数据管理子系统用于获取道路的空间数据和属性数据并进行存储；

所述数据统计分析平台用于将所述空间数据与所述属性数据进行融合，且将融合后的数据与地图数据进行匹配；

所述道路决策系统对各属性数据进行统计分析，并基于分析的结果生成分析报告；其中，所述分析报告包括道路性能评估报告、道路性能预测报告、以及道路养护分析报告；所述神经网络仿真模型基于道路的路况检测历史数据生成。

进一步的，所述数据管理子系统接收到处理指令时，对自身所存储的数据基于所述处理指令进行处理。

进一步的，所述处理指令包括：删除指令、插入指令、更新指令、批量修改指令、査询修改指令、数据校验指令、数据备份和传输指令。

进一步的，所述空间数据包括数字化数据和非数字化数据；其中，所述数字化数据包括GPS测量数据、遥感数字图像数据。

进一步的，所述空间数据通过地图数字化和测绘方式中任意一种或两种组合的方式进行采集。

进一步的，所述属性数据包括：外业数据和内业数据；其中，所述外业数据包括：交通与环境数据、路面性能数据、路面养护历史数据；所述内业数据包括道路基本资料、统计报表、路面检测数据和道路巡查数据。

进一步的，所述道路基本资料包括以下其中的一项或多项：基础属性、路面纵坡、原始路面材料数据、施工质量统计数据、当前路面材料数据、桥梁信息；所述道路基本资料的统计分析提供路网基础信息的查询及统计，包括路网基本信息和路网各高速路面结构材料信息。

进一步的，所述交通与环境数据包括以下其中的一项或多项：年度断面交通量、历史断面交通量、累计当量轴次、单轴双轮组数据、双连轴双轮组数据、三连轴双轮组数据、车型比例、超载率、交通路增长率、环境天气数据；所述路面性能数据包括：破损信息、破损统计数据、车辙数据、平整度、弯沉盆数据、代表弯沉数据、横向力系数。

进一步的，所述道路性能评估报告包括：路面破损性能评价、路面行驶质量评价、路面破损状况评价、路面结构强度评价、路面抗滑性能评价、路面车辙性能评价、路面使用性能综合评价。

进一步的，所述道路养护分析报告包括：日常养护、专项养护和综合养护历史浏览。

进一步的，所述道路性能预测报告是选取灰色预测模型和回归分析法对路面破损、路面深度、路面平整度的发展进行综合预测。

进一步的，所述道路养护分析报告是根据路面性能预测，采用决策树进行项目级决策，确定需要养护的路段，并为每个路段选择适宜的路面养护措施，制定未来几年的路面养护需求计划。

进一步的，所述道路决策系统采用层次分析法计算得到各影响因素的权重。

进一步的，所述道路决策系统基于动态规划思想建立决策规划模型，并采用整数规划的算法进行求解，以多年内总的效益费用比最大为目标，并且把各路段的综合排序结果应用到路网的养护计划的优化分析过程，得到未来几年系统内路面养护资金分配计划。

本发明有益效果为：

1.本发明提出了一种道路管理决策系统，采用层次分析法计算得到各影响因素的权重；网级决策各影响因素包括路面性能，路面结构强度，路面结构材料，交通轴载，路龄和道路等级等。

2.本发明对各高速公路路段的养护紧迫性程度进行综合排序；通过对主要的几种确定型预测模型的分析比较，选取灰色预测模型对路面车辙深度的发展进行预测。

3.本发明可以根据路面性能预测，采用决策树进行项目级决策，确定需要养护的路段，并为每个路段选择适宜的路面养护措施，制定未来几年的路面养护需求计划。

4.本发明对高速公路网级路面养护决策优化问题提出了基于动态规划思想的决策规划模型，并采用整数规划的算法进行求解，以多年内总的效益费用比最大为目标。

5.本发明把各需要养护路段的综合排序结果应用到路网的养护计划的优化分析过程，得到未来几年系统内各条高速公路的路面养护资金分配计划。

6.本发明通过在道路真实信息的基础上，构建以多种数据为支撑的道路管理决策系统，并通过数据组织方式使道路数据库进行分析，以利于对道路的维护决策；进而可在指定的预算资金和其他资源的约束下，寻求最优养护策略，使得效益目标最大化。

附图说明

图1为本发明实施例提出的一种网级道路养护管理决策系统的原理框图；

图2为本发明实施例提出的一种网级道路养护管理决策系统的工作流程示意图；

图3为本发明的系统图

附图说明：101数据管理子系统、102 GIS平台、103道路决策系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本发明实施例1公开了一种网级道路养护管理决策系统，如图1-3所示，包括用于进行道路数据采集和存储的数据管理子系统、用于进行数据融合的数据统计分析平台、以及对融合后的数据进行分析的道路决策系统，其中数据统计分析平台优先采用GIS平台；具体为：

101、数据管理子系统用于获取道路的空间数据和属性数据并进行存储；

在一个具体的实施例中，当接收到处理指令时，所述数据管理子系统对自身所存储的数据基于所述处理指令进行处理。

具体的，所述处理指令包括：删除指令、插入指令、更新指令、批量修改指令、査询修改指令、数据校验指令、数据备份和传输指令。

以此，也即数据管理子系统可以完成数据录入、删除、插入、更新、批量修改、査询修改、数据校验、数据备份和传输等功能。以此可以获取到新的数据并进行存储；也可以对已经进行存储的数据进行修改和补充，为了便于后续的数据处理，还可以进行提供批量化操作处理，例如同时上传一批数据，或者同时删除一批数据。

具体的，所述空间数据包括数字化数据和非数字化数据；其中，所述数字化数据包括GPS测量数据、遥感数字图像数据。

所述空间数据通过地图数字化和/或测绘的方式进行采集。

其中，具体的，数字化数据可以通过地图数据化的方式来进行采集，或者通过自动传感器检测到并上传得到，以及遥感拍摄得到；而为了对道路有进一步的了解，还可以通过人工测绘等方式来获取到非数字化数据，但是后续为了便于进行数据分析以及数据处理，可以将非数字化数据进行转换，以转换为数字化数据。

具体的，非数字化数据主要包括地图和航空图片。

而所述属性数据包括：外业数据和内业数据；其中，所述外业数据包括：交通与环境数据、路面性能数据；所述内业数据包括道路基本资料、统计报表、路面检测数据和道路巡查数据。

在一个具体的实施例中，所述道路基本资料包括以下其中的一项或多项：基础属性、路面纵坡、原始路面材料数据、施工质量统计数据、当前路面材料数据、桥梁信息。

在一个具体的实施例中，所述交通与环境数据包括以下其中的一项或多项：年度断面交通量、历史断面交通量、累计当量轴次、单轴双轮组数据、双连轴双轮组数据、三连轴双轮组数据、车型比例、超载率、交通路增长率、环境天气数据；

所述路面性能数据包括：破损信息、破损统计数据、车辙数据、平整度、弯沉盆数据、代表弯沉数据、横向力系数。

在一个具体的实施例中，所述道路性能评估报告包括：路面破损性能评价、路面行驶质量评价、路面破损状况评价、路面结构强度评价、路面抗滑性能评价、路面使用性能综合评价。

以此通过上述数据，可以将道路的状况进行充分而有效的展示，且利于后续的分析和处理过程；便于后续构建以多种数据为支撑的道路管理决策系统。

102、GIS平台用于将所述空间数据与所述属性数据进行融合，且将融合后的数据与地图数据进行匹配；

具体的，可以通过GIS平台外连定位装置，例如为GPS(Global PositioningSystem，全球定位系统)装置，还可以利用飞行器例如遥感飞机等获取到GPS测量数据和遥感数字图像数据，再采用掌上电脑和智能手机为移动终端，集坐标定位、跟踪以及数据采集，专项表格填写为一体，利用移动终端中的专业软件进行路线调査和追踪，在路线调查中，遇到路段信息改变时，可以通过点击该按钮输入或修改相应路段信息；GIS(GeographicInformation System，地理信息系统)平台将属性数据与空间数据相结合，还对所获取的数据(例如针对某个地段的路况数据)进行相应的坐标定位，使得路况信息与电子地图匹配，实现在信息查询中显示所查信息的地理位置以及根据具体的地理位置从图中获取路段的属性数据的双向查询功能；

为了便于GIS平台进行定位，以保证便携设备快速的定位路线和里程桩号信息，将空间数据即时上传网络，可以通过WEB技术以及移动互联网与GIS 技术相结合形成，形成网络地理信息系统。

具体的，GIS平台属于信息系统的一类，能运作和处理地理参照数据。地理参照数据描述地球表面(包括大气层和较浅的地表下空间)空间要素的位置和属性，在GIS平台中的两种地理数据成分：空间数据，与空间要素几何特性有关；属性数据，提供空间要素的信息。

GIS平台可以与全球定位系统(GPS)、遥感系统(RS)一起进行互联互通，实现数据的有效交互。地理信息系统(GIS)技术能够应用于例如科学调查、资源管理、财产管理、发展规划、绘图和路线规划。例如，一个地理信息系统(GIS)能使应急计划者在自然灾害的情况下较易地计算出应急反应时间，或利用GIS平台来发现那些需要保护不受污染的湿地；还可以利用GIS平台来发现需要保养的道路位置或区域。

103、道路决策系统将接收来自GIS平台处理后的数据通过神经网络仿真模型进行分析，并基于分析的结果生成分析报告；其中，所述分析报告包括道路性能评估报告、道路性能预测报告、以及道路养护分析报告；所述神经网络仿真模型基于道路的路况检测历史数据生成。

在一个具体的实施例中，所述道路性能评估报告包括：

路面破损性能评价、路面行驶质量评价、路面破损状况评价、路面结构强度评价、路面抗滑性能评价、路面使用性能综合评价。

在一个具体的实施例中，所述道路决策系统还将所获取的所述GIS平台处理后的数据设置为路况检测历史数据，并周期性利用道路的路况检测历史数据和实测数据对神经网络仿真模型进行更新。

具体的，由于数据管理子系统不断有新的数据产生，也即可以认为不断有新的历史数据，而为了进一步提高神经网络仿真模型的精度，可以不断通过新增的和原有的历史数据对神经网络仿真模型进行学习更新，以不断提高神经网络仿真模型的精度，保证后续的预测更加准确，后续不断获取到新的数据时，周期性重复该学习更新神经网络仿真模型的操作，不断提高精度，进而为后续在指定的预算资金和其他资源的约束情况下下，寻求最优养护策略，保证效益目标最大化。

以此，本发明实施例提出了一种网级道路养护管理决策系统，包括用于进行道路数据采集和存储的数据管理子系统、用于进行数据融合的GIS平台、以及对融合后的数据进行分析的道路决策系统；所述数据管理子系统用于获取道路的空间数据和属性数据并进行存储；GIS平台用于将所述空间数据与所述属性数据进行融合，且将融合后的数据与地图数据进行匹配；所述道路决策系统将接收来自GIS平台处理后的数据通过神经网络仿真模型进行分析，并基于分析的结果生成分析报告；其中，所述分析报告包括道路性能评估报告、道路性能预测报告、以及道路养护分析报告；所述神经网络仿真模型基于道路的路况检测历史数据生成。通过在道路真实信息的基础上，构建以多种数据为支撑的道路管理决策系统，并通过的数据组织方式使道路数据库进行分析，以利于对道路的维护决策；进而可在指定的预算资金和其他资源的约束下，寻求最优养护策略，使得效益目标最大化。

以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (14)

1.一种网级道路养护管理决策系统，其特征在于：包括用于进行道路数据采集和存储的数据管理子系统、用于进行数据融合的数据统计分析平台、以及对融合后的数据进行分析的道路决策系统；

所述数据管理子系统用于获取道路的空间数据和属性数据并进行存储；

所述数据统计分析平台用于将所述空间数据与所述属性数据进行融合，且将融合后的数据与地图数据进行匹配；

所述道路决策系统对各属性数据进行统计分析，并基于分析的结果生成分析报告；其中，所述分析报告包括道路性能评估报告、道路性能预测报告、以及道路养护分析报告；所述神经网络仿真模型基于道路的路况检测历史数据生成。

2.根据权利要求1所述的一种网级道路养护管理决策系统，其特征在于：所述数据管理子系统接收到处理指令时，对自身所存储的数据基于所述处理指令进行处理。

3.根据权利要求2所述的一种网级道路养护管理决策系统，其特征在于：所述处理指令包括：删除指令、插入指令、更新指令、批量修改指令、査询修改指令、数据校验指令、数据备份和传输指令。

4.根据权利要求1所述的一种网级道路养护管理决策系统，其特征在于：所述空间数据包括数字化数据和非数字化数据；其中，所述数字化数据包括GPS测量数据、遥感数字图像数据。

5.根据权利要求1或4所述的一种网级道路养护管理决策系统，其特征在于：所述空间数据通过地图数字化和测绘方式中任意一种或两种组合的方式进行采集。

6.根据权利要求1所述的一种网级道路养护管理决策系统，其特征在于：所述属性数据包括：外业数据和内业数据；其中，所述外业数据包括：交通与环境数据、路面性能数据、路面养护历史数据；所述内业数据包括道路基本资料、统计报表、路面检测数据和道路巡查数据。

7.根据权利要求6所述的一种网级道路养护管理决策系统，其特征在于：所述道路基本资料包括以下其中的一项或多项：基础属性、路面纵坡、原始路面材料数据、施工质量统计数据、当前路面材料数据、桥梁信息；所述道路基本资料的统计分析提供路网基础信息的查询及统计，包括路网基本信息和路网各高速路面结构材料信息。

8.根据权利要求6所述的一种网级道路养护管理决策系统，其特征在于：所述交通与环境数据包括以下其中的一项或多项：年度断面交通量、历史断面交通量、累计当量轴次、单轴双轮组数据、双连轴双轮组数据、三连轴双轮组数据、车型比例、超载率、交通路增长率、环境天气数据；所述路面性能数据包括：破损信息、破损统计数据、车辙数据、平整度、弯沉盆数据、代表弯沉数据、横向力系数。

9.根据权利要求1所述的一种网级道路养护管理决策系统，其特征在于：所述道路性能评估报告包括：路面破损性能评价、路面行驶质量评价、路面破损状况评价、路面结构强度评价、路面抗滑性能评价、路面车辙性能评价、路面使用性能综合评价。

10.根据权利要求1所述的一种网级道路养护管理决策系统，其特征在于：所述道路养护分析报告包括：日常养护、专项养护和综合养护历史浏览。

11.根据权利要求1所述的一种网级道路养护管理决策系统，其特征在于：所述道路性能预测报告是选取灰色预测模型和回归分析法对路面破损、路面深度、路面平整度的发展进行综合预测。

12.根据权利要求1所述的一种网级道路养护管理决策系统，其特征在于：所述道路养护分析报告是根据路面性能预测，采用决策树进行项目级决策，确定需要养护的路段，并为每个路段选择适宜的路面养护措施，制定未来几年的路面养护需求计划。

13.根据权利要求1所述的一种网级道路养护管理决策系统，其特征在于：所述道路决策系统采用层次分析法计算得到各影响因素的权重。

14.根据权利要求1所述的一种网级道路养护管理决策系统，其特征在于：所述道路决策系统基于动态规划思想建立决策规划模型，并采用整数规划的算法进行求解，以多年内总的效益费用比最大为目标，并且把各路段的综合排序结果应用到路网的养护计划的优化分析过程，得到未来几年系统内路面养护资金分配计划。