可視化的公路養護決策系統的製作方法

2023-06-22 23:42:56

本發明涉及一種可視化的公路養護決策系統。
背景技術：
：隨著我國公路建設快速發展，公路裡程不斷增加，巨大的養護檢測和管理工作量導致傳統的養護管理手段效率低下，智能化管養系統不斷建設和發展。現階段公路管養系統依託二維gis界面建立智能化養護管理，主要包含公路資產信息化管理、養護電子化流程、養護工作統計分析等功能，提高了道路管養效率，為管養決策提供一定的支撐數據。但由於公路養護過程是一個複雜的智能決策過程，公路設計的對象繁多，對象的屬性各不相同，公路管理和養護部門的養護決策往往較複雜，為保持道路的有效性和良好的服務性能，為利用有限資金尋求最佳的養護方案，公路管理和養護部門急需一整套完整的養護決策系統。另一方面，隨著bim、gis以及資料庫相關技術的應用發展，如何將bim技術、gis技術以及大數據技術運用於交通運輸行業是目前研究的重點之一，在交通運輸部2016年頒布的《交通運輸重大技術方向和技術政策》中也明確將bim放在了首要技術方向。bim技術在整個項目生命周期的各環節，尤其是運營期的資產、養護管理，目前還沒有發揮應有的價值，需要有效運用到公路養護中，有效為公路管養人員提供可視化程度高的、信息高度集中的管理，提供可模擬的養護決策分析。現有的公路養護管理的研究方向主要體現在養護智能化、可視化管理以及養護決策算法，但對於養護決策系統的研究較少。經檢索，中國專利申請號cn201610402503.0提出了一種橋梁病害診斷與養護決策系統，系統根據待測橋梁病害特徵信息與系統內存儲的橋梁病害成因進行分析對比，自動分析篩選出最有可能造成橋梁病害的原因，並給出合適的養護處治方案；中國專利申請號cn201010283588.8和cn201610331578.4針對公路路面提出了病害診斷決策；中國專利申請號cn201510276150.x提出了一種公路養護檢測與可視化交互方法和系統；中國專利申請號cn201610049724.4提出了基於bim的bim工程項目要素的管理方法及系統。現有公路養護決策比較簡單，考慮問題較為單一，缺乏對公路路基、路面、綠化、安全設施等問題養護的考慮，缺乏對交通流量、養護經費等影響指標的分析，系統利用二維gis界面展示路面檢測數據，可視化程度有待提高。其中專利號cn201610402503.0提出的橋梁病害診斷與養護決策系統以及cn201010283588.8和cn201610331578.4強調對目前公路橋梁病害診斷決策，對正常公路養護決策考慮較少。專利號cn201510276150.x和cn201610049724.4提出了三維可視化展示，但未考慮運用到養護決策方面。技術實現要素：針對上述問題，本發明提出一種可視化的公路養護決策系統，獲取公路基礎靜態數據和動態信息，分析計算路況評價指標以及交通影響指標數值，通過電子地圖繪製管養公路，在三維可視化界面展現路段立體路況，以統計圖表展示評價指標數據，使管養決策工作變得更便捷、直觀，進而確定公路維修養護計劃選取最優方案，加快養護決策方案制定速度，大大提高了管養工作效率，為公路管養部門提供可視化、便捷化輔助。本發明獲取公路基礎信息建立公路三維模型，為監管用戶提供直觀可視化的公路三維展示，根據採集的養護數據和交通數據，分析路況評價指標和交通影響指標，以可視化圖表展現指標趨勢，確定最優養護計劃。該系統通過可視化的交互使得養護決策工作更加便捷、直觀，使用戶有效掌握公路路況和決策分析數據，從而大大提高了養護效率。本發明的技術解決方案是：一種可視化的公路養護決策系統，包括信息採集模塊、指標評價模塊和養護決策模塊，信息採集模塊，採集公路養護信息，獲取系統所需數據，建立養護決策信息資料庫；指標評價模塊，匯總信息採集模塊數據，依託公路狀況指標評定標準和交通影響指標評定標準，分析計算公路路況指標及交通影響指標數值，以三維可視化界面展示路段狀況，以可視化統計圖展現指標波動趨勢；養護決策模塊，整合指標評價模塊中各評價指標及數據採集模塊的公路養護信息，分配養護維修資金，基於三維可視化界面為公路提供養護維修計劃。進一步地，指標評價模塊包括公路路況指標評定單元和交通影響指標評定單元，公路路況指標評定單元，根據公路技術狀況評定標準及養護巡查檢測內容對公路技術狀況評價，計算分析評價指標，以可視化形式直觀展示，同時若指標異常則響應預警；交通影響指標評定單元，建立交通影響指標評價標準，確定各指標評分數值，進一步計算出管養公路路段的交通影響指數，並以可視化形式直觀展示，若指標異常則自動預警提示用戶。進一步地，在交通影響指標評定單元，交通影響指標包括交通流影響指標、區位影響指標、公路治超評價指標及氣象影響指標，交通流影響指標tfi，根據公路路線設計運載標準及上下行各路段大中型貨車車流量確定交通流影響指標數值；區位影響指標lii，根據區位用地信息及區域內進出貨車數量確定區位影響評價數值；公路治超評價指標hoi，根據公路治超違規數量分析確定影響指標數值；氣象影響指標mai，根據暴風雨雪異常天氣確定指標數值，從而交通影響指標tqi＝ωtfitfi+ωliilii+ωhoihoi+ωmaimai，式中ωtfi、ωlii、ωhoi、ωmai分別為各指標對交通影響指標的權重。進一步地，養護決策模塊包括養護資金分配單元和養護維修計劃單元，養護資金分配單元，根據歷史養護信息確定日常養護經費計劃以及維修資金計劃，根據交通影響指標分配各線路可支配的日常養護資金費用；養護維修計劃單元，根據公路養護信息中的公路靜態基礎信息建立三維模型，以可視化方式直觀清晰展現路段評分指標，確定路線異常維修路段、大中修備選路段和養護路段，分配養護資金，確定養護維修計劃方案。進一步地，養護資金分配單元包括日常養護資金計劃分析和維修資金計劃分析，日常養護資金計劃分析，篩選日常養護計劃範圍，分析周期範圍內歷史養護經費信息，根據歷史養護經費平均值確定及展示日常養護經費計劃範圍，進一步根據交通影響指標tqi數值和公路類型分配各線路日常養護資金；維修資金計劃分析，根據年度總資金經費、日常養護所需經費確定大中維修可支配的資金總額，根據各類型公路設施的歷史維修經費確定並展示各設施的維修資金計劃範圍。進一步地，養護維修計劃單元，具體為：整合指標評價模塊中公路路況技術指標mqi和交通影響指標tqi數值，根據路段的公路路況技術指標mqi異常預警以及路線的交通影響指標tqi預警信息，通過gis地圖標註，展現交通影響大且公路路況異常的路線、路段；用戶通過篩選路線，在路段-評價指標統計圖繪製出線路上下行各路段路況各評級指標，並在圖中疊加各指標閾值，直觀掌握公路路況情況，並可在統計圖中疊加交通影響指標tqi數值，從而確定異常維修路段、大中修備選路段、日常養護路段以及異常維修路段病害類型和成因；在三維展示頁面中展現篩選路線的三維模型，同時在三維模型中分別標註出大中修路段和日常養護路段，篩選具體路段放大路段三維模型，旋轉查看路段詳情，並以列表形式展現路段路況評分指標和交通影響指標，以統計圖表展現各路況指標數據的波動趨勢，確定大中修備選路段的維修緊急程度；錄入養護維修方案，即線路各路段大中修情況以及維修周期、維修人員，系統根據歷史維修資金費用計算出各計劃方案的維修所需費用，比對資金確定最優的異常路段維修方案，並將剩餘維修資金計劃分配到其他路段，確定路線整體養護計劃。進一步地，信息採集模塊中，通過上人工手動輸入或對接智能交通系統獲取數據信息，其中公路養護信息具體包括公路靜態基礎信息、人員基礎信息、養護檢測信息、交通信息、氣象信息以及養護資金信息，其中，公路靜態基礎信息包括公路資產信息、公路設計施工信息、公路全景影像數據；人員基礎信息包括養護單位人員信息和監管巡查人員信息；養護檢測信息對接公路養護系統，獲取巡查人員歷史巡查記錄及養護日常維修、大中修記錄；交通信息包括交通流數據、公路治超信息以及公路沿線區位交通信息；氣象信息接入公路全線各路段的氣象局數據，對造成公路橋梁受損的暴風雨雪異常氣象進行標識；養護資金信息包括歷史養護信息和計劃養護資金，通過決策管理者進行人工錄入。本發明的有益效果是：一、該種可視化的公路養護決策系統，獲取公路貨車車流量數據、治超數據、沿線區位信息以及異常氣象信息，建立交通影響指標評分標準，計算線路交通影響指標，擴大養護決策考慮因素，增強決策的準確性和有效性。二、本發明整合公路基礎信息和檢測數據，建立路線三維視圖，直觀清晰展現公路路基、路面、邊坡、安全設施、綠化、電力，使用戶有效掌握路線狀況，提高管養效率。三、本發明以地圖界面和三維界面展現異常預警路段，通過統計圖表展現指標數值，確定養護方案，進而計算比對各方案所需費用，根據養護資金分配信息確定最優的養護方案和病害路段維修方案，降低養護所需費用，提高公路使用性能和壽命。附圖說明圖1是本發明實施例可視化的公路養護決策系統的說明框圖。具體實施方式下面結合附圖詳細說明本發明的優選實施例。實施例實施例的可視化的公路養護決策系統，獲取公路基礎靜態數據和動態信息，分析計算路況評價指標以及交通影響指標數值，通過電子地圖繪製管養公路，在三維可視化界面展現路段立體路況，以統計圖表展示評價指標數據，使管養決策工作變得更便捷、直觀，進而確定公路維修養護計劃選取最優方案，加快養護決策方案制定速度，大大提高了管養工作效率，為公路管養部門提供可視化、便捷化輔助。一種可視化的公路養護決策系統整合所有公路信息和養護信息，建立最優化決策模型，為用戶提供可視化、信息化決策平臺，系統包括信息採集模塊、指標評價模塊和養護決策模塊，如圖1。信息採集模塊，對公路養護信息進行採集，具體包括公路靜態基礎信息、人員基礎信息、養護檢測信息、交通信息、氣象信息以及養護資金信息。該模塊通過人工手動輸入或對接智能交通系統獲取本系統所需數據，建立養護決策信息資料庫。(1)公路靜態基礎信息包括公路資產信息、公路設計施工信息、公路全景影像數據。獲取公路靜態基礎信息，即公路資產信息，包括公路等級、路基、路面、公路設施、經緯度坐標等信息；掃描公路設計施工階段圖紙，錄入設計施工時的公路、橋梁、隧道、涵洞、電力信息數據；獲取全景影像數據，採集公路幾何定位信息。(2)人員基礎信息包括養護單位人員信息和監管巡查人員信息。養護單位人員信息指公路養護維修企業及下屬人員基礎信息，包含企業名稱、法人姓名、地址、員工姓名、聯繫方式；監管巡查人員信息指養護巡查監管人員信息，包括姓名和聯繫方式。(3)養護檢測信息對接公路養護系統，獲取巡查人員歷史巡查記錄及養護日常維修、大中修記錄。歷史巡查記錄包含日期、巡查人員、巡查內容、公路檢測內容，其中公路檢測內容包括自動化檢測設備採集的路面檢測以及人工檢測的路基、橋隧構造物和沿線設施，路面檢測包含路面破損、平整度、車轍、路面抗滑及結構強度；養護維修記錄包括養護維修單位歷史大中修維修及日常維修記錄，包括日期、維修類型、維修時間等信息。(4)交通信息包括交通流數據、公路治超信息以及公路沿線區位交通信息。系統對接交通運行狀況監控系統，根據交通流檢測器對公路各路段交通流信息進行採集，獲取管養公路各路段每日大中型車輛的交通流量；接入公路治超系統，獲取公路超限超載數據，包括治超站、日均查處數量、超載量；獲取公路沿線的區位用地信息，對沿線存在建築工地、工廠、礦產區等貨車進出較頻繁的區域路段進行標識，並定期採集該用地區域貨車進出量。沿線區域範圍一般以公路點為中心，10km為半徑所圈出的圓，路段一般以1km為劃分距離。(5)氣象信息接入公路全線各路段的氣象局數據，對造成公路橋梁受損的暴風雨雪異常氣象進行標識。異常氣象信息包括日期、時間、氣象狀況、異常氣象對公路造成影響評分，該評分由相關專家打分確定。(6)養護資金信息包括歷史養護資金和計劃養護資金，通過決策管理者進行人工錄入。歷史養護資金指已花費使用的養護資金費用，計劃養護資金包括本年度、本月度、本周總共可支配的資金額度，並可跟歷史資金進行直觀對比。指標評價模塊，根據養護巡查內容對檢測指標進行分析，依託公路狀況指標評定標準和交通影響指標評定標準，計算分析公路各路段指標數值，以三維可視化界面展示路段狀況，以可視化統計圖展現指標波動趨勢。(1)公路路況指標評定，根據公路技術狀況評定標準以及養護巡查檢測內容對公路技術狀況評價，計算分析評價指標，並以可視化形式直觀展示。評價指標包含路面評價指標pqi、路基評價指標sci、橋隧構造物評價指標bci、沿線設施評價指標tci，其中路面評價指標包括路面損壞指標、路面平整度指標、路面車轍指標、抗滑性能指標以及結構強度指標，進一步計算出各路段路況技術指標mqi，若路段mqi超過異常閾值，系統自動預警。路段一般根據養護巡查檢測時確認檢查路段的距離，一般路段單元取值為1km。進一步系統根據公路線路各路段mqi確定上下行路線mqi指標。(2)交通影響指標評定，將交通流量、區位信息、治超信息、氣象異常信息數據分析，確定各交通影響指標評分數值，計算管養公路路段的交通影響指數，以可視化形式直觀展示。交通流量評價指標tfi：用戶根據公路路線設計運載標準確定各路段平均單日大中型貨車交通量的影響閾值max和min，整合統計公路上下行各路段各車道大中型貨車車流量，確定上下行各路段車流量影響數值，具體數值見下表。一般情況下，平均交通量的統計範圍為月。車流量影響評分數值車流量數值≥80車流量≥max60～80min≤車流量≤max≤60車流量≤min區位信息評價指標lii：根據區位信息和日均進出貨車量確定進出區域單日貨車車流量閾值max，具體區位信息評分標準見下表。一般情況下，平均交通量的統計範圍為月。公路治超評價指標hoi：根據公路的各治超站確定路段，若在某一治超站查處則認為上一治超站與本治超站之間存在超載，對超限超載違規評分，並根據連續一個月查處數據日均值分析確定違規影響閾值，具體數值評分見下表。氣象影響指標mai：本日發生的存在對公路影響的暴風雨雪天氣，若存在則評分≥60，否則評分≤60。一般情況下，根據氣象專家和公路路面專家規範會造成影響的異常天氣。系統根據交通流量、區位信息、公路治超信息自動匹配計算出評價指標，在評分區間內用戶可自行調整詳細評分，根據各指標數值計算出每日交通影響指標tqi，其中tqi＝ωtfitfi+ωliilii+ωhoihoi+ωmaimai式中ωtfi、ωlii、ωhoi、ωmai分別為各指標對交通影響指標的權重。進一步計算出養護公路路線本月上下行日平均交通影響指標tqi，若平均指標大於影響閾值，系統自動預警，提醒用戶該路線受外界影響較大，易出現損壞，屬於重點養護路段。養護決策模塊，整合指標評價模塊中各評價指標以及數據採集模塊的靜動態信息，分配養護維修資金，基於三維可視化界面為公路提供養護維修建議。(1)養護資金分配，根據歷史養護信息確定日常養護經費計劃以及維修資金計劃，根據交通影響指標分配各線路可支配的日常養護資金費用。日常養護資金計劃分析，系統篩選日常養護計劃範圍，包括年計劃、月計劃、周計劃，整理周期歷史養護經費信息，根據歷史養護經費平均值確定及展示日常養護經費計劃範圍，進一步系統根據交通影響指標tqi和公路類型分配各類型、各線路日常養護資金。維修資金計劃分析，系統根據年度總資金經費、日常養護所需經費確定大中維修可支配的資金總額，根據各類型維修的歷史維修經費確定並展示各類型設施維修資金計劃範圍，其中維修類型包括公路、橋梁、隧道、涵洞以及其他設施，公路類型又分為高速公路、各類國省道。(2)養護維修計劃，根據公路靜態基礎信息建立三維模型，以可視化方式直觀清晰展現路段評分指標，確定路線異常維修路段、大中修備選路段和養護路段，分配養護資金，確定養護維修計劃方案。系統集成與融合公路靜態基礎信息或根據設計施工階段的建築信息模型數據，建立公路管養三維模型，為監管用戶提供直觀清晰三維展示界面，同時支持三維公路縮放與旋轉。系統整合指標評價模塊中公路路況技術指標mqi和交通影響指標tqi數值，根據路段mqi異常預警以及路線tqi異常預警，通過gis地圖標註，直觀清晰展現交通影響大且公路路況異常的路線、路段；用戶通過篩選路線，在路段-評價指標統計圖繪製出線路上下行各路段路況各評級指標，在圖中疊加各指標閾值，直觀掌握公路路況情況，並可在統計圖中疊加交通影響指標tqi數值，從而可確定異常維修路段、大中修備選路段、日常養護路段以及異常維修路段病害類型和成因。在三維展示頁面中展現篩選路線的三維模型，同時在三維模型中分別標註出大中修路段和日常養護路段，篩選具體路段放大路段三維模型，旋轉查看路段詳情，並以列表形式展現路段路況評分指標和交通影響指標，以統計圖表展現各路況指標數據的波動趨勢，確定大中修備選路段的維修緊急程度。錄入養護維修方案，即線路各路段大中修情況以及維修周期、維修人員，系統根據歷史維修資金費用計算出各計劃方案的維修所需費用，比對資金確定最優的異常路段維修方案，並將剩餘維修資金計劃分配到其他路段，確定路線整體養護計劃。當前第1頁12