公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)初探

［摘要］隨著高速公路橋梁經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，公路橋梁系統(tǒng)化、信息化程度越來(lái)越高。公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)是最近十幾年來(lái)在橋梁工程界出現(xiàn)的一個(gè)新的領(lǐng)域。它涉及系統(tǒng)學(xué)、管理學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、運(yùn)籌學(xué)等多種學(xué)科，是跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的系統(tǒng)工程。公路橋梁管理系統(tǒng)對(duì)整個(gè)公路管理的發(fā)展起著重要的作用，特別是在資源約束的現(xiàn)代社會(huì)，它已經(jīng)成為公路管理不可或缺的環(huán)節(jié)。

［關(guān)鍵詞］公路橋梁養(yǎng)護(hù)；養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)

［作者簡(jiǎn)介］王長(zhǎng)伍，合肥市公路管理局肥西分局華潔公路養(yǎng)護(hù)工程有限責(zé)任公司副總經(jīng)理，安徽合肥，231200

［中圖分類號(hào)］ U443.16 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1007-7723（2009）04-0138-0002

一、公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)的概念及內(nèi)容

（一）公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)的概念

公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)是一門新的綜合管理技術(shù)，它基于橋梁結(jié)構(gòu)工程、病害機(jī)理、編碼技術(shù)和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)技術(shù)，運(yùn)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理功能、評(píng)價(jià)決策方法，對(duì)現(xiàn)有橋梁進(jìn)行登記、評(píng)價(jià)分析和投資決策。建立公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)能夠較為全面地收集、儲(chǔ)存和處理各類橋梁數(shù)據(jù)資源，通過(guò)系統(tǒng)提供的各個(gè)模型和功能的運(yùn)行，用戶可直觀地了解現(xiàn)有橋梁的過(guò)去、當(dāng)前和將來(lái)若干年內(nèi)的營(yíng)運(yùn)狀況，從而合理安排有限的養(yǎng)護(hù)資金，及時(shí)、經(jīng)濟(jì)和有效地對(duì)橋梁實(shí)施養(yǎng)護(hù)和維修，達(dá)到延長(zhǎng)橋梁使用壽命，充分發(fā)揮橋梁的營(yíng)運(yùn)效能，確保交通運(yùn)輸安全通暢的目的。

橋梁養(yǎng)護(hù)管理作為公路管理中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，是保障橋梁安全、快速、舒適、暢通的基礎(chǔ)。其中，成熟的橋梁管養(yǎng)系統(tǒng)對(duì)整個(gè)公路的發(fā)展起著非常重要的作用。

（二）公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)的基本框架

如圖1所示，橋梁養(yǎng)管系統(tǒng)基本框架大致包括4大塊：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)挖掘、專家系統(tǒng)、處理模塊。

1.數(shù)據(jù)采集

公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)決策的基礎(chǔ)是大量、精確的數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)信息含靜態(tài)數(shù)據(jù)信息和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)信息。其中動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集的方式主要有三種：一是依靠高效、快速的檢測(cè)設(shè)備。如橋面快速檢測(cè)設(shè)備能檢測(cè)到橋面平整度、橋面強(qiáng)度、橋面抗滑性能等參數(shù)；橋面快速檢測(cè)設(shè)備能檢測(cè)到前方圖像、橋面破損（裂縫）、橋況數(shù)據(jù)（橋下承載力、橋面、橋涵構(gòu)造物、沿線設(shè)施、綠化）。二是依靠公路橋梁機(jī)電系統(tǒng)（收費(fèi)、通信、監(jiān)控三大系統(tǒng)）自動(dòng)采集如交通流、收費(fèi)信息、車型分類、環(huán)境和氣象等數(shù)據(jù)。三是依靠人工手動(dòng)采集與養(yǎng)護(hù)管理相關(guān)的數(shù)據(jù)。靜態(tài)數(shù)據(jù)主要是公路橋梁的基本資料，它的采集主要是靠人工輸入，也可以靠系統(tǒng)工具從原有的相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)（如果有）中自動(dòng)導(dǎo)入。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)為各種數(shù)據(jù)檢測(cè)設(shè)備、機(jī)電系統(tǒng)中的監(jiān)控系統(tǒng)和收費(fèi)系統(tǒng)以及其他相關(guān)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口。

2.數(shù)據(jù)挖掘

數(shù)據(jù)挖掘是用專門算法從數(shù)據(jù)中抽取模式。數(shù)據(jù)挖掘任務(wù)有四項(xiàng)：分類、預(yù)測(cè)、關(guān)聯(lián)分析、聚類。

分類是從數(shù)據(jù)中選出已經(jīng)分好類的訓(xùn)練集，在該訓(xùn)練集上運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘分類的技術(shù)，建立分類模型，對(duì)于沒(méi)有分類的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。

預(yù)測(cè)是對(duì)未來(lái)未知變量的估測(cè)，當(dāng)然，這種預(yù)測(cè)是需要時(shí)間來(lái)驗(yàn)證的，即必須經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，才知道預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性是多少。

數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)是數(shù)據(jù)庫(kù)中存在的一類重要的可被發(fā)現(xiàn)的知識(shí)。若兩個(gè)或多個(gè)變量的取值之間存在某種規(guī)律性，就稱為關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)可分為簡(jiǎn)單關(guān)聯(lián)、時(shí)序關(guān)聯(lián)、因果關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)分析的目的是找出數(shù)據(jù)庫(kù)中隱藏的關(guān)聯(lián)網(wǎng)。有時(shí)并不知道數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)函數(shù)，即使知道也是不確定的，因此關(guān)聯(lián)分析生成的規(guī)則帶有可信度。關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘發(fā)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)中項(xiàng)集之間有趣的關(guān)聯(lián)或相關(guān)聯(lián)系。Agrawal等于1993年首先提出了挖掘顧客交易數(shù)據(jù)庫(kù)中項(xiàng)集間的關(guān)聯(lián)規(guī)則問(wèn)題，以后諸多的研究人員對(duì)關(guān)聯(lián)規(guī)則的挖掘問(wèn)題進(jìn)行了大量的研究。他們的工作包括對(duì)原有的算法進(jìn)行優(yōu)化，如引入隨機(jī)采樣、并行的思想等，以提高算法挖掘規(guī)則的效率；對(duì)關(guān)聯(lián)規(guī)則的應(yīng)用進(jìn)行推廣。關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘在數(shù)據(jù)挖掘中是一個(gè)重要的課題，最近幾年已被業(yè)界所廣泛研究。

聚類是對(duì)記錄分組，把相似的記錄在一個(gè)聚集里。聚類和分類的區(qū)別是聚類不依賴于預(yù)先定義好的類，不需要訓(xùn)練集。

3.專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)主要由知識(shí)庫(kù)(Knowledge Base)、推理機(jī)(Inference Engineer)和知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)組成。知識(shí)庫(kù)是知識(shí)的存儲(chǔ)器，它以某種儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)儲(chǔ)存高速公路養(yǎng)管領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和數(shù)據(jù)挖掘從數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)挖掘的知識(shí)。知識(shí)的表示是研究用什么樣的形式將有關(guān)問(wèn)題的知識(shí)存入知識(shí)庫(kù)，以便進(jìn)行處理。公路橋梁養(yǎng)管領(lǐng)域內(nèi)事實(shí)性知識(shí)和專家所特有經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)的表示方法有：邏輯(Logic)、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)(Semantic network)、產(chǎn)生式規(guī)則(Production rule)、框架(Frame)/狀態(tài)空間(State pace)、Petri網(wǎng)等；而數(shù)據(jù)挖掘得到的知識(shí)的表示方法主要有：規(guī)則、決策樹(shù)、知識(shí)基（濃縮數(shù)據(jù)）、網(wǎng)絡(luò)權(quán)值、公式和案例。

知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的管理，其中知識(shí)獲取是關(guān)鍵，它將高速公路養(yǎng)管領(lǐng)域內(nèi)事實(shí)性知識(shí)和專家所特有經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)化為計(jì)算機(jī)可利用的形式并送入知識(shí)庫(kù)。同時(shí)也負(fù)責(zé)知識(shí)庫(kù)中知識(shí)的修改、刪除和更新，并對(duì)知識(shí)庫(kù)的完整性和一致性進(jìn)行維護(hù)。

推理機(jī)是專家系統(tǒng)的“思維”機(jī)構(gòu)，是構(gòu)成專家系統(tǒng)的核心部分。其任務(wù)是模擬領(lǐng)域?qū)＜业乃季S過(guò)程、控制并執(zhí)行對(duì)問(wèn)題的求解。它能根據(jù)當(dāng)前已知的事實(shí)，利用知識(shí)庫(kù)的知識(shí)，按一定的推理方法和搜索策略進(jìn)行推理，求得問(wèn)題的答案或證明某個(gè)結(jié)論的正確性。

4.處理模塊

處理模塊包括預(yù)防和維護(hù)?！豆窐蛄吼B(yǎng)護(hù)管理制度》堅(jiān)持預(yù)防為主、防治結(jié)合的原則。養(yǎng)護(hù)以路面、橋梁為重點(diǎn)，科學(xué)合理安排好養(yǎng)護(hù)施工任務(wù)?？梢?jiàn)預(yù)防在整個(gè)公路橋梁養(yǎng)護(hù)過(guò)程中起著非常重要的作用。合理的預(yù)防可以減輕后期維護(hù)的難度。

綜上所述，專家系統(tǒng)和數(shù)據(jù)挖掘的結(jié)合實(shí)現(xiàn)了對(duì)決策問(wèn)題的定性分析，再與數(shù)據(jù)系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了定性和定量相結(jié)合的決策。在此基礎(chǔ)上的決策通過(guò)處理模塊的有機(jī)結(jié)合便形成完整的公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)。

二、公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理的現(xiàn)狀

橋梁是公路的重要組成部分，橋梁養(yǎng)護(hù)的好壞直接關(guān)系到公路交通行車的安全與暢通。第一，在構(gòu)建和諧社會(huì)的今天對(duì)交通運(yùn)輸提出了更高的要求，反映在公路運(yùn)輸上是交通量猛增，運(yùn)輸車輛的載重量加大，公路運(yùn)輸對(duì)公路橋梁的通過(guò)能力和承載能力的要求越來(lái)越高。而現(xiàn)實(shí)中的橋梁養(yǎng)護(hù)的技術(shù)、設(shè)備和措施往往跟不上交通發(fā)展的需要，導(dǎo)致了養(yǎng)護(hù)滯后、報(bào)廢年限提前。第二，一些舊橋老化、破損現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，許多舊橋難以適應(yīng)日益增長(zhǎng)的交通量需要，現(xiàn)有的全面養(yǎng)護(hù)措施無(wú)法彌補(bǔ)其嚴(yán)重的破損現(xiàn)況。第三，相當(dāng)數(shù)量的橋梁，尤其是早期在省道、縣道上的橋梁，（上接第139頁(yè)）在修建當(dāng)時(shí)，由于資金短缺，設(shè)計(jì)、施工標(biāo)準(zhǔn)均較低，加之技術(shù)管理薄弱，施工質(zhì)量未能保證，而養(yǎng)護(hù)機(jī)構(gòu)放松了養(yǎng)護(hù)初期的警覺(jué)性，沒(méi)有及時(shí)做養(yǎng)護(hù)預(yù)防措施，加快了橋梁的老化步伐。第四，環(huán)境污染的日益加重，造成橋梁的自身老化、破損，而實(shí)際養(yǎng)護(hù)中往往沒(méi)有采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施。第五，橋梁設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算荷載等級(jí)低，限制了公路運(yùn)輸?shù)耐ㄐ心芰?，加上養(yǎng)護(hù)技術(shù)跟不上，往往只能坐視不管，從而導(dǎo)致橋梁的破壞程度進(jìn)一步加劇。

三、建立公路橋梁管理系統(tǒng)的必要性

公路橋梁管理系統(tǒng)的建立可以使管養(yǎng)單位高效率地完成橋梁養(yǎng)護(hù)的日常管理，包括橋梁檔案的建立、修改、查詢和維護(hù)；也可以使管養(yǎng)單位進(jìn)行橋梁養(yǎng)護(hù)、管理方面的決策更具科學(xué)性。如管理人員根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的病害并及時(shí)采取相應(yīng)措施，對(duì)橋梁缺損、病害及時(shí)監(jiān)控，狀態(tài)預(yù)警，提出養(yǎng)護(hù)維修對(duì)策。這不但減少公路交通方面的損失，更可提高公路橋梁的使用年限。

由于橋梁負(fù)荷的加劇，一些橋梁修建質(zhì)量較低及環(huán)境污染的日益加重，造成橋梁的自身老化、破損，使得橋梁“衰老”加快、“壽命”縮短。因此，科學(xué)地建立并實(shí)施公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)對(duì)整個(gè)公路交通事業(yè)的發(fā)展非常重要。

四、結(jié)語(yǔ)

公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)的建設(shè)需要依靠各方面專業(yè)人員通力合作。公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)主要解決評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)、決策模型等的一系列系統(tǒng)性、專業(yè)性的問(wèn)題。在公路養(yǎng)護(hù)市場(chǎng)化的趨勢(shì)下公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)變得尤為重要，投資的合理化、養(yǎng)護(hù)的科學(xué)化、管理的規(guī)范化都是和諧社會(huì)的必備基礎(chǔ)。政府職能部門、市場(chǎng)、公路養(yǎng)護(hù)單位應(yīng)齊心協(xié)力對(duì)公路養(yǎng)護(hù)信息化、系統(tǒng)化、規(guī)范化的應(yīng)用深度、廣度拓展提出可行性方案，擴(kuò)大公路橋梁的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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