2016年我国公路养护科学决策成套技术与服务发展历程

导读：2016年我国公路养护科学决策成套技术与服务发展历程。（1）公路养护科学决策相关支撑技术及设备、分析系统的研发与应用历程 基于公路养护科学决策核心技术而研发的高端检测设备和大型养护分析系统及平台是支撑公路养护科学决策的主要手段。

参考《2017-2022年中国公路工程承包产业竞争现状及十三五发展策略研究报告》

       1．行业相关技术发展历程

       （1）公路养护科学决策相关支撑技术及设备、分析系统的研发与应用历程 基于公路养护科学决策核心技术而研发的高端检测设备和大型养护分析系统及平台是支撑公路养护科学决策的主要手段。

       ①路况快速检测技术及设备的研发与应用历程

       公路技术状况检测是一切公路养护活动的基础。公路技术状况检测技术经历了从人工检测、单指标自动化检测到多指标快速检测三个发展阶段。

       第一阶段：在上世纪 40 年代之前，公路主要性能指标如破损、平整度主要依靠人工通过皮尺、直尺等简单工具进行丈量的方式获得。

       第二阶段：上世纪 40 年代美国研发了早期的平整度自动化检测设备 BPR 平整度仪，随后英国、法国、澳大利亚等国在此基础上陆续开发了检测速度更快的平整度检测设备如颠簸累积仪（BI）、APL 纵断面分析仪、NAASRA 平整度仪等。随着激光和超声波技术的广泛应用，道路平整度检测设备发展迅速，如英国 TRL 研制的激光平整度仪、美国南达科他州的激光断面仪、丹麦的 RSP 和Profilograph 以及瑞典的 RST 等，并逐渐将车辙检测功能与平整度检测功能集成到同一套设备中，初步实现多指标同步检测。

       国内对道路平整度检测设备的研制起步较晚，20 世纪 80 年代以后才有了较大的发展，研制生产了连续平整度仪、颠簸累积仪等检测设备，之后从国外引进了先进的平整度检测设备，为我国高等级公路的快速检测评定和路面管理系统的大量数据采集发挥了积极作用。

       第三阶段：国外路面损坏自动化检测技术及设备研发时间大约开始于上世纪 70 年代，至今大致经历了 4 个发展时期，第一代是基于摄影技术的路面损坏检测，属于半自动化检测技术，其特点是能够明显减少野外作业时间，减少检测工作对交通流的影响，但采集的图像数据仍需要在室内进行人工处理。第二代是基于模拟摄像技术的路面损坏检测，需要多个相机，代表性设备是美国的PCES 系统，采集的图像已可部分由机器识别辅助人工处理。第三代是基于数字相机技术的路面损坏检测，代表性的设备是澳大利亚的 Roadcrack，采集的图像已可完全由机器识别，可识别 2mm 以上的裂缝，识别准确率可达到 85%以上。

       第四代是基于线扫相机技术的路面损坏检测，只需一个相机，图像的分辨率更高，可识别 1mm 的裂缝。在路面损坏自动化检测技术日趋成熟的同时，从上世纪 90 年代开始，一些国家相继开发了路况多功能检测系统，逐步将平整度、车辙、构造深度、几何线形等路况检测功能与路面损坏检测功能集成到同一套设备中，其中代表性的设备有澳大利亚 ARRB 集团的路网检测车 NSV、加拿大的ARAN、美国的 DHDV 和英国的 HARRIS 等。

       我国从上世纪 90 年代开始多功能路况快速检测设备的研制工作，由于当时公路建设的快速发展，使我国公路养护里程迅速增长，与此同时，重载交通和交通量快速增长，路面大中修养护需求快速出现。我国通过世界银行、亚洲银行等国际贷款项目，引进了大量的路况快速检测技术及设备。但由于路面损坏等关键技术指标的国外技术垄断、升级力度不够、技术支持不足、维护成本高等原因，引进的路况快速检测技术及设备基本上都未能得到有效的应用，许多设备长期闲置。

       2006 年，国内开发出第一代基于线扫技术的多功能路况快速检测系统，可实现车流速度下路面损坏、平整度和前方图像三项指标的同步采集。通过路面损坏识别系统自动识别和处理采集的路面损坏图像，对裂缝、坑槽等路面损坏进行自动分析和处理，找出裂缝位置，计算裂缝长度、宽度和路面损坏率，结果直接导入路面管理系统，用于路况评价和养护分析。相关技术的开发促进了公路快速检测技术及设备的应用。

       2007 年本公司成立后，根据国内公路养护快速发展的需要，以及国外对相关设备的需求，本公司对相关技术进行了进一步的研究开发，充分吸收了欧美其他国家的现行标准和规范，采用了立足国内、面向国际的技术思路，开发了新的路面平整度检测技术、车辙检测技术和数据处理算法、三线纹理检测技术、地理位置和几何线形检测子系统、损坏识别控制系统。新一代系统适用于各类道路路况快速检测，采用模块化的结构，最多可同时检测及采集路面破损、平整度、车辙、构造深度、前方图像、几何线形等 7 类指标 39 个参数。

       随着干线公路交通流量的快速增长，公路养护对快速检测技术及设备提出了更高的要求。2011 年 7 月，由本公司参与编写的 GB/T 26764-2011《多功能路况快速检测装备》国家标准由国家正式发布，并于 2011 年 12 月 1 日起开始实施。《多功能路况快速检测装备》是我国公路养护领域的一项重要标准，指导我国路况快速检测技术及设备的规范化应用。

       由于多功能路况快速检测设备结构复杂，数据采集及处理技术难度较大，目前国内开展此类设备研制及生产的机构不多，各厂商间在元器件构成、原理、算法、服务方面均有一定差异。

       ②养护分析决策技术及分析系统的研发与应用历程

       I. 网级养护决策技术及分析系统研发与应用历程

       在关注路面损坏检测技术和检测设备的同时，西方发达国家研究了路面使用性能评价方法、评价技术和评价标准；在此基础上建立了路面长期性能预测模型，开发了路面养护分析决策模型、养护资金优化分配模型，研究开发了公路养护投资效益分析技术与方法。基于上述养护分析理论、方法与技术，北美等发达国家在上世纪 70 年代提出了路面管理系统概念，并通过计算机技术实现了公路网评价、性能预测、需求分析、养护项目排序和优化决策，开发形成了最早用于网级公路养护辅助决策的路面管理系统。90 年代后，由于计算机技术的发展和普及进一步扩大公路管理的范围，由路面管理系统扩展到路线、路基、构造物、设施等全资产的养护决策与管理，形成公路全资产管理系统。

       目前，国外较有影响的管理系统产品有加拿大 Deighton 公司开发的 d Ti MS资产管理系统，世界银行组织开发的 HDM-III 和 HDM-4 系列分析系统，美国AASHTO 开发的 HERS-ST，英国制定的 UKPMS 路面管理系统技术标准。世界上有70%以上的国家已经建立并使用各种不同的路面管理系统。

       我国路面管理系统的研究起源于 1983 年。1983 年至 1985 年，我国引进了英国的 BSM 路面管理系统。在试点应用的基础上，结合当时国内公路养护管理的特点，基于 BSM 技术和构架，在 1985 年，研究开发了我国第一套具有中英混合技术的 PMMS 路面养护管理系统，并在福建龙岩和云南试点应用。

       通过深入的理论研究和大量的道路实验，在充分吸收国外新技术和成熟经验的基础上， 1990 年我国成功开发了具有自主知识产权的干线公路路面管理系统。路面管理系统是在集成环境下具有公路使用性能评价、路面使用性能预测、交通量及组成预测、交通流车速预测、养护费用预测、用户费用预测和养护决策分析等多功能的大型系统。它的开发和应用改变了我国长期以来路网养护管理依靠主观评价、经验分析的传统低效方法，对提高公路养护工作的效率、提高公路养护技术水平，起到了一定的推动作用。

       2007 年本公司成立以后，在原有路面管理系统技术基础上，开展了包括高速公路数据管理技术、公路模型数据管理技术、交通量管理技术、路面养护管理技术、构造物管理技术、日常养护管理系统技术、养护计划编制技术、养护工程管理技术、养护分析系统技术等研究，开发了新一代国省干线及高速公路管理系统 CPMS 系列产品，实现路况信息管理、公路技术状况评定、养护分析决策、日常养护管理、中长期养护规划和年度养护计划等功能。目前，国内同类产品不多，由于作为公路资产管理系统的核心部分——路面管理系统需要大量的理论模型及关键技术作支撑，一般的软件公司并不具备关键技术及模型开发的能力，因此大部分软件公司只有针对日常工作管理的一些应用系统的开发。

       II. 项目级养护决策技术及分析系统研发历程

       根据公路养护管理工作的需要，很多路网发达国家（例如英国、美国、澳大利亚、日本等）都组织制订了用于项目级公路养护分析的技术标准和规范，构建了完善的养护分析工作流程，在项目级养护分析决策过程中普遍应用了先进的全寿命周期费用（LCC）分析技术，并且还开发了配套的检测设备和软件分析系统，形成了严格的工作标准。

       在项目级公路养护分析决策领域，我国长期以来缺少关键技术支撑，养护决策多凭经验，导致路面寿命过短、养护频率过高，成为制约公路养护发展的瓶颈。近年来，针对上述突出问题，依托一系列重大科研课题，本公司开展了系统全面的研究工作，形成了关键技术、系列装备、大型软件及标准规范，建立了项目级养护分析技术体系，为我国实现公路路面全寿命养护设计、节约养护成本提供了成套技术。

       （2）公路养护科学决策专业咨询服务的发展历程

       ①国外公路养护科学决策咨询服务发展历程

       由于较早就实现了公路的养管分离，英美等发达国家从上世纪 70、80 年代就开始兴起专业化的养护决策咨询服务。发达国家养护运行的基本运作模式是：政府交通主管部门负责制定公路养护规划、编制年度养护计划、确定养护工程企业、支付养护费用、监督工程进度，发挥宏观决策作用；独立的公路养护咨询企业或中介机构，负责路况检测、路况评定、养护分析、养护设计等技术咨询工作；具体大中修养护工程则由有资质的公路工程公司通过投标实施，实施过程中咨询公司予以技术指导和质量监督。

       国际上有多家著名的咨询公司如 JACOB Babtie，Scot Wilson，Atkins 等为各级公路管理部门提供从网级到项目级的决策咨询服务，负责公路网技术状况调查、编制区域公路网养护规划、制定年度养护计划、准备相关招标文件和养护工程合同、监督养护工程实施的进度和实施公路养护技术培训等。目前世界银行、亚洲银行在世界各地贷款的路网改造项目都要求有专业化养护咨询公司的参与，并通过全球范围的公开招标购买养护决策咨询服务。

       ②我国公路养护科学决策咨询服务发展历程

       公路的科学养护决策咨询是在相关核心技术及产品研发成功后才逐步兴起的。以下分网级养护决策咨询和项目级养护决策咨询分别叙述我国公路养护科学决策咨询服务的发展历程。

       I. 网级养护决策咨询服务

       2003 年以前，网级养护决策咨询以路面管理系统的维护及技术支持为主，只有少数的公路管理部门会委托公路检测机构不定期地对公路网技术路况进行检测，提供简单的路况评价报告，并非真正意义上的养护决策咨询服务。此后，一些公路管理部门发现，由于技术应用的复杂性，如要真正实现路网科学养护决策，不仅必须保证路况数据的准确性，而且需要专业人员根据路网和管理部门的实际情况进行专业化的模型标定和养护分析，由专业第三方完成上述工作是比较高效、经济的方法。2004 年，我国出现了第一个现代公路养护科学决策技术咨询的雏形。

       自2007年，随着 Ci CS 技术的日臻成熟以及本公司业务发展需要，本公司实施了有计划的、面向全国的、以路况快速检测和科学养护决策为核心的公路养护科学决策技术工程化应用工作，正式开创养护决策咨询行业。本公司开始了较大规模的网级养护咨询服务，为公路管理部门提供从路况检测、自动识别数据处理、路况评价、养护需求分析、养护投资效益分析到养护资金优化分配的一揽子技术服务，提供专业化的路网养护分析报告。

       目前，国内也有一些检测机构或咨询机构从事网级养护决策咨询服务，与公司的差别主要有四个方面：一是其他机构普遍采用人工方式进行路况数据处理，而本公司则主要应用计算机识别技术进行自动处理，二者在数据质量、处理效率等方面存在较大差异。二是其他机构大多是根据路况检测数据出具简单的检测评定报告，未涉及技术含量较高、应用范围更广的养护分析内容；三是其他机构更多是以地市或高速公路经营公司所辖局域路网为评价分析对象，在宏观把握全局路网的客观养护需求和资金优化分配等专业咨询方面优势不突出；四是部分机构虽然根据业主需要开展不同程度的养护建议分析，但由于在数据基础及分析模型方面积累不足，数据集成化程度不高，导致提交成果的质量、深度和内容丰富性均与公司存在一定差距。

       II.项目级养护决策咨询服务

       2008 年以前，我国一直缺乏项目级养护决策咨询的支撑技术，没有相应的方案决策流程。一般情况下，公路管理部门会直接委托设计院按照新路设计方法进行养护设计，有些地方甚至没有相应的养护设计，根据主观经验确定养护方案。

       2008 年后，本公司研究开发并不断完善项目级分析成套技术，通过大规模工程化应用及示范，形成了项目级决策咨询服务的业务模式。

       当前，在项目级决策咨询业务领域，与其他设计或咨询机构参照新路设计和依靠经验决策的传统业务模式不同，本公司已经构建了一套完整的从专项调查、病害诊断、方案设计到方案优选的项目级养护分析技术体系和工作流程。

       依托多项部省级重大科研课题，对路面长期性能预测、大中修养护周期分布、病害原因诊断、养护方案设计和全寿命周期费用分析等方面开展了系统地研究工作，提出了多指标、全寿命养护设计理论及方法，开发了配套的软件分析系统和系列检测设备，并开展了大规模的工程化验证和应用。相关技术支撑了《公路沥青路面养护设计规范》的制订，实现了路面养护设计从经验决策向科学决策的转变。

       从本行业相关技术发展历程来看，目前，我国已经初步形成了一整套的公路养护科学决策技术体系，相关核心技术已逐步应用于设备、信息系统等产品，技术、设备、信息系统、经验和人才等又为咨询服务奠定了基础，从而使我国逐步形成了公路养护科学决策技术服务行业。

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