从GIS技术角度探讨沥青道路预防性防护问题
第一章绪论
1.1研究的意义、目的和方法
随着中国经济的腾飞，中国公路的路网也不断的完善，从1989年，中国修建了第一条高速公路，上海沪嘉高速公路，但这条路很短，没有什么实质性的意义。中国高速公路进入起步发展阶段是从1992年建成的沈大高速公路，截止2021年底，中国公路通车总里程达到398.4万公里，其中高速公路通车里程已达7.4万公里，高速公路通车总里程位于美国之后，居于世界第二。其中国家主干线五纵七横;已基本建设完成。在我国现有的高速公路中，浙青混凝土路面占主要地位，其通车总里程约为高速公路总里程的75%，水泥混凝土路面次之，其通车里程约占为高速公路总里程的23%，刚性组合路面约占2%。近几年，人们生活水平的提高，对物质的消费增大以及小轿车的增多，也同时加大了高速公路的交通量，同时也对现有的公路养护管理工作提出了新的考验。
我国地域辽阔，地形条件复杂，而气候和环境因素会随着不同的地形；地貌而变化，同时我国合地方交通发展程度不一，交通量大小不一，运输车辆的载重量也不同，如：沿海地区的气候和内陆的气候存在着很大的差别，沿海地区交通量也比内陆交通量大，而内蒙自治区与山西省的交通情况主要是以大吨位的载重车为主，在广西自治区的交通情况又以客车与小汽车为主，所以全国的统一的软件系统是不适宜的全国范围内使用，其只有普遍性而没有特殊性，而且不同地域的用户会针对本地域的实际情况的要求不同，路面管理者对于路面养护管理系统数据的可视化的要求也越来越高，同时要求区域级路面管理系统必须针对不同的公路地域条件，对于路面管理者实用性高、地域特点强。
1.2GIS与路面管理系统的结合
1.2.1GIS的基本理论
地理信息系统，是在计算机软件和硬件系统的支持下，以地理空间数据库为基础，采集、存储、管理、分析和描述整个或部分地球表面与空间和地理分布关于的数据，为地理研究和地理决策服务的空间信息系统。地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图象数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策问题。实现了图形和数据的结合，以数据可视化的方式提供一种薪新决策支持方法。从上面的定义可知，它具有以下三个方面的特征：
①具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力具有空间性和动态性；
②以地理研究和地理决策为目的，以地理模型为手段，具有区域空间分析、多要素综合分析和动态预测能力，产生高层次的地理信息；
③由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生更加有用信息。
1.2.2GIS系统的组成
地理信息应用系统即GIS应用系统总体上可分为硬件和软件两部分。硬件包括计算机和数据釆集设备，数据采集设备包括：扫描仪、数字化仪、解析测图仪等；软件为GIS软件；GIS软件为GIS应用系统的核心组成部分，GIS数据则是根据不同应用系统所需数据的不同部分或全部采集的。按照GIS中的数据流程，可以将GIS处理、分析地理空间数据的过程划分为数据录入与转换、图形与文本编辑、数据存储与管理、空间查询与分析及数据输出与表述等五个主要过程，如图2-2所示。
第二章高速公路的路面管理系统框架
2.1概述
在现代的路面管理系统的研究中，一般将路面管理系统分为两个层次的子系统，一类是网级路面管理系统，另一类是项目级路面管理系统。网级路面管理系统是负责对路网进行整体规划，进行粗略的技术经济分析，提出概略的养护计划列表；项目级路面管理系统是基于网级系统输出的养护计划列表为蓝本，对其中的项目以最适宜情况的设计和经济性的分析以确定最佳的养护计划。在完成路面管理系统的以上功能，网级与项目级一般都由信息收集模块，数据库集成模块，路面性能评价模块路面性能预测模块对策选择模块，经济分析对比模块，管理者决策模块反馈信息模块有机组合而成。然而在基于网级与项目级的路面管理系统之间，相异的功能要求的路面管理系统之间各个模块的实现方式和具体功能有所差异。下图为不同类型的路面管理系统的元素图。
从最早国外的研究者认识到路面管理系统的重要性，并随之将其研发运用到现代的交通中。到现在已有50多年的历程组成其的基本模块没有发生太大的变化，在数学、决策学等相关学科获得了腾飞的进步后网级与项目级的模块的功能出项前所未有的多样化，其实现方式变得更加成熟稳重。目前，随着科学技术的进步技术的应用日益广泛，在路面管理系统中应用GIS技术,有利于提高路面管理系统的实用性和人性化程度，是路面管理系统的未來趋势。
2.2网级路面管理系统与项目及路面管理系统
公路养护一般受其养护资金的限制，因此，公路养护管理的决策者们会对公路养护的各个养护方案从经济上和技术上进行比选，寻求最佳的养护建设方案。而网级路面管理系统通过在技术和经济上对各个可行的养护方案进行相对粗略的比较、分析，寻求最佳的养护方案以便使可用的资金发挥最大的经济和社会效益，网级路面管理系统的功能大致分为如下几个方面：
1）利用路面使用性能评价模型了解路网的基本情况；
2）利用速度预测模型，针对路我那个中不同的道路和交通状况，对道路通行能力和车流速度进行分析和预测；
3）根据路网内个道路的养护标准、预测路网的养护需求；
4）对路网、路段路况的发展趋势进行预测；
5）利用优化决策模型对养护资金进行优化分配，确定路网的最优养护策略；
6）路网养护规划的敏感性及风险性分析。
项目级路面管理系统是针对一个具体工程项目。项目级路面管理系统是网级路面管理系统的下级系统网级路面系统是对路网进行优化决策后，列出路面养护项目清单，这种养护项目清单只是粗略的，而对于路网养护需要更为详细的设计与分析，并在各个设计方案中进行优选，拿到最佳的设计方案，这也是项目级管理系统的主要任务，在欧美，项目级路面管理系统其作用不能停留在路段的养护对策分析的使用其延伸的用途是进行设计新建道路的路面结构，美国的路面结构设计理论与这种设计方法紧密联系它是以材料、路面厚度组合可以生成的使用性能预测模型，在融合特定时间段的养护对策进行对路面结构的分析进而得到符合使用要求的最经济的设计方案。
第三章沥青路面病害.........27
3.1沥青路面开裂............27
3.2沥青路面变形及损坏.........28
3.3本章小结........29
第四章沥青路面性能评价......30
4.1概述.............30
4.2安全性能.........30
第五章预防性养护......46
5.1建立模型........46
5.1.1经验模型..............46
第六章构建预防性路面养护管理系统
6.1系统构成元素
预防性养护管理系统是高速公路路面管理系统的一个子系统，属于从属系统。输入部分、输出部分和内部处理部分是任何一个系统的必备条件，同时这三个部分的结构完整性也使系统具有了开放性、整体性和目的性。本系统的设计也满足系统的这些要求，本系统是为贵州毕威高速公路而设计的路面管理系统。
输入数据模块：汇总各路段的养护信息并将信息输入到系统。收集整理各路段的养护措施的费用分析，并输入到系统里，系统在设计时要满足在手工录入的条件下，也可实现对EXCEL表格的无缝对接，从而实现系统在输入模块的多元化与人性化。
①系统管理模块：用户对系统内部的数据进行管理，比如，用户可以随时调出养护单位、监控养护路线的更换、增减等。
②信息数据库模块：这是整个子系统的中枢也是子系统的所有的基础，所有录入的数据与信息都以地址的模式存储到数据库模块中，供用户适时的查询、汇总、分析和决策时以地址的方式调取。
③信息查询模块：此模块可供用户查询和调用数据库的任何数据，在设定的程序下实现数据的自由组合，以供用户选择的形式由图表或图形化反映用户想要的查询结果。
④评价模块：此模块是决策的依据，通过用设定好的公式将釆集的数据计算单项评价指标，在以综合评价指标公式得到路面性能综合评价，然后运用于决策。
⑤预测模块：采用灰色理论预测，通常是釆用灰色GM（1，1）预测。
⑥决策模块：将已有的信息进行分析，运用决策水平、决策水平和决策水平进行分析决策，得到最优预防性养护措施和最有养护时机。
第七章结论与展望
本文基于用GIS在高速公路路面管理系统中的应用，实现预防性养护决策的探讨和讨论，具体结论如下：
7.1主要结论
将GIS融合到高速公路路面管理系统，基于GIS的路面管理系统的特点是：基本的地图管理、专题图管理、属性数据管理、数据查询、空间查询、最佳路线选择、缓冲区域分析和空间关系分析等特点，针对各个特点做出了详细的分析，例如：GIS具有与众不同的地图表现和地域信息展示能力，将公路及相关信息可视化是GIS在公路管理中应用的基本功能。专题图管理的直观了解属性信息的基本情况，如道路等级图、交通量和交通重载地区图等。
以世界目前的高速公路路网管理系统为例，详细分析并得出结果是我国目前的高速公路路网管理系统不能直接套用国外路面管理系统的框架。因而，在进行我国高速公路路面管理系统的框架设计时应该充分考虑我国结构形式、交通组成和高速公路沥青路面养护管理的特点，汲取国外相关研究的经验和科技发展的最新成果提出适宜我国高速公路沥青路面路面管理系统使用的框架。对高速公路路面管理系统所需数据进行剖析，并进行了数据采集的研究，将基本状况数据、交通量数据、路况调查数据进行了汇总。
基本状况数据的调查包括各个路段的路段编码、所承担养护的单位的信息、路段的气候信息、所经过区域的外部环境、路面结构数据、养护过程中的大修中修的过程中的历史记录。而且各个数据的釆集的方法一一列出，基本状况数据的采集是最基本。
参考文献（略）