运营公路隧道大数据决策支持系统CJTIMS建设I期可行性方案模版

1、XXXXX集团科研项目可行性方案项目名称：基于数据挖掘的xx基础设备智能化管理辅助决策系统（CJ-TIMS）xx（I期）承担单位： XXXXX XXXXX 起止年月： xx年5月2015年1xx月 项目负责人： 通信办公地址： XXXXX xx号码： xx25 联系电话： 电子邮箱： 2018年 5 月 23 日订目 录 TOC o 1-1 h z u HYPERLINK l _Toc388613080 一、趋势判断和需求分析 PAGEREF _Toc388613080 h 1 HYPERLINK l _Toc388613081 二、研究内容和技术关键 PAGEREF _Toc38861308

2、1 h 16 HYPERLINK l _Toc388613082 三、执行年限和计划进度 PAGEREF _Toc388613082 h 27 HYPERLINK l _Toc388613083 四、工作条件和环境保障 PAGEREF _Toc388613083 h 28 HYPERLINK l _Toc388613084 六、预期效果和风险分析 PAGEREF _Toc388613084 h 31 HYPERLINK l _Toc388613085 七、主要研究人员情况 PAGEREF _Toc388613085 h 33 HYPERLINK l _Toc388613086 八、资金来源和投

3、资预算 PAGEREF _Toc388613086 h 34 HYPERLINK l _Toc388613087 九、合作形式和合作单位建议或意见 PAGEREF _Toc388613087 h 35 HYPERLINK l _Toc388613088 十、承担单位建议或意见 PAGEREF _Toc388613088 h 36PAGE PAGE 39一、趋势判断和需求分析 “智慧城市”理念概述“智慧城市”是指依照科学的城市发展理念，利用新一代信息技术，在泛在信息全面感知和互联的基础上，实现人、物、城市功能系统之间无缝连接与协同联动的智能自感知、自适应、自优化，从而对民生、环保、公共安全、城市

4、服务、商务活动等多种城市需求做出智能的响应，形成具备可延续内生动力的安全、便捷、高效率、绿色的城市形态。智慧城市带来的改变不仅限于理念范畴，它将使城市的生产方式、生活方式、交换方式、公共服务、政府决策、市政管理、社会民生等方面造成或产生巨大和深远的变革。城市中现有基础设备及各种功能系统，无法满足智慧城市的发展要求。通过在传统的工程性基础设备和社会性基础设备上，增加感知、交互、智能判断、协同运作等能力，使得原有城市xx基础设备具备信息化能力，是实现智慧城市的必要条件。“智慧城市”xx的战略目标是构建一个现代化的城市服务及管理体系，以技术创新带动制度创新，以机构重组和业务再造为中心，形成信息化时代

5、的业务平台和管理平台，进而奠定未来城市核心竞争力的基础。智慧城市以阻碍城市发展的主要问题入手，需要做好统筹规划设计、围绕城市发展重点开展智慧城市xx、发挥信息资源的价值潜能、应用先进适用的信息技术开展智慧城市xx以及确保信息安全。我国将启动智能xx、智能电网、智能水务、智能环保、智慧医疗、智能养老、智慧社区、智能家居、智慧教育、智慧国土等10个领域智慧工程xx，深化重点领域的智慧化应用，为公众提供更加便捷、高效率、低成本的社会服务。国内外产业领域现状2.1xx基础设备行业总体现状上世纪九十年代以来，围绕加快xx“四个中心”、实现“四个率先”的战略目标，CZ始终坚持将城市xx基础设备xx放在先导

6、性、基础性的战略地位，开展了高起点、大规模、快节奏的城市xx。截至xx年底，全市城市道路4963条，城市桥梁2145座，道路总面积9910万平方米，总长度4636km，CZ市公路合计里程约12084km，其中高速公路通车里程达806公里（含外环线），确立了“申”字形快速路骨架和浦江两岸一体化的xx格局，市域范围形成“两环、九射、一纵、一横、两联”高速公路网格局。然而，随着CZ城市xx基础设备xx的快速发展，xx基础设备逐渐由xx转向养护修理修缮管理，统计显示，xx年，CZ市管养公路养护修理修缮面积达685万平方米，预计需投入维养经费19.2亿元，且不包括城市道路养护，及城市道路与公路的大中修项

7、目，如G1501高速公路大修项目，计划投资36亿元，城市道路xx年计划预养护327万平方米，修理修缮41万平方米，预计xxxx年间年均城市道路预养护面积在240万平方米以上。根据上述数据估算，CZ市在城市xx基础设备领域，每年投入的养护修理修缮费用规模超过60亿元。但是，现状城市交建运行管理水平难以适应如此大规模的xx基础设备养护修理修缮管理需求。城市xx基础设备运营管理信息化程度总体不高，与“智慧城市”的xx目标存在一定差距。据调查，现有道路xx相关基础设备（包括城市道路、公路以及影响其结构安全的桥梁）的技术状况检测监测的周期各不相同，一般可分为日常检查、定时检查检测、特殊检查检测三种，以自

8、动化检测手段为主，配合实地调查。然而，在特大型桥梁和隧道的检测监测方面，自动化和信息化程度较差，以桥梁工程师和隧道工程师人工检查检测为主，数据的采集不具备连续性，未能对桥梁和隧道的运营的健康状况进行实时动态监测，对结构安全的突发状况和潜在风险未能快速传递到管理部门，致使应急预案的响应滞后，已经难以满足公众对于大型基础设备运营安全的期望。随着社会经济的发展，“智慧城市”的xx理念不断创新，智能监控手段的不断提升，针对城市xx基础设备的运营维护提出更高的要求，如何有效地收集、整合CZ地区影响重大的基础设备的监测、检测和养护信息，建立一体化的信息管理平台，辅以智能决策系统，及时为突发事件的应急响应、

9、基础设备的预防性养护和大中修提供决策建议，确实有效地为城市运营安全提供技术保障，已在政府和行业间形成了高度一致的认识。2.2道路管理系统及其决策与管养技术研发现状2.2.1道路管理系统发展现状道路管理系统，其核心主体是指以保证路面使用功能，满足行车安全与舒适性的路面管理系统。xx年美国路面管理指南中定义路面管理系统是指一系列的工具或方法，用以帮助决策者在进行路面养护时能够找到最优策略，从而使路面在一定时期内保持良好的使用状态。70年代，随着基础设备的管养越来越被政府重视，国际上的研究开始转向里程最长，xx流量最多的城市道路设备的监控。最早出现的是路面养护管理系统。路面养护管理系统起源于美国和加

10、拿大，1971年第一次出现了路面养护管理系统的术语。70年代后期，美国和加拿大的许多州和省相继建立和实施网级路面养护管理系统。到80年代中期，美国约有35个州和省己建成或基本建成路面管理系统。20世纪80年代，我国公路管理部门就相继采用各类关系数据库建立了一些公路路况数据库，研制了旨在提高公路规划和管理水平的管理系统，包括路面管理系统(CPMS)、桥梁管理系统(CBMS)等。1988年，CZ市政工程管理处联协议济大学开发“CZ市路面养护管理系统(SHMPS)”，并提出了城市道路路面使用性能数据的采集方法、评价模型、路面养护对策的确定方法、养护项目的排序方法以及资金投入分配的方案等。90年代以来

11、，以美国德克萨斯大学的哈德森教授为代表的研究人员，开展了将地理信息系统(GIS)应用于城市xx基础设备管理的研究工作。xx年，xx省xx厅与中国科学院遥感应用研究所联合开发了地级市公路数据库TransGIS，建成了基于GIS的公路信息系统。美国ARORA咨询工程协会xx年开始研究xx基础设备的全寿命周期管理，通过系列工程计划从研究推广到应用，xx年xx月提出了数字化道路工程的全寿命周期管理“Integrated Information Roadway Project & Life Cycle Management”，作为其设计、xx、运营的数据支撑。xx年CZ建立了以Arcview为平台的xx

12、基础设备管理系统，xx年在全市市政设备普查的基础上将系统升级到基于Visual Basic开发的MapObjects平台，加强了对路面状况指数和其他动态数据的采集，并通过道路辅助决策系统对道路的运行状况进行评估，以及制定相应的养护计划。目前，路面管理系统不论在理论上还是在方法上日趋完善，许多国家和地区已经进行了富有成效的开发与应用，带来了一定的经济和社会效益。但纵观国内现存的路面管理系统，仍存在一系列的问题，表现在以下几个方面：数据采集手段和方法落后；数据准确性、可靠性和连续性严重不足；数据开放性和可共享性不足；在评价与预测方面，评价指标体系间存在巨大差异；现存的路面管理系统多为网级，而不是项

13、目级。可见在该领域国内外已有较多探索和成功案例，但尚无涵盖城市xx基础设备管养的成套的技术系统，也没有公开的技术标准。但是，城市xx基础设备管养的信息化、智能化管控既是智慧城市xx的重要主题，也是城镇化发展过程中的必然要求，作为“十二五”的重点发展方向，本项目的技术研究具有很强的必要性和广阔的应用前景。2.2.2 养护修理修缮与决策技术发展现状养护修理修缮与决策技术方面，目前国内外主要进行了包括沥青路面使用性能评价，沥青路面使用性能衰变模型，沥青路面养护措施，沥青路面预防性养护决策，水泥路面性能评价及预测及水泥路面的预防性养护等研究。总体来看，我国在这方面的研究工作起步较晚，决策模型、养护措施

14、类型也相对单一，另外对养护措施的评价及使用范围缺乏规范指导，造成许多新型养护未能得到大规模的推广应用。因此，未来在搭建xx基础设备全寿命周期管理辅助决策支持平台时，在养护修理修缮和决策层面还有待进行更为详实的系统研究。2.2.3国内外路面快速检测技术发展现状 = 1 * GB3 澳大利亚ARRBxx研究所路面信息检测车Hawkeyexx系列图1.1 Hawkeyexx 外形 图1.2 Hawkeyexx六大组建系统澳大利亚ARRBxx研究所开发的路面信息检测车Hawkeyexx外形及主要组建部分分别见图1.1、图1.2。该检测车由由以下子系统组建：数字断面系统，图像系统，GPS&DGPS系统，

15、GIPSI几何系统和软件系统。加拿大Fugro-Roadware多功能道路检测车ARAN（Automatic Road Analyzer）9000型号图1.3 ARAN（Automatic Road Analyzer）9000组建系统加拿大Fugro-Roadware多功能道路检测车ARAN9000型号，如图1.3所示，该系统采用模块化设计理念，利用网络把各个子系统整合在一起，同步采集精确可靠的道路路面数据和以地理信息为基准的图像数据，为路网现代化管理提供科学依据。ARAN9000包含汽车底盘、电源系统、监控系统、各个子系统（平整度、纹理、车辙、坡度、路面病害、路况摄像等）、采集软件和管理软件

16、，并进行计算机即时和室内后处理。xx运输部公路科学研究所“多功能路况快速检测系统（CiCS）多功能路况快速检测系统（CiCS）是我国首个具有完全自主知识所有权的路宽快速检测装备。CiCS能以车流速度进行不干扰正常xx条件下的路面病害、平整度、车辙、纹理深度等10余项指标的同步快速检测，检测路面裂缝分辨率达到1mm。该设备采用13个垂直激光位移传感器和4个大功率长量程斜射激光传感器，检测宽度3.6m。图1.4 CiCS系统组建图1.5 CiCS模块组建截止xx年xx月，多功能路况快速检测系统（CiCS），如图1.4所示，已销售至18个省，共计24台，在全国累计实施国省干线公路检测近44万公里，履

17、行了xx年全国干线公路养护管理检查的外业检测任务。但是这些检测仅适于网级检测，检测范围较粗，无法指导养护修理修缮的设计施工工作。2.2.4 路面快速检测技术现状与问题车辙检测技术车辙检测技术发展历经人工量测、超声波技术、激光点技术、以及正在发展的激光面技术等多个阶段，是一个由一维检测发展至二维检测，最后逐渐进入三维检测阶段的过程。国内路面检测系统中的车辙检测技术目前多为激光点技术。激光位移传感器不受光照、天气等的影响，并且具有很高的测量精度和速度，是目前国内外应用最为广泛的自动化车辙检测设备。路面裂缝检测技术目前发展的是全自动裂缝的识别与评价系统，实现自动识别裂缝类型、计算裂缝特征参数、判断裂

18、缝严重程度并统计裂缝数量。系统一般包含三部分：图像获取、图像处理与图像说明。系统精度主要受限于图像采集技术与裂缝检测算法。2.3 桥梁数字化管理系统研发现状2.3.1 桥梁结构现状与工程需求公路网系统是保障国家经济xx和民生的重要社会基础设备，桥梁是这一生命线工程的重要组建部分。桥梁结构在服役过程中，由于受到如设计标准、施工质量、材料退化、极端荷载和偶然事故等各种内外因素的作用和影响，其结构安全性可能未能得到完全保障。另一方面，随着经济的发展，桥梁结构所负荷的xx流也急剧增加，甚至可能超出了当初的设计标准。这些因素将直接或间接地危及桥梁结构安全，从而影响人民生命财产安全和国家经济xx。因此，世

19、界各国特别是发达国家对桥梁结构安全保障技术的研究历来高度重视。上世纪90年代以来，我国公路网xx得到了迅猛发展，桥梁数量大幅度增加。至xx年底我国公路桥梁总数达到了65万座，已经超过美国成为最大的公路桥梁国家。其中40m跨径以下中小跨径桥梁占到桥梁总数的90%以上，这些桥梁又以传统常见的板、梁、拱结构为主。一般认为，桥梁使用超过25年就进入加速退化期，称之为老龄桥梁。欧美日等发达国家的情况也表明，其在经济高速发展期的20-30年内建成桥梁数量达到了其桥梁总数的70%以上，而大规模桥梁xx履行约20-30年后均面临着巨大的桥梁管养工作。据统计，我国在役桥梁中的40%属于老龄桥梁。随着xx高峰期的

20、过去，老龄桥梁的比例还将增加。xx年全国桥梁普查资料文件资料显示，全国普查出危桥13303座，达468888延米。美国每年约有5000座桥梁退化为缺损桥梁，法国、德国和挪威，缺损桥梁比例分别达到39%、37%和26%。据统计，美国每年桥梁修理修缮资金约为30亿美元，由英国、法国、德国、挪威、南斯拉夫和西班牙的国家公路研究所共同承担的“欧洲桥梁管理”（BRIME）项目统计表明，目前欧洲各国每年用于桥梁维护的费用占所有桥梁重建（假设）费用的0.5%1%左右，而在拥有大量高龄桥梁的美国纽约，这个比例高达8.5%。老化结构的修理修缮、加固费用大大超出了人们的想象，尤其是近几十年桥梁退化问题日益突出，资

21、金投入的增长往往跟不上对资金需求的增长。据统计，自上世纪初到现在全世界约有400多座桥梁发生了垮塌事故，80%以上的事故是人为失误因素造成的，这些人为失误主要反映在结构的安全、质量和管理环节。长期以来，桥梁工程学科研究的重点工作主要集中在结构的设计、施工阶段，对现有结构的重视不够，重xx，轻管养，而对桥梁结构的老化问题和xx流增加带来的结构负荷增加问题一直没有给予足够的重视，使得老化结构由于缺少有效的维护和加固常发生重大的安全事故。我国近年来桥梁重大安全事故时有发生，凸显了我国桥梁运营阶段安全保障技术的严重不足和管理滞后。2.3.2 桥梁安全保障传统技术研究现状目前，桥梁检测、评估及信息管理是

22、保证桥梁安全的主要手段，其主要目的是发现桥梁早期的退化过程，并调查退化起因，以便在合适时机采取合理的加固修理修缮措施。在桥梁管理系统方面，为了能够有效地把握桥梁结构的安全状况，世界各国均建立了桥梁管理系统，如美国的联邦公路管理局开发的Pontis系统和联邦公路研究合作组开发的BRIDGIT系统、丹麦的DANBRO系统、日本的JBMS等。我国关于桥梁管理系统的研究虽然起步较晚，但也有xx部开发的“公路桥梁管理系统(CBMS)”、铁道部大桥局设计院研制的桥梁数据库系统、同济大学开发的城市桥梁管理系统等。这些桥梁管理系统能够对区域内多座桥梁信息进行管理，但未能提供桥梁安全状态的实时信息，系统的及时性

23、和针对性不足。2.3.3 桥梁健康监测系统技术和物联网技术在20世纪90年代后期，世界范围内兴起了一股对桥梁健康监测的研究热潮。结构健康监测技术结合了传感技术、信息技术和结构分析技术等，力图通过对结构所处的环境影响、xx荷载、结构响应等信息的监测，实现对结构的安全性、适用性和耐久性的综合评价，从而提高结构的运营管理效能，同时也为了解结构的受力性能、验证设计假定、优化设计规范、科学养护管理等提供合理的依据。此外，物联网是近年来发展起来的新一代信息技术的重要组建部分，是指通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别（RFID）技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术，实时

24、采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和监控。桥梁健康监测系统是物联网技术的具体体现，全过程均体现物联网概念。物联网技术的发展也促进了结构健康监测技术的进步。桥梁健康监测系统和物联网技术的出现，为提升和完善传统桥梁安全保障技术提供了新的手段。2.3.4 结构安全状态识别方法研究现状基于健康监测数据进行结构损伤识别并基于损伤识别的结果进行结构的安全性评估是结构健康监测的主要目标之一。完整的结构损伤识别过程应包括有损伤判别、损伤位置识别

25、、损伤程度估计以及剩余寿命估计4个层次。结构损伤诊断方法可以分为基于静力的结构损伤识别方法和基于振动的结构损伤识别方法，其中基于振动的结构损伤识别方法由于具有快速、方便以及不需要中断运营等优点而成为近年来的研究热点。2.3.5 桥梁xx荷载监测研究现状桥梁xx荷载是桥梁正常使用情况下的主要荷载源，其运行状况是影响桥梁安全状况的重要因素，尤其是超限超载车辆是造成桥梁破坏的重要原因之一。 xx运行状态监测主要是对道路上的xx流以及xx荷载进行监测，常用的方法主要有静态称重、动态称重以及视频监测。静态称重对行车速度要求较严格，影响正常的xx，动态称重系统的造价较高，而视频监控目前仅停留在显示xx图像

26、的阶段，未能对监控图像进行深入的分析和处理。综上可知，进行中小桥梁安全监测和xx运行状态监测的研究对提升我国的中小桥梁安全技术水平，保障xx路网的通畅和国民经济的稳定发展具有重要意义。2.4 隧道数字化管养现状上世纪90年代以来，我国城市xx城市快速xx网络得到迅速发展，仅以CZ地区为例，目前CZ已建成的越江隧道有十三条，地下快速通道三条，车道数量超过四十条。其中大部分隧道迄今为止已运营超过十年。而面对日益增加的城市xx压力与和谐社会的xx要求，隧道结构安全、设备运营、能耗管理、环境健康等逐渐成为隧道运营管理的重点。新的形势下，隧道运营管理信息量大、安全风险增加、实施过程复杂等问题逐步凸显，信

27、息化、集成化管理已成为隧道管理的必然趋势。目前，国外的大学和研究机构在xx工程项目数据管理平台研究中针对信息化、集成化方面取得了一些成果，形成了相对完善的理论体系，但由于国外大型工程xx项目较少，在实际工程应用上经验很少。悉尼大学土木工程系提出了基于全寿命期目标的一般项目管理模型。这个模型将整个项目的xx过程集成起来，从传统的费用、时间和质量目标转变为全寿命期的目标，与过去的项目管理模型进行对照，描述了一般全寿命期项目管理的基本原理和框架。英国Salfold大学自动化和集成化建筑研究所提出了集成化的建筑环保的概念，分析它对建筑全寿命期维护的影响。英国剑桥大学智慧基础设备与施工技术中心提出在工程

28、设计、施工、项目管理、运行管理集成的模型。它适用于高速公路建造，能对项目进行进度评估、过程监控和成本时间权衡分析。日本的项目管理信息化进行的比较系统，其行业标准规定也比较统一。日本近年来主要是大力推进xx项目全生命周期信息化，即CALSEC(Continuous Acquisition and Life cycle SupportElectronic Commerce)。日本政府xx年开始在国家重点工程xx项目中全面实行xxCALSEC。与公路、桥梁等xx项目的信息化管理相比，数字化技术系统应用于隧道工程项目全生命周期管理的尚无先例。但国内尤其是CZ地区，随着一部分大型盾构法越江隧道运营超过1

29、0年，涉及到结构安全、环保节能等方面的问题开始暴露，学术界和工程界对隧道运营管理研究的重要性和必要性逐步达成了共识，并开展了较广泛的研究工作，取得了一定的成果，但还存在诸多不足：（1）目前关于隧道运营安全的研究大多集中在隧道防火、通风监控、人员逃生等方面，所提出的的处理方法也都停留在这些方面，而针对安全管理预防性策略的研究相对较少。（2）针对隧道预防性养护管理决策研究较少，也无法准确制定针对性的公路隧道预防性养护、管理对策。（3）缺乏信息化的评价、决策和管理手段，尚无针对隧道运营综合性的软件平台，并且管理过程中，缺乏信息化、网络化的支持。（4）国内绝大部分隧道的投资、设计、xx和运营仍然处在分

30、割阶段，不同阶段的数据没有实现真正意义上的融合与共享；在运营管理的方法上尚缺乏一套完善的行业标准和一套科学合理的处理突发事件的应急预案，也没有一套完整的，经过实践检验的公路隧道运营安全管理手册。上述问题使得管理成本较高，而管理效率低下。智能化xx基础设备管理系统发展趋势从国家层面来看，xx年住房和城乡xx部公布了xx年度国家智慧城市试点名单，确定103个城市（区、县、镇）为xx年度国家智慧城市试点，比xx年试点范围扩大9个。住房城乡xx部要求，各地要针对本地区新型城镇化推进中的实际问题，制订出智慧城市创建目标，做好顶层设计；制订创建任务和重点项目的时间节点；创新体制机制，明确责任和考核制度，落

31、实相关保障措施。试点城市将经过3至5年的创建期，由关于部门组织评估，对评估通过的试点进行评定，评定等级由低到高分为一星、二星和三星。国内大部分“智慧城市”的xx内容都可归纳为： 智慧基础设备、智慧应用、智慧产业三大部分。回观CZ，上世纪90年代以来，CZ把信息化作为覆盖现代化xx全局的战略举措，经过三个五年规划的延续推进，当前整体水平保持国内领先，部分指标达到发达国家先进水平，一批新兴技术创新成果在CZ世博会上得到充分展示和示范应用，这些都奠定了xx智慧城市的基础。推进智慧城市xx，是CZ加快实现创新驱动、转型发展的重要手段，也是CZ信息化新一轮加速发展的必然要求。在CZ市智慧城市xx三年行动

32、计划中，城市xx管理作为重点专项要求如下：围绕城市xx管理中的重点和薄弱环节，利用先进、可靠、适用的信息技术和创新的管理理念，在城市设备维护、xx工程管理等方面，通过强化跨部门数据整合和业务协同,进一步提高城市xx管理的精细化、智能化水平。xx并完善专业网格化管理系统。xx水务管理专业网格系统，实现对防汛堤岸、排水设备等重点部位(件)及江河水污染防治、违法侵占堤岸等重点事件的网格化管理；完善市容绿化专业网格系统，实现对生活垃圾、市容清洁、户外广告、景观灯光等领域的管理拓展；完善市政专业网格化系统，逐步将越江设备、掘路管理等纳入网格化管理范围。xx地下空间管理信息平台。xx地下空间信息基础平台，

33、以中心城区为主要实施范围，履行包括地下综合管线和高架道路、地铁及部分其他地下构筑物的数据xx，开展地下综合管理、地下空间xx风险监控等示范应用；xx地下空间专业网格系统，重点开展对防空和民防设备的防火、防水、治安和非法经营等的网格化管理。可见，市管设备养护及城市xx基础设备管养的信息化和智能化管理平台建立是CZ市智慧城市xx的重要主题。此外，CZ市“十二五”规划以及沪府xx84号资料文件“关于进一步深化本市城市养护作业领域市场化改革工件的指导建议或意见”的关于精神，已对养护市场的改革明确了方向，它推行政府购买服务机制，培育区域运行、强化市场竞争，这就对管理和技术上的创新提出了新要求。 未来路面

34、管理系统的发展将紧密结合具有强大空间数据处理功能的GIS技术，“智慧城市”核心技术物联网、云技术，以及以数字图像识别技术、激光面技术、激光多普勒测速技术为主的路面快速检测技术，并融入资产效益分析管理理念，实现检测数据实时传输、分析、评价与决策，为城市xx基础设备的“智慧化”发展奠定基础。根据xx智慧城市的需求，本课题将依靠科技创新，实现预防性养护、绿色养护、全寿命周期养护，从而使我市基础设备管养体系实现“质”的提升，通过构建城市xx基础设备“大养护”管理信息平台，可以为养护、预养护决策，以及管理单位和政府部门的年度养护计划和资金全面预算提供基础依据，引领城市管理全面进入更高一级的现代化、信息化

35、、智能化的“智慧城市”时代。项目对产业发展的重要意义和作用4.1 提升道路养护修理修缮管理水平，为道路资产管理提供可靠依据项目将围绕建立以项目级城市道路与公路路面养护修理修缮管理系统为主体的xx基础设备养护系统体系为核心目标。重点在路面使用性能评价、道路养护修理修缮辅助决策、路面综合性能快速检测技术集成应用等方面开展攻关研究，研发基于地理信息系统技术，快速检测技术，物联网技术和云技术，具有实时呈现、动态决策功能的新一代城市道路和公路路面管理系统。建立适应于不同道路结构损毁与功能修复要求的一系列道路养护修理修缮方案及材料、施工与质量监控技术标准体系，履行现有经济技术水平条件下，各种养护修理修缮方

36、案及其施工子项的经济成本测算，研发一系列高性能沥青，开发沥青注浆专用设备及材料。形成相关标准、专利、软件和系统，培养高水平的技术团队，技术成果将在CZG1501高速公路大修工程中进行示范应用。项目实现将形成开放共享的项目级道路基础信息及性能状况数据库，形成实时的检测-评价-决策-设计-施工一体化管理系统，同时为道路基础设备资产管理提供可靠依据，将大幅提升CZ市道路基础设备的养护修理修缮管理水平。4.2 提升桥梁管养水平，保障结构安全频繁发生的现役桥梁严峻的安全隐患和桥梁事故，以及亟待提高的管养水平，都使人们强烈的感受到了工程质量的重要性的同时，也更加认识到了对桥梁进行运营阶段的以提高管养水平和

37、保障安全为主要目标的健康监测的重要性。因此，我们在注重xx的同时，也更应该对其营运期间的安全性、可靠性、耐久性和正常使用功能给予更大的关注和重视。桥梁健康监测系统正是在这种条件下应运而生，它是综合现代传感技术、网络通讯技术、振动理论、测试理论、系统辨识理论、信号分析与处理技术、计算机技术、随机过程和可靠度等专门学科于一体的综合体系，其结合智能监控技术应用到桥梁中，可连续、实时、在线的对结构的“健康状态”进行监测和评估，确保桥梁运营的安全和提高桥梁的管理水平。这项课题日益成为国内外桥梁学术界和工程领域的研究热点。大型桥梁健康监测不只是传统的桥梁检测加结构评估新技术，而是被赋予了提高结构管养水平、

38、保证结构安全性、设计验证三个方面更为重要的意义：公路网桥梁健康监测的意义公路网桥梁健康监测的意义提高管养水平保障结构安全性设计验证与科学研究正常运营监控结构健康状态识别与评估结构安全预警结构使用性极限状态预警可靠性与剩余寿命评估设计方案质量的验证结构新知识发现图1.11建立区域路网桥梁结构健康监测系统的工程意义4.3 提高隧道管养效率，对于保障城市隧道的结构安全运营项目将围绕城市盾构法隧道管养的核心技术，在城市隧道数据标准、数据采集、服役性能智慧感知、智慧管养数据挖掘、安全预警和系统集成等方面开展攻关，形成相关标准、专利和软件，培养高水平的技术团队，技术成果将在CZ的城市盾构法隧道工程中进行示

39、范应用，并推广应用到国内其它城市隧道的xx中，引领我国在该领域及相关行业的发展。项目形成的一系列核心技术，包括管养护数据标准、智慧感知、安全评价与预警体系、可为类似工程直接使用，提高管养效率，对于保障城市隧道的结构安全运营将起到直接的作用，具有十分重要的现实意义。4.4沟通协调推进产业发展，形成产业链，城市复制促进公共服务以形成和完善xx基础设备智慧管养产业链为目标，引入多元化的竞争机制，沟通协调发展紧密相关的制造业、通信业与应用服务业。重点突破感知制造业发展瓶颈，推进产业发展，加快培育应用服务业，形成产业链上下游联动、沟通协调可延续的发展格局。引导企业间通过联合并购、品牌经营、虚拟经营等方式

40、形成大型的物联网企业或企业联合体，提高产业集中度。在传感器、核心芯片、传感节点、操作系统、数据库软件、中间件、应用软件、嵌入式软件、系统集成、传感器网关及信息通信网、信息服务、智能监控等各领域打造一批品牌企业。积累经验，以点带面，辐射带动智慧xx基础设备管养产业在全国范围内的发展。积极利用现有存量资源，采取多种措施鼓励社会资源投入，支持市政公共服务平台xx和运营，提升技术、产业、应用公共服务能力，形成资源共享、优势互补的xx基础设备管养支撑服务体系。积极探索该领域公共服务与运营机制，确保形成良性、高效率的发展机制。通过xxICT基础设备、认证、安全等平台和示范工程，加快产业关键技术攻关，构建城

41、市发展的智慧环境，形成基于海量信息和智能过滤处理的新的生活、产业发展、社会管理等模式，面向未来构建全新的城市形态。项目预期的产业规模和市场前景据关于资料文件资料统计，CZ市现有城市道路规模已接近18000km，高速公路规模达到800km，每年仅城市道路养护需投入约30亿元，加上城市道路修理修缮和公路养护修理修缮，整个道路的养护修理修缮市场将超过60亿元。就全国范围而言，道路养护修理修缮的市场规模在千亿级。而道路的修理修缮养护仍处在经验决策阶段，所采用的修理修缮方案、养护方案、养护时机均存在随意性和盲目性，致使路面养护修理修缮效力低下，造成能源和资源浪费。项目成果将大力提升道路养护修理修缮的技术

42、水平，带来巨大的社会、经济效益。改革开放以来，我国经济高速发展，对重大xx基础设备的xx不断提出新的需求。xx 年底，国务院批准了我国“国家高速公路网规划（7918）”，今后30 年将新建高速公路4 万公里，总长将达到8.4 万公里。另据国家中长期铁路网规划，到xx 年我国铁路总长将从目前的7.4 万公里增加至10 万公里。随着国家xx基础设备xx步伐的加快，我国大跨度桥梁的xx也将高速延续发展。特别是西部地区，多高山峡谷大江大河，对高速公路和高速铁路等xx网络的xx和完善提出了更大的需求。这些桥梁工程不仅对桥梁的xx技术提出巨大的需求，而且对桥梁建成后的维护管理提出了巨大的需求。省域公路桥梁

43、健康监测预警与管理技术成为基础设备建成后延续发挥社会经济功能的重要保证。目前我国城市隧道xx正处于高峰时期，据关于资料文件资料统计，未来十年我国仅超大断面盾构法隧道里程逾1500km。“十二五”期间，CZ、xx、xx、xx、xx等大城市均加大了城市地下快速通道的xx力度，其中仅CZ正在规划即将实施的北横通道、南横通道、南北通道等大型地下快速通道工程投资规模超过150亿。随着大量的城市隧道建成并投入运营，必然对隧道的管养提出更高的要求。本项目依托国内的市场需求研制具有自主知识所有权、达到国际领先进水平的城市隧道“智慧”管养系列核心技术，是推动城市隧道养护和管理产业结构调整、产业升级、企业自主创新

44、的必经之路，市场前景十分广阔。项目预期形成一套基于大数据的城市xx基础设备全寿命周期管理与决策支持平台，具有存储道路、桥梁隧道等静态基础数据，并以一定颗粒度汇聚动态采集信息，并且在数字化的道路、桥梁、隧道分类、养护标准、半自动化判别养护需求、优化养护方案等辅助决策支持功能。预期形成的产业规模为每三年带动承接xx基础设备养护修理修缮工程达100亿。本项目研发的智慧城市xx基础设备全寿命周期管理与决策支持平台的机制和模式，可推广至全国各个省市，为xx智慧城市提供支撑。二、研究内容和技术关键1. 主要研究内容项目立足为“基于数据挖掘的xx基础设备智能化管理辅助决策系统（CJ-TIMS）xx的I期”项

45、目，划分为三个课题进行研究，主要研究内容如下：课题一：交通基础设备维养板块产业发展与商业模式的研究研究内容1：1）CZ市xx基础设备产业现状调查及发展趋势分析主要考察调查分析CZ市全市范围内，道桥隧的xx、建成规模，未来一定时期内道桥隧xx规模的发展趋势；调查CZ市道桥隧养护、修理修缮以及大中修的现状规模，预计未来一定时期内道桥隧养护、修理修缮及大中修的规模及组建；调查CZ市xx基础设备运营管理相关企业规模、市场准入机制、市场竞争环境；2）CZ市城市xx基础设备养护管理模式与政策导向分析从政府职能部门管理模式、机构组织模式、养护资金来源、养护手段方法、主要养护技术、养护原则、检测和修补手段、养

46、护效果评估等方面调查分析CZ市城市xx基础设备管理模式，分析现有的规划政策导向对上述各方面的影响；3）CZ市xx基础设备养护企业管理运营模式与需求调查调查CZ市范围内主要的道桥隧养护企业，分析其主要的运营管理模式、经营特征、市场竞争力，分析企业发展需求，分析提高企业效益的主要方法和手段，重点调查企业对道桥隧运管系统的技术、管理和运营需求，为系统设计的需求分析奠定基础；4）系统平台的市场推广和商业模式探讨在全国范围内调查对xx基础设备运管系统具有潜在需求或正在研发相关专业系统的企业和政府部门，探讨系统平台在异地推广的可行性，存在的问题和困难以及对系统的需求，调查分析现存类似系统平台的推广方式和商

47、业模式。课题二：基于数据挖掘的xx基础设备智能化管理辅助决策系统平台框架总体设计及部分关键技术研究研究内容1：基于GIS与BIM技术的xx基础设备3D管理平台关键技术研究1）三维城市信息平台与BIM模型的无缝衔接关键技术研究研究BIM模型与三维城市平台的数据类型与接口，将BIM模型建立在现有三维城市信息平台之上，形成多精度要求的三维城市xx基础设备的可视化平台，充分利用BIM的信息集成与管理优势，实现xx基础设备管理过程中对模型对象的不同精度管理需求；2）基于BIM的道路、桥梁、隧道管养信息可视化技术研究分析现有道桥隧检测、监测与巡检系统的数据类型、数据反馈形式，研究检测、监测数据与道桥隧BI

48、M模型的接口类型与形式，实现多维度检测、监测数据与道桥隧BIM模型的无缝连接，实现检测、监测数据在3D管理平台上的实时信息呈现；3）评价信息的可视化显示关键技术研究根据道桥隧管理系统评价结果的数据形式及数据接口特征以及道桥隧养护管理需求，选择与之相适应的结构、性能、安全（预警）评价信息显示模式，实现xx基础设备评价信息的多层次显示。4）基于多维度信息数据库的养护与安全评估模拟与分析研究结合以BIM模型为基础的多维度信息数据库，包括设计阶段设计参数、施工阶段施工参数、以及后期管养监测、巡检数据，研究有效合理的智能分析手段实现道路养护和桥隧安全性能模拟，对可能存在的风险进行分析、评估、预警，实现主

49、动实时安全管控。5）基于GIS的xx基础设备信息化管理平台研究结合城市xx基础设备管养措施及决策评价指标，基于GIS平台实现对道路、桥隧多维度信息数据的调用、整合与分析，形成城市xx基础设备的信息化管理模式，为管理决策提供技术支持。研究内容2：智慧城市道桥隧运管系统功能设计及关键技术研究1）智慧城市道桥隧运管系统功能设计包含道桥隧运营状况检测、监测管理功能，道桥隧检测、监测数据处理功能，道桥隧基础信息管理功能，道桥隧使用状况、结构性能及安全评价功能，道桥隧养护修理修缮后评价功能，道桥隧使用状况、结构性能预测功能，养护修理修缮决策支持及决策管理功能，养护生产管理功能，养护修理修缮及大中修计划（工

50、作、资金）功能，养护修理修缮巡检管理功能，养护修理修缮及大中修计量管理功能，造价与定额管理功能等功能设计；2）道路服务水平与结构性能综合评价指标体系研究沥青路面损毁特征及其定量分析；水泥路面损毁特征及其定量分析；沥青路面损毁检测方法与评价指标适用性分析；水泥路面损毁检测方法与评价指标适用性分析。半刚性基层沥青路面路基损毁特征及其定量分析；水泥路面路基损毁检测方法与评价指标适用性分析；道路xx设备损毁特征及其定量分析；道路xx设备损毁检测方法与评价指标适用性分析；路面结构损毁特征及其定量分析；路面结构损毁检测方法与评价指标适用性分析；基于项目级路面管理系统的数据维度需求分析；现有数据资源的数据整

51、合方法研究。3）路面使用性能评估体系研究基于综合性能的沥青路面使用性能评价模型分析与确立；基于综合性能的水泥路面使用性能评价模型分析与确立；沥青路面使用性能衰变模型选择、分析与确立；水泥路面使用性能衰变模型选择、分析与确立；路面损毁病害演化模型分析与确立；基于回归分析-概率法的路面使用性能衰变预测体系；基于模糊聚类分析与养护效果的预防性养护区间划分；预养护条件下路面性能衰变规律分析；普通养护与修理修缮条件下路面性能衰变规律分析；基于神经网络的路面使用性能预测模型参数自适应调整技术；基于损毁阈值的路面剩余寿命预测。4）智慧城市桥梁基础设备的病害诊治和管养体系xx的需求分析政策层面的网络级桥梁管养

52、体系；单体桥梁管养对策分析；桥梁管养决策活动对监/检测、评估诊断、修理修缮加固等方面的支持需求；桥梁结构的受力性能、安全指标及其阈限值均与结构类别、构件组建及功能、施工工艺、所处环境等及相关。需要针对结构安全的评估分析方法及数据采集项目、检测安排、监测布点等进行调查，进行桥梁分类体系研究，针对各类桥梁，明确检测和监测各自对应适用条件、结构部位和性能指标。桥梁结构损伤（病害）及性能演变分析；桥梁全寿命管养理论；病害敏感性指标的设计与优化；结构总体性能指标的设计与优化；合理化指标阀值体系的建立；检测、监测最优组合策略和相应内容的制订研究内容3：桥隧安全预警系统框架设计1）桥梁病害诊治和安全评估的关

53、键技术研究建立桥梁数值模型，进行各种荷载条件和环境条件下的数值分析；确立计算整个市政基础设备的结构强度和桥梁病害的数据分析方法；确立估算xx流量和经过车辆的速度、重量和分类的数据分析方法；编写能够反映市政基础设备的健康状态和计算xx流各种信息的综合性分析管理程序。分布式桥梁结构特征抽取算法研究；基于监测信息的在役桥梁的安全状态指标和病害敏感指标（广义效应S）；基于监测信息的在役桥梁的广义抗力（R，包括与指标相关的指标阀值）研究；在役桥梁安全状态指标统计（不确定性）规律研究；基于模式识别技术的在役桥梁安全状态快速诊断及预警技术；基于广义可靠分析的在役桥梁的安全性评估方法；基于安全状态指标的在役桥

54、梁的安全状态趋势（病历）跟踪技术；2）隧道结构安全评估模型与技术研究采集隧道工程施工参数和环境监测信息，并将施工参数和监测信息与隧道BIM模型进行集成整合，同时研究合理有效的智能分析技术，结合周边环境及隧道结构监测数据对未来施工情况进行辅助分析评估，并对可能存在的风险进行分析、评估、预警。采集施工过程中施工参数、隧道结构监测数据及环境监测数据，结合BIM模型对隧道结构进行主动的有限元评估分析。结合施工、运营环境进行相应结构安全性能模拟，提前发现安全事故隐患。研究内容4：基于大数据的xx基础设备时空数据信息采集与集成技术研究1）调查与梳理现有市政设备管养体系内的信息化系统与平台调查CZ市政设备管

55、理现状，包含公路和城市道路、桥梁、隧道管理范围、管理手段、业务流程；管养信息化系统平台的实用性与可操作性调查，数据存储类型及方式等；2）基于道桥隧全寿命周期管理需求的信息采集方法研究研究适合于道桥隧全寿命检测、监测方法，集成现有路、桥、隧等各部门系统的动静态信息，并结合实施监测数据，实现动静态数据与结构化数据的采集，实现与现有系统数据的无缝融合。3）xx基础设备全寿命周期管理数据的汇聚与共享方法研究基于GIS和BIM的国际通用标准，研究制订城市xx基础设备全寿命管养一体化数据标准，包括勘察、设计、施工、监测、检测、维护和养护数据等全寿命数据，实现与现有的GIS、BIM软件的无缝数据融合和数据交

56、换，为系统设计与实施及运营时提供数据信息采集、汇聚的技术规范，制定各系统之间的通信协议、应用数据交换协议、交换数据表示及数据号码定义、监测信息采集规范和通用转换接口等，以确保依照统一的规范进行互联互通、信息共享和交换； 研究内容5：研究基于分析主题的数据仓库与数据集市构建关键技术1）海量数据的存储、预处理、压缩与快速查询技术针对xx设备全生命周期过程数据具有海量、高维、缺失严重、噪音大、数据结构各异等特点，研究多源异构的海量数据在平台中的存储与压缩技术。研究海量数据快速实时查询技术和数据预处理技术，将存储于云平台中数据其转化为能够进行健康状态实时监控与决策的结构化数据集，提供高效率的数据访问功

57、能。2）数据仓库构建技术通过对全生命期数据的类型及特征进行分析,研究全寿命周期数据仓库的构建方法及关键模型,提出数据仓库的体系结构；构建多源异构数据访问与集成接口；针对全生命周期数据仓库的特点，构建数据仓库增量更新的机制；研究时空数据立方体的构建方法，实现构建规则的具有时间和空间维的数据立方体。3）异常、突发无规则风险征兆捕捉技术通过时间序列特征提取，分析出数据中重复发生概率较高的特征模式。由监控系统获取的时序数据，依据所处时间序列的不同，在连续时间流中截取一个时间窗口，窗口内的数据作为一个数据单元，让这个时间窗口在时间流上滑动，以获取和分析不同时序下的数据流，便于快速发现风险征兆和异常模式。

58、研究内容6：基于大数据的xx基础设备全寿命管理信息融合和挖掘关键技术1）多源异构信息集成与融合方法研究集成现有路、桥、隧等系统的动静态信息，实现与道路xx流数据的结合，并采用时空分布模型实现多源数据的融合分析。 2）基于大数据分析的安全预警、状态评估模型与技术研究应用决策树、神经网络、支持向量机等数据挖掘算法实现大数据深层次的挖掘。采集工程施工参数和环境监测信息，将施工参数和监测信息与BIM模型进行集成整合，同时研究合理有效的智能分析技术，结合周边环境及结构监测数据对未来施工情况进行辅助分析评估，并对可能存在的风险进行分析、评估、预警。采集施工过程中施工参数、隧道结构监测数据及环境监测数据，结

59、合BIM模型对道桥隧结构进行主动的有限元评估分析。结合施工、运营环境进行相应结构安全性能模拟，提前发现安全事故隐患；3）整合数据挖掘引擎的大数据模型库的建立整合已有系统数据挖掘引擎和数据分析工具，并结合本项目中道路桥梁隧道的需求建立数据挖掘模型库，实现针对于xx基础设备建管养运一体化的决策支持；研究内容7：智慧型xx基础设备管理与决策支持平台构建1）研究融合云技术与柔性理念的xx基础设备信息化系统 “1总X子”体系和总体架构采用云技术理念融合现有路、桥、隧市政设备管养体系内的子系统，研究基于柔性理念的系统架构，包括信息平台内所有应用功能模块的划分和逻辑结构，数据中心总体功能规划及软、硬件环境设

60、计,并充分考虑系统的可拓展型与兼容性。2）基于云存储的数据平台xx以地理信息系统、BIM为基础，以云技术理论为支撑，建立智慧、开放的市政基础设备管养数据中心， 包括信息中心通信链路、软硬件运行环境。3）整合数据挖掘引擎和智能分析工具的xx基础设备系统决策系统xx整合数据挖掘引擎和智能分析系统的设备运营辅助决策系统安全预警平台xx，构建xx基础设备“建、管、养、运”全寿命周期管理系统平台，履行信息平台的开发、设计、测试、部署和实施，并以地理信息系统和BIM为基础实现可视化展示。图2.1 基于GIS+BIM的xx基础设备管养系统可视化平台构架课题三：运营公路隧道大数据决策支持系统研究与示范应用研究