路面管理系统1课件.ppt
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- 路面 管理 系统 课件
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1、 路面管理系统是公路与城市道路、道路与桥梁工程及地理信息路面管理系统是公路与城市道路、道路与桥梁工程及地理信息系统等本科专业的一门专业课程。路面管理系统是近系统等本科专业的一门专业课程。路面管理系统是近2020余年来在道余年来在道路工程界出现的一个新研究领域,主要探讨如何运用现代管理科学路工程界出现的一个新研究领域,主要探讨如何运用现代管理科学的理论、系统分析的方法和计算机运算手段,为路面工程各管理部的理论、系统分析的方法和计算机运算手段,为路面工程各管理部门提供科学的分析工具和方法,以便能够为更有效地使用有限的资门提供科学的分析工具和方法,以便能够为更有效地使用有限的资源、提供具有足够服务水
2、平的路面做出科学的管理决策。本课程的源、提供具有足够服务水平的路面做出科学的管理决策。本课程的主要内容包括:路面破损分类及检测方法、路面使用性能评价、使主要内容包括:路面破损分类及检测方法、路面使用性能评价、使用性能预测、路面养护决策和路面管理系统的主要功能及其应用、用性能预测、路面养护决策和路面管理系统的主要功能及其应用、工程建设管理和路政管理。通过本课程的学习,使学生能够掌握路工程建设管理和路政管理。通过本课程的学习,使学生能够掌握路面管理系统的理论、方法和实践经验,并了解这一领域的发展趋势。面管理系统的理论、方法和实践经验,并了解这一领域的发展趋势。在此基础上,使学生对公路的养护与管理决
3、策具有一定的分析能力,在此基础上,使学生对公路的养护与管理决策具有一定的分析能力,为从事公路的养护与管理工作打下基础。为从事公路的养护与管理工作打下基础。1.1 1.1 概念及背景概念及背景 路面管理技术的研究始于路面管理技术的研究始于70年代初期的北美。美国在经历年代初期的北美。美国在经历了大规模的公路建设后,面临着大量的路面养护工作。为了准了大规模的公路建设后,面临着大量的路面养护工作。为了准确地了解公路网的破损状况,把有限的养护资金分配到最需要确地了解公路网的破损状况,把有限的养护资金分配到最需要养护的路段上,研究人员开发了路面破损数据检测设备,建立养护的路段上,研究人员开发了路面破损数
4、据检测设备,建立了数据库,制定了评价方法、标准和优先养护排序模型,从而了数据库,制定了评价方法、标准和优先养护排序模型,从而开始了基于计算机应用技术的路面养护管理技术的开发和应用开始了基于计算机应用技术的路面养护管理技术的开发和应用时代。随着该项技术的不断发展和完善,该项技术在发达国家时代。随着该项技术的不断发展和完善,该项技术在发达国家得到了具体应用。此项技术被称为:得到了具体应用。此项技术被称为: 路面管理系统(简称路面管理系统(简称PMS:Pavement Management System)1、沥青路面养护管理系统 (BSM,1983-1985),中英科技合作项目。2、移植应用世行公路
5、管理模型,建立我国路面管理系统(HDM-III,1988-1991),中英科技合作项目。3、沥青路面管理系统山东试点应用 (1988-1991),中芬科技合作项目。4、干线公路路面评价养护系统(CPMS)成套技术研究(1986-1990),“七五”国家重点科技攻关项目。(第一代第一代 CPMS)5、 路面管理系统二期工程研究(1991-1995),“八五”交通部重点科技攻关项目。6、干线公路沥青路面管理系统(CPMS)推广应用(1991-1996),“八五”国家重点新技术推广项目。(第二代第二代 CPMS)7、路面管理系统(CPMS)全国推广应用(1996-2001),“九五”国家重点新技术推
6、广项目。8、公路前方图像管理系统研究(ROWII, 1999-2001),“九五”交通部重点科技项目9、 公路投资综合效益分析系统研究(HIBA,1996-2000), “九五”国家重点科技攻关项目。10、GIS在公路设计中的应用研究(1996-2000), “九五”国家重点科技攻关项目。 CPMS是包括硬件设备和计算机软件系统的技术实体。主要包括数据采集系统、数据库管理系统、网级系统和项目级系统等部分。CPMS是一个复杂的决策系统,它涉及了道路工程、工程经济、系统工程及计算机技术,是公路养护工程师进行路网评价、路况性能分析、养护资金需求及养护资金优化分配的辅助决策工具。 以下分别以 CPMS
7、 Vn97 和 CPMS 2001 为例说明 PMS 各组成部分的作用。路面管理系统基本组成路面管理系统基本组成CPMS Vn97 系统:一、一、 数据采集系统数据采集系统 路面管理系统决策的依据是大量、精确的数据信息。数据信息的取得依赖于高效、快速的检测设备。数据采集信息主要包括:公路几何、路面破损、平整度、弯沉、摩擦系数、交通量、车速和轴重等数据。路面几何数据: 几何数据检测仪路面弯沉: 路面自动弯沉仪(贝克曼梁)路面平整度: 平整度自动检测仪表面破损: 路面病害摄影仪(人工目测/记录器)抗滑性能:横向力系数仪(摆式仪); 轴重:轴重仪。交通量: 交通量自动记录仪; 车速:雷达测速仪。二、
8、数据库管理系统二、数据库管理系统 数据库管理系统一般由路网参照系统、数据文件和数据管理三部分组成。 路网参照系统由各类不同形式的编码组成。如路网由路线组成,路线又分成若干个10km-30km 长的区间,区间再进一步分成 1km 长的路段,给路线、区间和路段不同编码,从而使不同的数据存放在不同的层次上,以满足系统分析的要求。 数据库数据一般包括四大类:几何属性、路面状况、交通量和路面养护历史数据。数据库具备的基本功能为:1、数据编辑打印; 2、 数据检索查询;3、数据统计分析; 4、 为网级系统提供决策数据5、为项目级系统提供工程分析数据。三、网级路面管理系统三、网级路面管理系统 利用数据库中的
9、数据信息,通过路面状况评价、路面使用性能预测、道路使用者费用预测、养护方案效益分析和优化决策,网级系统将实现:1、路网当前使用性能评价;2、路面未来养护需求分析;3、路网车速预测和评价;4、路面养护水平(标准)优化分析;5、养护预算优化分配;6、优化投资敏感性及风险性分析;7、新建、改建项目投资效益分析。 四、项目级路面管理系统四、项目级路面管理系统 项目级系统的主要作用是补强设计方案优化和罩面方案选择。 当路面强度不足时,项目级CPMS 可利用我国公路沥青路面设计规范规定的理论方法进行路面补强设计,建立可选方案。对可选方案利用经济模型进行经济效益分析,通过经济指标确定最佳的补强方案。 罩面设
10、计方案选择则是根据CPMS评价结果和路面处治标准,选择一种合理的、以修复路面表面破损为目的的罩面方案。罩面方案选择不涉及路面强度问题,罩面的厚度取决于道路等级和路面状况。 CPMS 2001 分高速公路和一般公路二个版本,适用于沥青路面、水泥路面、砂石路面的路网状况评价、养护需求分析、投资效益评估、资金优化分配和路面养护计划编制。该系统主要有以下八个基本系统组成: 1、 数据采集系统(RDAS:Road Data Acquisition System) 2、 公路路面数据库(DataInfo:Data Information) 3、 公路模型数据库(ModelBank: Model Bank
11、) 4、 路面管理系统(养护决策,Network: Network Level) 5、 日常养护系统(RoMS:Routine Maintenance Management) 6、 前方图像管理系统(ROWII:Right of Way Image Information) 7、 公路地理信息系统 (HGIS:Highway Geometry Information System) 8、 养护报告制作系统(RepGenerator:Report Generator) 全国公路网 国家高速公路 国 道 省道 县道 乡道 一般国道 主骨架公路 干线公路 农村公路 我国公路网的基本组成1.3.1 1
12、.3.1 我国公路发展概况我国公路发展概况1.3 1.3 国内外公路的发展概况及趋势国内外公路的发展概况及趋势道路功能分类表功能分类功能分类连接节点连接节点服务对象服务对象服务特征服务特征干线道路大中城市大中城市所产生/吸引的长距离交通提供快速运输服务集散道路中小城市与干线及联络道路相连,汇集/集散地方交通兼顾速度与可达性联络道路乡村乡村短途交通提供可达性运输服务我国公路基础设施增长情况年份年份公路总里程公路总里程(万公里)二级以上公路里二级以上公路里程程(万公里)高速公路里程高速公路里程(公里)194981978891.01987982.919901034.7522200014018.916
13、314200217625.025130 高速公路是经济发展的必然产物,是20世纪新技术成果在交通运输领域的重大突破和具体应用。在设计和建设上,高速公路采取限制出入、分向分车道行驶、汽车专用、全封闭、全立交等较高的技术标准和完善的交通基础设施,为汽车快速、安全、经济、舒适运行创造了条件。与普通公路相比,高速公路具有行车速度快、通行能力大、运输成本低、行车安全舒适等突出优势,其行车速度相比普通公路可提高 50%以上,通行能力提高 26 倍,并可降低 30%以上的燃油消耗、减少 1/3 的汽车尾气排放、降低 1/3 交通事故率。 经过70多年的探索和发展,目前全世界已有 80 多个国家和地区拥有高速
14、公路,通车里程超过 23 万公里。共有 12 个国家高速公路通车里程超过 2000 公里,主要分布在北美洲、欧洲和东亚。其中美国、日本、德国等发达国家已经构筑起与本国经济社会发展相适应的高速公路网。德国最早修建高速公路(1933年);美国的高速公路通车里程最多,1937年开始修建,现在近9万公里;日本是同时代高速公路发展较快的国家,从1957年开始修建,到80年代修建了7000多公里;车道最多的高速公路是加拿大多伦多的401高速公路,有1418个车道。审视世界高速公路发展史,我们可以看到,高速公路如同汽车一样,从诞生的那一刻起,就深刻影响着它所服务的每一个人和触及的每一寸土地,对于促进国家经济
15、增长、提高人民生活质量、维护国家安全等都具有十分重要的价值。发达的高速公路网不仅是交通现代化的主要标志,也是一个国家或地区现代化的重要标志,也是公路先进生产力的集中代表。 251301657111515110001031779296957625961143358223520321996180817261682168216421439887270100002000030000400005000060000700008000090000美国中国加拿大德国法国西班牙亚美尼亚意大利墨西哥日本英国荷兰南非韩国乌克兰土耳其奥地利比利时瑞士瑞典图图 2-1 高速公路里程居前高速公路里程居前 20 位的国家位
16、的国家 单位:公里 日本的高速公路网规划开始于40年代初。尽管当时日本的经济实力还很弱,财政困难,人民生活水平不高,但是,由于看到高速公路在西方发达国家经济与社会发展中起到的积极作用,及其带来的巨大经济效益和社会效益,当时日本政界和金融界提出建设纵贯日本南北高速公路的设想,这样有利于国土的普遍开发、人口的均匀分布及经济的协调发展。经过三年的调查和研讨,1943年日本提出了5490公里的高速汽车国道规划方案。 随着日本战后经济的复兴和外资的引入,国内建设高速公路的呼声高涨。19551957年,日本国会讨论并通过了“国土开发纵贯公路建设法”、“高速公路法”和“道路公团法”,正式批准了7条纵贯国土、
17、共计3730公里的高速公路建设计划,并成立高速公路公团专门负责高速公路的建设和管理工作。 1966年日本国会通过的“国土开发干线公路建设法”明确提出,至2000年全国建设32条、总长7600公里高速公路网的发展规划。制定该项规划的基本原则是: 1从高速公路开发功能考虑从高速公路开发功能考虑,以纵向贯通国土的高速公路为骨架,辅以横向高速公路并与纵向高速公路相连,形成脊椎骨与肋骨的关系;10万人以上的地方中心城市、新兴产业城市、工业开发城市等为主要控制点,高速公路必须连接这些城市;除边远山区外,全国各地都能在2小时之内到达高速公路。 2从高速公路布局的合理性和完善性考虑从高速公路布局的合理性和完善
18、性考虑,对连接主要控制点的比较路线,计算远景交通量,选出交通量大的路线;对各条路线计算沿线城市人口,对某些单位路线长度城市人口多的路线,增补一些路线;对高速公路网围绕的各个区域,分析其交通量是否与高速公路的能力相适应,对不适应的区域,再补充路线。 根据该项规划确定的目标,在规划实现之后,在日本全国范围之内,1小时内可到达高速公路的地区占70%,2小时内可到达高速公路的地区占90%。1987年日本国土厅发表的“第四次全国综合开发规则”确定21世纪日本的国土结构目标为:“发挥区域的独立性,通过进一步的交流,多方面的联络,形成统一的圈域,同时,各圈域的中心城市之间形成较高层次的路网,即形成多中心的分
19、散型国土”。针对21世纪国土结构的设想和交通需求,同年5月的日本内阁会议决定将1966年法定的7600公里高速公路扩展到1.4万公里,并更名为“高标准干线公路”。 “高标准干线公路”由三部分道路组成:(1)高速公路11520公里,即原规划的7600公里和新规划的3920公里;(2)本州四国联络道路180公里;(3)一般国道中汽车专用道2300公里。“高标准干线公路”是既作为一般国道的骨架,又作为高速、综合交通系统加以规划的。 制定该计划的主导思想是:(1)加强10万人口以上城市的联络;(2)强化东京、名古屋、大阪等特大城市的环行和绕行高速公路;(3)加强重要港口、航空港等客货集中地的连接;(4
20、)在全国形成从城市和农村各地1小时内可到达高速公路的干线网络;(5)建设在出现灾害时有可靠的、并能替代其他运输方式的高速公路网;(6)消除已有高速公路中交通严重拥挤路段等。 高速公路建设计划的有效实施,必须有长期、稳定和充足的资金来源做保障。日本在开始修建高速公路时国家财政十分困难,无力解决高速公路建设资金问题,因此,不得不借助于日本1952年通过立法建立和实施的的收费公路制度,采取借款修路、过路收费、收费还债的办法解决财力不足的问题。其中第一条高速公路名神高速公路是通过向世界银行贷款建设的,1966年建成通车后,取得了巨大的社会经济效益。这种制度至今仍在日本高速公路建设和资金筹措中发挥着重要
21、作用。按照这种制度,道路的建设资金从政府和金融机构借款取得,并通过道路通车后收取的通行费来偿还。此外,日本政府每年还向高速公路建设拨款,主要用于贴息。 我国1988 年 10 月 31 日全长 18.5 公里的沪嘉(上海嘉定)高速公路建成并正式投入使用,结束了我国大陆没有高速公路的历史(台湾1970年动工,用了8年时间,1978年建成第一条全长373.4公里的高雄至基隆高速公路),有如星星之火孕育了高速公路发展黎明的曙光。 1990 年9月全长 375 公里的沈大高速建成通车,开创了我国大陆建设长距离高速公路的先河,沈大高速公路全部工程由我国自行设计、自行施工,为90年代我国大规模的高速公路建
22、设积累了经验。 1993年京津塘高速公路通车,这是我国第一条经国务院批准利用世界银行贷款建设的跨省、市的高速公路工程,全长142公里,时速120公里,设置监控、通信、收费、照明等服务设施。 在短短的十多年时间,我国高速公路建设伴随着中国经济的腾飞,走过了一条从无到有,从少到多的高速发展之路,大踏步向世界前列迈进。至1998年底,全国高速公路通车总里程达到8733公里,跃居世界第六;至1999年10月突破了1万公里,位居世界第四,仅次于美国、加拿大和德国;2000年底达到1.6公里,居世界第三;到2001年末达到1.9万公里,跃居世界第二,全国除西藏外,其他30个省(自治区、直辖市)均通了高速公
23、路;至2002年10月已突破2万公里;2003年底达到2.98万公里;至2004年底,我国高速公路通车里程已达到3.42万公里,继续保持世界第二,比世界第三的加拿大多出近1倍,仅次于美国。我国高速公路从起步到通车1万公里,用了12年时间,从1万公里到突破2万公里,只用了3年时间,从2万公里到突破3万公里只用了两年时间。我国用17年的时间走过了发达国家40余年的历程,其成绩举世瞩目,其速度叹为观止。 回顾我国高速公路的发展历程,大致经历了三个阶段,19881992 年为起步阶段,这期间每年高速公路通车里程在 50250 公里之间;19931997年为高速公路的第一个发展高潮,年通车里程保持在 4
24、501400 公里之间;1998 年至今为高速公路的大发展时期,在国家积极的财政政策推动下,这一阶段年通车里程基本保持在 30005000 公里之间,2002 年全国新增高速公路 5693 公里,长度相当于当年日本高速公路网总里程的 80%。图2-1 全国历年高速公路里程(公里) 河南省在高速公路发展方面,同全国一样,形势喜人。1994年10月,全长81公里的郑州至开封高速公路建成通车,结束了河南省无高速公路的历史,标志着河南省的公路建设跨入了新的时代,成为全国第十个拥有高速公路的省份。 “九五”期间建成高速公路277公里;进入“十五”后高速公路建设进入快速发展阶段。截至2004年底,我省高速
25、公路通车里程达到1758公里,位居山东(3033公里)、广东(2519公里)、江苏(2423公里)之后。同时,我省在建高速公路项目达到45个,总里程2514公里,在建规模居全国第一位。2004年9月30日,全长81.84公里新乡至郑州高速公路建成通车,这是河南省目前设计标准最高的一条高速公路。全程采用“六八六”设计(即黄河大桥及两端为八车道,两端其余路段为六车道),这在河南省还是首例。尤其是其中的高速公路黄河特大桥,桥长近10公里,是目前黄河上最长、最宽、单拱跨度最大的公路特大桥。 2005年,我省已有14个高速公路项目建成通车,新增通车里程920公里,至年底高速公路通车总里程要达到2678公
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