公路桥梁养护管理系统初探

公路桥梁养护管理系统初探 摘要随着高速公路桥梁经济的飞速发展，公路桥梁系统化、信息化程度越来越高。公路桥梁养护管理系统是最近十几年来在桥梁工程界出现的一个新的领域。它涉及系统学、管理学、统计学、运筹学等多种学科，是跨学科、跨领域的系统工程。公路桥梁管理系统对整个公路管理的发展起着重要的作用，特别是在资源约束的现代社会，它已经成为公路管理不可或缺的环节。 关键词公路桥梁养护；养护管理系统 作者简介王长伍，合肥市公路管理局肥西分局华洁公路养护工程有限责任公司副总经理，安徽合肥，231200 中图分类号 U443.16 文献标识码 A 文章编号 1007-7723（2009）04-0138-0002 一、公路桥梁养护管理系统的概念及内容 （一）公路桥梁养护管理系统的概念 公路桥梁养护管理系统是一门新的综合管理技术，它基于桥梁结构工程、病害机理、编码技术和数据监测技术，运用系统的数据处理功能、评价决策方法，对现有桥梁进行登记、评价分析和投资决策。建立公路桥梁养护管理系统能够较为全面地收集、储存和处理各类桥梁数据资源，通过系统提供的各个模型和功能的运行，用户可直观地了解现有桥梁的过去、当前和将来若干年内的营运状况，从而合理安排有限的养护资金，及时、经济和有效地对桥梁实施养护和维修，达到延长桥梁使用寿命，充分发挥桥梁的营运效能，确保交通运输安全通畅的目的。 桥梁养护管理作为公路管理中非常重要的一个环节，是保障桥梁安全、快速、舒适、畅通的基础。其中，成熟的桥梁管养系统对整个公路的发展起着非常重要的作用。 （二）公路桥梁养护管理系统的基本框架 如图1所示，桥梁养管系统基本框架大致包括4大块：数据采集、数据挖掘、专家系统、处理模块。 1.数据采集 公路桥梁养护管理系统决策的基础是大量、精确的数据信息。数据信息含静态数据信息和动态数据信息。其中动态数据采集的方式主要有三种：一是依靠高效、快速的检测设备。如桥面快速检测设备能检测到桥面平整度、桥面强度、桥面抗滑性能等参数；桥面快速检测设备能检测到前方图像、桥面破损（裂缝）、桥况数据（桥下承载力、桥面、桥涵构造物、沿线设施、绿化）。二是依靠公路桥梁机电系统（收费、通信、监控三大系统）自动采集如交通流、收费信息、车型分类、环境和气象等数据。三是依靠人工手动采集与养护管理相关的数据。静态数据主要是公路桥梁的基本资料，它的采集主要是靠人工输入，也可以靠系统工具从原有的相关应用系统的数据库（如果有）中自动导入。 数据采集系统应为各种数据检测设备、机电系统中的监控系统和收费系统以及其他相关的业务系统提供相应的数据接口。 2.数据挖掘 数据挖掘是用专门算法从数据中抽取模式。数据挖掘任务有四项：分类、预测、关联分析、聚类。 分类是从数据中选出已经分好类的训练集，在该训练集上运用数据挖掘分类的技术，建立分类模型，对于没有分类的数据进行分类。 预测是对未来未知变量的估测，当然，这种预测是需要时间来验证的，即必须经过一定时间后，才知道预测准确性是多少。 数据关联是数据库中存在的一类重要的可被发现的知识。若两个或多个变量的取值之间存在某种规律性，就称为关联。关联可分为简单关联、时序关联、因果关联。关联分析的目的是找出数据库中隐藏的关联网。有时并不知道数据库中数据的关联函数，即使知道也是不确定的，因此关联分析生成的规则带有可信度。关联规则挖掘发现大量数据中项集之间有趣的关联或相关联系。Agrawal等于1993年首先提出了挖掘顾客交易数据库中项集间的关联规则问题，以后诸多的研究人员对关联规则的挖掘问题进行了大量的研究。他们的工作包括对原有的算法进行优化，如引入随机采样、并行的思想等，以提高算法挖掘规则的效率；对关联规则的应用进行推广。关联规则挖掘在数据挖掘中是一个重要的课题，最近几年已被业界所广泛研究。 聚类是对记录分组，把相似的记录在一个聚集里。聚类和分类的区别是聚类不依赖于预先定义好的类，不需要训练集。 3.专家系统 专家系统主要由知识库(Knowledge Base)、推理机(Inference Engineer)和知识库管理系统组成。知识库是知识的存储器，它以某种储存结构储存高速公路养管领域专家的知识和数据挖掘从数据库和数据仓库挖掘的知识。知识的表示是研究用什么样的形式将有关问题的知识存入知识库，以便进行处理。公路桥梁养管领域内事实性知识和专家所特有经验性知识的表示方法有：逻辑(Logic)、语义网络(Semantic network)、产生式规则(Production rule)、框架(Frame)/状态空间(State pace)、Petri网等；而数据挖掘得到的知识的表示方法主要有：规则、决策树、知识基（浓缩数据）、网络权值、公式和案例。 知识库管理系统实现对知识的管理，其中知识获取是关键，它将高速公路养管领域内事实性知识和专家所特有经验性知识化为计算机可利用的形式并送入知识库。同时也负责知识库中知识的修改、删除和更新，并对知识库的完整性和一致性进行维护。 推理机是专家系统的“思维”机构，是构成专家系统的核心部分。其任务是模拟领域专家的思维过程、控制并执行对问题的求解。它能根据当前已知的事实，利用知识库的知识，按一定的推理方法和搜索策略进行推理，求得问题的答案或证明某个结论的正确性。 4.处理模块 处理模块包括预防和维护。公路桥梁养护管理制度坚持预防为主、防治结合的原则。养护以路面、桥梁为重点，科学合理安排好养护施工任务。可见预防在整个公路桥梁养护过程中起着非常重要的作用。合理的预防可以减轻后期维护的难度。 综上所述，专家系统和数据挖掘的结合实现了对决策问题的定性分析，再与数据系统结合，实现了定性和定量相结合的决策。在此基础上的决策通过处理模块的有机结合便形成完整的公路桥梁养护管理系统。 二、公路桥梁养护管理的现状 桥梁是公路的重要组成部分，桥梁养护的好坏直接关系到公路交通行车的安全与畅通。第一，在构建和谐社会的今天对交通运输提出了更高的要求，反映在公路运输上是交通量猛增，运输车辆的载重量加大，公路运输对公路桥梁的通过能力和承载能力的要求越来越高。而现实中的桥梁养护的技术、设备和措施往往跟不上交通发展的需要，导致了养护滞后、报废年限提前。第二，一些旧桥老化、破损现象日趋严重，许多旧桥难以适应日益增长的交通量需要，现有的全面养护措施无法弥补其严重的破损现况。第三，相当数量的桥梁，尤其是早期在省道、县道上的桥梁，（上接第139页）在修建当时，由于资金短缺，设计、施工标准均较低，加之技术管理薄弱，施工质量未能保证，而养护机构放松了养护初期的警觉性，没有及时做养护预防措施，加快了桥梁的老化步伐。第四，环境污染的日益加重，造成桥梁的自身老化、破损，而实际养护中往往没有采取适当的防护措施。第五，桥梁设计时计算荷载等级低，限制了公路运输的通行能力，加上养护技术跟不上，往往只能坐视不管，从而导致桥梁的破坏程度进一步加剧。 三、建立公路桥梁管理系统的必要性 公路桥梁管理系统的建立可以使管养单位高效率地完成桥梁养护的日常管理，包括桥梁档案的建立、修改、查询和维护；也可以使管养单位进行桥梁养护、管理方面的决策更具科学性。如管理人员根据统计数据及时发现潜在的病害并及时采取相应措施，对桥梁缺损、病害及时监控，状态预警，提出养护维修对策。这不但减少公路交通方面的损失，更可提高公路桥梁的使用年限。 由于桥梁负荷的加剧，一些桥梁修建质量较低及环境污染的日益加重，造成桥梁的自身老化、破损，使得桥梁“衰老”加快、“寿命”缩短。因此，科学地建立并实施公路桥梁养护管理系统对整个公路交通事业的发展非常重要。 四、结语 公路桥梁养护管理系统的建设需要依靠各方面专业人员通力合作。公路桥梁养护管理系统主要解决评价、预测、决策模型等的一系列系统性、专业性的问题。在公路养护市场化的趋势下公路桥梁养护管理系统变得尤为重要，投资的合理化、养护的科学化、管理的规范化都是和谐社会的必备基础。政府职能部门、市场、公路养护单位应齐心协力对公路养护信息化、系统化、规范化的应用深度、广度拓展提出可行性方案，扩大公路桥梁的社会效益和经济效益。 参考文献 1Jiawei Han/ Michelin