CN107153928B - 可视化的公路养护决策系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可视化的公路养护决策系统，包括信息采集模块、指标评价模块和养护决策模块，信息采集模块对公路养护信息进行采集，建立养护决策信息数据库；指标评价模块根据养护巡查内容对检测指标进行分析，计算分析公路各路段指标数值，以三维可视化界面展示路段状况，以可视化统计图展现指标波动趋势；养护决策模块整合指标评价模块中各评价指标以及数据采集模块的公路养护信息，分配养护维修资金，基于三维可视化界面为公路提供养护维修计划。该系统扩大养护决策考虑因素，增强决策的准确性和有效性，通过可视化的交互使得养护决策工作更加便捷、直观，使用户有效掌握公路路况和决策分析数据，从而大大提高了养护效率。

Description

可视化的公路养护决策系统

技术领域

本发明涉及一种可视化的公路养护决策系统。

背景技术

随着我国公路建设快速发展，公路里程不断增加，巨大的养护检测和管理工作量导致传统的养护管理手段效率低下，智能化管养系统不断建设和发展。现阶段公路管养系统依托二维GIS界面建立智能化养护管理，主要包含公路资产信息化管理、养护电子化流程、养护工作统计分析等功能，提高了道路管养效率，为管养决策提供一定的支撑数据。但由于公路养护过程是一个复杂的智能决策过程，公路设计的对象繁多，对象的属性各不相同，公路管理和养护部门的养护决策往往较复杂，为保持道路的有效性和良好的服务性能，为利用有限资金寻求最佳的养护方案，公路管理和养护部门急需一整套完整的养护决策系统。

另一方面，随着BIM、GIS以及数据库相关技术的应用发展，如何将BIM技术、GIS技术以及大数据技术运用于交通运输行业是目前研究的重点之一，在交通运输部2016年颁布的《交通运输重大技术方向和技术政策》中也明确将BIM放在了首要技术方向。BIM技术在整个项目生命周期的各环节，尤其是运营期的资产、养护管理，目前还没有发挥应有的价值，需要有效运用到公路养护中，有效为公路管养人员提供可视化程度高的、信息高度集中的管理，提供可模拟的养护决策分析。

现有的公路养护管理的研究方向主要体现在养护智能化、可视化管理以及养护决策算法，但对于养护决策系统的研究较少。经检索，中国专利申请号CN 201610402503.0提出了一种桥梁病害诊断与养护决策系统，系统根据待测桥梁病害特征信息与系统内存储的桥梁病害成因进行分析对比，自动分析筛选出最有可能造成桥梁病害的原因，并给出合适的养护处治方案；中国专利申请号CN 201010283588.8和CN 201610331578.4针对公路路面提出了病害诊断决策；中国专利申请号CN201510276150.X提出了一种公路养护检测与可视化交互方法和系统；中国专利申请号CN 201610049724.4提出了基于BIM的BIM工程项目要素的管理方法及系统。

现有公路养护决策比较简单，考虑问题较为单一，缺乏对公路路基、路面、绿化、安全设施等问题养护的考虑，缺乏对交通流量、养护经费等影响指标的分析，系统利用二维GIS界面展示路面检测数据，可视化程度有待提高。其中专利号CN 201610402503.0提出的桥梁病害诊断与养护决策系统以及CN 201010283588.8和CN 201610331578.4强调对目前公路桥梁病害诊断决策，对正常公路养护决策考虑较少。专利号CN 201510276150.X和CN201610049724.4提出了三维可视化展示，但未考虑运用到养护决策方面。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种可视化的公路养护决策系统，获取公路基础静态数据和动态信息，分析计算路况评价指标以及交通影响指标数值，通过电子地图绘制管养公路，在三维可视化界面展现路段立体路况，以统计图表展示评价指标数据，使管养决策工作变得更便捷、直观，进而确定公路维修养护计划选取最优方案，加快养护决策方案制定速度，大大提高了管养工作效率，为公路管养部门提供可视化、便捷化辅助。

本发明获取公路基础信息建立公路三维模型，为监管用户提供直观可视化的公路三维展示，根据采集的养护数据和交通数据，分析路况评价指标和交通影响指标，以可视化图表展现指标趋势，确定最优养护计划。该系统通过可视化的交互使得养护决策工作更加便捷、直观，使用户有效掌握公路路况和决策分析数据，从而大大提高了养护效率。

本发明的技术解决方案是：

一种可视化的公路养护决策系统，包括信息采集模块、指标评价模块和养护决策模块，

信息采集模块，采集公路养护信息，获取系统所需数据，建立养护决策信息数据库；

指标评价模块，汇总信息采集模块数据，依托公路状况指标评定标准和交通影响指标评定标准，分析计算公路路况指标及交通影响指标数值，以三维可视化界面展示路段状况，以可视化统计图展现指标波动趋势；

养护决策模块，整合指标评价模块中各评价指标及数据采集模块的公路养护信息，分配养护维修资金，基于三维可视化界面为公路提供养护维修计划。

进一步地，指标评价模块包括公路路况指标评定单元和交通影响指标评定单元，

公路路况指标评定单元，根据公路技术状况评定标准及养护巡查检测内容对公路技术状况评价，计算分析评价指标，以可视化形式直观展示，同时若指标异常则响应预警；

交通影响指标评定单元，建立交通影响指标评价标准，确定各指标评分数值，进一步计算出管养公路路段的交通影响指数，并以可视化形式直观展示，若指标异常则自动预警提示用户。

进一步地，在交通影响指标评定单元，交通影响指标包括交通流影响指标、区位影响指标、公路治超评价指标及气象影响指标，

交通流影响指标TFI，根据公路路线设计运载标准及上下行各路段大中型货车车流量确定交通流影响指标数值；

区位影响指标LII，根据区位用地信息及区域内进出货车数量确定区位影响评价数值；

公路治超评价指标HOI，根据公路治超违规数量分析确定影响指标数值；

气象影响指标MAI，根据暴风雨雪异常天气确定指标数值，

从而交通影响指标TQI＝ω_TFITFI+ω_LIILII+ω_HOIHOI+ω_MAIMAI，式中ω_TFI、ω_LII、ω_HOI、ω_MAI分别为各指标对交通影响指标的权重。

进一步地，养护决策模块包括养护资金分配单元和养护维修计划单元，

养护资金分配单元，根据历史养护信息确定日常养护经费计划以及维修资金计划，根据交通影响指标分配各线路可支配的日常养护资金费用；

养护维修计划单元，根据公路养护信息中的公路静态基础信息建立三维模型，以可视化方式直观清晰展现路段评分指标，确定路线异常维修路段、大中修备选路段和养护路段，分配养护资金，确定养护维修计划方案。

进一步地，养护资金分配单元包括日常养护资金计划分析和维修资金计划分析，

日常养护资金计划分析，筛选日常养护计划范围，分析周期范围内历史养护经费信息，根据历史养护经费平均值确定及展示日常养护经费计划范围，进一步根据交通影响指标TQI数值和公路类型分配各线路日常养护资金；

维修资金计划分析，根据年度总资金经费、日常养护所需经费确定大中维修可支配的资金总额，根据各类型公路设施的历史维修经费确定并展示各设施的维修资金计划范围。

进一步地，养护维修计划单元，具体为：

整合指标评价模块中公路路况技术指标MQI和交通影响指标TQI数值，根据路段的公路路况技术指标MQI异常预警以及路线的交通影响指标TQI预警信息，通过GIS地图标注，展现交通影响大且公路路况异常的路线、路段；用户通过筛选路线，在路段-评价指标统计图绘制出线路上下行各路段路况各评级指标，并在图中叠加各指标阈值，直观掌握公路路况情况，并可在统计图中叠加交通影响指标TQI数值，从而确定异常维修路段、大中修备选路段、日常养护路段以及异常维修路段病害类型和成因；

在三维展示页面中展现筛选路线的三维模型，同时在三维模型中分别标注出大中修路段和日常养护路段，筛选具体路段放大路段三维模型，旋转查看路段详情，并以列表形式展现路段路况评分指标和交通影响指标，以统计图表展现各路况指标数据的波动趋势，确定大中修备选路段的维修紧急程度；

录入养护维修方案，即线路各路段大中修情况以及维修周期、维修人员，系统根据历史维修资金费用计算出各计划方案的维修所需费用，比对资金确定最优的异常路段维修方案，并将剩余维修资金计划分配到其他路段，确定路线整体养护计划。

进一步地，信息采集模块中，通过上人工手动输入或对接智能交通系统获取数据信息，其中公路养护信息具体包括公路静态基础信息、人员基础信息、养护检测信息、交通信息、气象信息以及养护资金信息，

其中，公路静态基础信息包括公路资产信息、公路设计施工信息、公路全景影像数据；

人员基础信息包括养护单位人员信息和监管巡查人员信息；

养护检测信息对接公路养护系统，获取巡查人员历史巡查记录及养护日常维修、大中修记录；

交通信息包括交通流数据、公路治超信息以及公路沿线区位交通信息；

气象信息接入公路全线各路段的气象局数据，对造成公路桥梁受损的暴风雨雪异常气象进行标识；

养护资金信息包括历史养护信息和计划养护资金，通过决策管理者进行人工录入。

本发明的有益效果是：

一、该种可视化的公路养护决策系统，获取公路货车车流量数据、治超数据、沿线区位信息以及异常气象信息，建立交通影响指标评分标准，计算线路交通影响指标，扩大养护决策考虑因素，增强决策的准确性和有效性。

二、本发明整合公路基础信息和检测数据，建立路线三维视图，直观清晰展现公路路基、路面、边坡、安全设施、绿化、电力，使用户有效掌握路线状况，提高管养效率。

三、本发明以地图界面和三维界面展现异常预警路段，通过统计图表展现指标数值，确定养护方案，进而计算比对各方案所需费用，根据养护资金分配信息确定最优的养护方案和病害路段维修方案，降低养护所需费用，提高公路使用性能和寿命。

附图说明

图1是本发明实施例可视化的公路养护决策系统的说明框图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例

实施例的可视化的公路养护决策系统，获取公路基础静态数据和动态信息，分析计算路况评价指标以及交通影响指标数值，通过电子地图绘制管养公路，在三维可视化界面展现路段立体路况，以统计图表展示评价指标数据，使管养决策工作变得更便捷、直观，进而确定公路维修养护计划选取最优方案，加快养护决策方案制定速度，大大提高了管养工作效率，为公路管养部门提供可视化、便捷化辅助。

一种可视化的公路养护决策系统整合所有公路信息和养护信息，建立最优化决策模型，为用户提供可视化、信息化决策平台，系统包括信息采集模块、指标评价模块和养护决策模块，如图1。

信息采集模块，对公路养护信息进行采集，具体包括公路静态基础信息、人员基础信息、养护检测信息、交通信息、气象信息以及养护资金信息。该模块通过人工手动输入或对接智能交通系统获取本系统所需数据，建立养护决策信息数据库。

(1)公路静态基础信息包括公路资产信息、公路设计施工信息、公路全景影像数据。获取公路静态基础信息，即公路资产信息，包括公路等级、路基、路面、公路设施、经纬度坐标等信息；扫描公路设计施工阶段图纸，录入设计施工时的公路、桥梁、隧道、涵洞、电力信息数据；获取全景影像数据，采集公路几何定位信息。

(2)人员基础信息包括养护单位人员信息和监管巡查人员信息。养护单位人员信息指公路养护维修企业及下属人员基础信息，包含企业名称、法人姓名、地址、员工姓名、联系方式；监管巡查人员信息指养护巡查监管人员信息，包括姓名和联系方式。

(3)养护检测信息对接公路养护系统，获取巡查人员历史巡查记录及养护日常维修、大中修记录。历史巡查记录包含日期、巡查人员、巡查内容、公路检测内容，其中公路检测内容包括自动化检测设备采集的路面检测以及人工检测的路基、桥隧构造物和沿线设施，路面检测包含路面破损、平整度、车辙、路面抗滑及结构强度；养护维修记录包括养护维修单位历史大中修维修及日常维修记录，包括日期、维修类型、维修时间等信息。

(4)交通信息包括交通流数据、公路治超信息以及公路沿线区位交通信息。系统对接交通运行状况监控系统，根据交通流检测器对公路各路段交通流信息进行采集，获取管养公路各路段每日大中型车辆的交通流量；接入公路治超系统，获取公路超限超载数据，包括治超站、日均查处数量、超载量；获取公路沿线的区位用地信息，对沿线存在建筑工地、工厂、矿产区等货车进出较频繁的区域路段进行标识，并定期采集该用地区域货车进出量。沿线区域范围一般以公路点为中心，10km为半径所圈出的圆，路段一般以1km为划分距离。

(5)气象信息接入公路全线各路段的气象局数据，对造成公路桥梁受损的暴风雨雪异常气象进行标识。异常气象信息包括日期、时间、气象状况、异常气象对公路造成影响评分，该评分由相关专家打分确定。

(6)养护资金信息包括历史养护资金和计划养护资金，通过决策管理者进行人工录入。历史养护资金指已花费使用的养护资金费用，计划养护资金包括本年度、本月度、本周总共可支配的资金额度，并可跟历史资金进行直观对比。

指标评价模块，根据养护巡查内容对检测指标进行分析，依托公路状况指标评定标准和交通影响指标评定标准，计算分析公路各路段指标数值，以三维可视化界面展示路段状况，以可视化统计图展现指标波动趋势。

(1)公路路况指标评定，根据公路技术状况评定标准以及养护巡查检测内容对公路技术状况评价，计算分析评价指标，并以可视化形式直观展示。评价指标包含路面评价指标PQI、路基评价指标SCI、桥隧构造物评价指标BCI、沿线设施评价指标TCI，其中路面评价指标包括路面损坏指标、路面平整度指标、路面车辙指标、抗滑性能指标以及结构强度指标，进一步计算出各路段路况技术指标MQI，若路段MQI超过异常阈值，系统自动预警。路段一般根据养护巡查检测时确认检查路段的距离，一般路段单元取值为1km。进一步系统根据公路线路各路段MQI确定上下行路线MQI指标。

(2)交通影响指标评定，将交通流量、区位信息、治超信息、气象异常信息数据分析，确定各交通影响指标评分数值，计算管养公路路段的交通影响指数，以可视化形式直观展示。

交通流量评价指标TFI：用户根据公路路线设计运载标准确定各路段平均单日大中型货车交通量的影响阈值Max和Min，整合统计公路上下行各路段各车道大中型货车车流量，确定上下行各路段车流量影响数值，具体数值见下表。一般情况下，平均交通量的统计范围为月。

车流量影响评分数值	车流量数值
		≥80	车流量≥Max
60～80	Min≤车流量≤Max
		≤60	车流量≤Min

区位信息评价指标LII：根据区位信息和日均进出货车量确定进出区域单日货车车流量阈值Max，具体区位信息评分标准见下表。一般情况下，平均交通量的统计范围为月。

公路治超评价指标HOI：根据公路的各治超站确定路段，若在某一治超站查处则认为上一治超站与本治超站之间存在超载，对超限超载违规评分，并根据连续一个月查处数据日均值分析确定违规影响阈值，具体数值评分见下表。

气象影响指标MAI：本日发生的存在对公路影响的暴风雨雪天气，若存在则评分≥60，否则评分≤60。一般情况下，根据气象专家和公路路面专家规范会造成影响的异常天气。

系统根据交通流量、区位信息、公路治超信息自动匹配计算出评价指标，在评分区间内用户可自行调整详细评分，根据各指标数值计算出每日交通影响指标TQI，其中

TQI＝ω_TFITFI+ω_LIILII+ω_HOIHOI+ω_MAIMAI

式中ω_TFI、ω_LII、ω_HOI、ω_MAI分别为各指标对交通影响指标的权重。进一步计算出养护公路路线本月上下行日平均交通影响指标TQI，若平均指标大于影响阈值，系统自动预警，提醒用户该路线受外界影响较大，易出现损坏，属于重点养护路段。

养护决策模块，整合指标评价模块中各评价指标以及数据采集模块的静动态信息，分配养护维修资金，基于三维可视化界面为公路提供养护维修建议。

(1)养护资金分配，根据历史养护信息确定日常养护经费计划以及维修资金计划，根据交通影响指标分配各线路可支配的日常养护资金费用。

日常养护资金计划分析，系统筛选日常养护计划范围，包括年计划、月计划、周计划，整理周期历史养护经费信息，根据历史养护经费平均值确定及展示日常养护经费计划范围，进一步系统根据交通影响指标TQI和公路类型分配各类型、各线路日常养护资金。

维修资金计划分析，系统根据年度总资金经费、日常养护所需经费确定大中维修可支配的资金总额，根据各类型维修的历史维修经费确定并展示各类型设施维修资金计划范围，其中维修类型包括公路、桥梁、隧道、涵洞以及其他设施，公路类型又分为高速公路、各类国省道。

(2)养护维修计划，根据公路静态基础信息建立三维模型，以可视化方式直观清晰展现路段评分指标，确定路线异常维修路段、大中修备选路段和养护路段，分配养护资金，确定养护维修计划方案。

系统集成与融合公路静态基础信息或根据设计施工阶段的建筑信息模型数据，建立公路管养三维模型，为监管用户提供直观清晰三维展示界面，同时支持三维公路缩放与旋转。

系统整合指标评价模块中公路路况技术指标MQI和交通影响指标TQI数值，根据路段MQI异常预警以及路线TQI异常预警，通过GIS地图标注，直观清晰展现交通影响大且公路路况异常的路线、路段；用户通过筛选路线，在路段-评价指标统计图绘制出线路上下行各路段路况各评级指标，在图中叠加各指标阈值，直观掌握公路路况情况，并可在统计图中叠加交通影响指标TQI数值，从而可确定异常维修路段、大中修备选路段、日常养护路段以及异常维修路段病害类型和成因。

在三维展示页面中展现筛选路线的三维模型，同时在三维模型中分别标注出大中修路段和日常养护路段，筛选具体路段放大路段三维模型，旋转查看路段详情，并以列表形式展现路段路况评分指标和交通影响指标，以统计图表展现各路况指标数据的波动趋势，确定大中修备选路段的维修紧急程度。

录入养护维修方案，即线路各路段大中修情况以及维修周期、维修人员，系统根据历史维修资金费用计算出各计划方案的维修所需费用，比对资金确定最优的异常路段维修方案，并将剩余维修资金计划分配到其他路段，确定路线整体养护计划。

Claims (5)

1.一种可视化的公路养护决策系统，其特征在于：包括信息采集模块、指标评价模块和养护决策模块，

信息采集模块，采集公路养护信息，获取系统所需数据，建立养护决策信息数据库；

指标评价模块，汇总信息采集模块数据，依托公路状况指标评定标准和交通影响指标评定标准，分析计算公路路况指标及交通影响指标数值，以三维可视化界面展示路段状况，以可视化统计图展现指标波动趋势；

养护决策模块，整合指标评价模块中各评价指标及数据采集模块的公路养护信息，分配养护维修资金，基于三维可视化界面为公路提供养护维修计划；养护决策模块包括养护资金分配单元和养护维修计划单元，

养护资金分配单元，根据历史养护信息确定日常养护经费计划以及维修资金计划，根据交通影响指标分配各线路可支配的日常养护资金费用；

养护维修计划单元，根据公路养护信息中的公路静态基础信息建立三维模型，以可视化方式直观清晰展现路段评分指标，确定路线异常维修路段、大中修备选路段和养护路段，分配养护资金，确定养护维修计划方案；养护维修计划单元，具体为：

整合指标评价模块中公路路况技术指标MQI和交通影响指标TQI数值，根据路段的公路路况技术指标MQI异常预警以及路线的交通影响指标TQI预警信息，通过GIS地图标注，展现交通影响大且公路路况异常的路线、路段；用户通过筛选路线，在路段-评价指标统计图绘制出线路上下行各路段路况各评级指标，并在图中叠加各指标阈值，直观掌握公路路况情况，并可在统计图中叠加交通影响指标TQI数值，从而确定异常维修路段、大中修备选路段、日常养护路段以及异常维修路段病害类型和成因；

在三维展示页面中展现筛选路线的三维模型，同时在三维模型中分别标注出大中修路段和日常养护路段，筛选具体路段放大路段三维模型，旋转查看路段详情，并以列表形式展现路段路况评分指标和交通影响指标，以统计图表展现各路况指标数据的波动趋势，确定大中修备选路段的维修紧急程度；

录入养护维修方案，即线路各路段大中修情况以及维修周期、维修人员，系统根据历史维修资金费用计算出各计划方案的维修所需费用，比对资金确定最优的异常路段维修方案，并将剩余维修资金计划分配到其他路段，确定路线整体养护计划。

2.如权利要求1所述的可视化的公路养护决策系统，其特征在于：指标评价模块包括公路路况指标评定单元和交通影响指标评定单元，

公路路况指标评定单元，根据公路技术状况评定标准及养护巡查检测内容对公路技术状况评价，计算分析评价指标，以可视化形式直观展示，同时若指标异常则响应预警；

交通影响指标评定单元，建立交通影响指标评价标准，确定各指标评分数值，进一步计算出管养公路路段的交通影响指数，并以可视化形式直观展示，若指标异常则自动预警提示用户。

3.如权利要求2所述的可视化公路养护决策系统，其特征在于，在交通影响指标评定单元，交通影响指标包括交通流影响指标、区位影响指标、公路治超评价指标及气象影响指标，

交通流影响指标TFI，根据公路路线设计运载标准及上下行各路段大中型货车车流量确定交通流影响指标数值；

区位影响指标LII，根据区位用地信息及区域内进出货车数量确定区位影响评价数值；

公路治超评价指标HOI，根据公路治超违规数量分析确定影响指标数值；

气象影响指标MAI，根据暴风雨雪异常天气确定指标数值，

从而交通影响指标TQI＝ω_TFITFI+ω_LIILII+ω_HOIHOI+ω_MAIMAI，式中ω_TFI、ω_LII、ω_HOI、ω_MAI分别为各指标对交通影响指标的权重。

4.如权利要求1所述的可视化的公路养护决策系统，其特征在于：养护资金分配单元包括日常养护资金计划分析和维修资金计划分析，

日常养护资金计划分析，筛选日常养护计划范围，分析周期范围内历史养护经费信息，根据历史养护经费平均值确定及展示日常养护经费计划范围，进一步根据交通影响指标TQI数值和公路类型分配各线路日常养护资金；

维修资金计划分析，根据年度总资金经费、日常养护所需经费确定大中维修可支配的资金总额，根据各类型公路设施的历史维修经费确定并展示各设施的维修资金计划范围。

5.如权利要求1-4任一项所述的可视化的公路养护决策系统，其特征在于：信息采集模块中，通过人工手动输入或对接智能交通系统获取数据信息，其中公路养护信息具体包括公路静态基础信息、人员基础信息、养护检测信息、交通信息、气象信息以及养护资金信息，

其中，公路静态基础信息包括公路资产信息、公路设计施工信息、公路全景影像数据；

人员基础信息包括养护单位人员信息和监管巡查人员信息；

养护检测信息对接公路养护系统，获取巡查人员历史巡查记录及养护日常维修、大中修记录；

交通信息包括交通流数据、公路治超信息以及公路沿线区位交通信息；

气象信息接入公路全线各路段的气象局数据，对造成公路桥梁受损的暴风雨雪异常气象进行标识；

养护资金信息包括历史养护信息和计划养护资金，通过决策管理者进行人工录入。

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