بخشی از مقاله
چکیده
جاده ها از مهمترین زیرساخت هاي توسعه کشورها هستند و نگهداري و ترمیم آنها از اهمیت بسزایی برخوردار است. به علت عبور و مرور دائمی خودروها، تغییرات آب و هوایی و آسیب هاي دیگر، جادهها در معرض فرسودگی تدریجی قرار دارند. لذا سازمانهاي راهداري کشورهاي مختلف با پایش دائمی وضعیت جادهها، خطمشیهاي تعمیر و نگهداري مختلفی را بسته به شرایط روسازي راهها طراحی و تحلیل می کنند.
بصورت سنتی، تصمیمگیري در مورد زمان و نحوه ترمیم و نگهداري به صورت گزینشی توسط افراد متخصص انجام میشود، ولی با توجه به زیاد بودن تعداد قطعات در یک شبکه راهها، تکراري بودن فرآیند تصمیمگیري، غیر الگوریتمی بودن تصمیمگیري و نیاز به دقتبه منظور عدم تخصیص بودجه اضافی، ترجیحاً این کار باید به صورت خودکار با استفاده از یک سیستم پشتیبان تصمیم انجام شود .
به منظور تعیین اقدامات لازم جهت ترمیم وهداريِنگ قطعات شبکه راهها، ابتدا باید شاخصهایی ارزیابی سطح جاده اندازهگیري شوند، و سپس متناسب با میزان بودجه تخصیصی در بخش مدیریت روسازي و تخمین هزینه تعمیر هر قطعه، خطمشی سازمان براي هریک از قطعات یا براي کل شبکه تعیین شوند . در این مقاله یک سیستم خبره به منظور کمک به فرآیند تصمیمگیري مدیران جهت تعیین خطمشی سازمان توسعه داده شده است که باعث افزایش سرعت و دقت در تصمیمگیري میشود.
.1 مقدمه
جادهها و حمل و نقل جادهاي بعنوان رایجترین نوع حمل و نقل از میان سایر گزینه ها - ریلی، هوایی، دریایی و غیره - ، یکی از مهمترین زیر ساختهاي دست بشر هستند که نقش مهمی در توسعه اقتصادي و پیشرفت کشورها ایفا میکنند. از طرف دیگر، هر جادهاي اگر تعمیر نشود خطرساز میشود. فرسودگی جاده تدریجی اما مداوم است و مرمت آن به هزینهي هنگفتی نیاز دارد.مثلاً در سال 2013 بریتانیا 10/5 میلیارد یورو تنها براي ترمیم چالهها هزینه کرده است .[1] فرسودگی فرآیند پیچیدهاي است، و شرایط آب و هوایی عامل بخشی از این آسیب به شمار میآیند؛ اما مقصر اصلی حرکت اتوموبیلها، و به ویژه کامیونهاي سنگین هستند.
اتوموبیلها به سه طریق اصلی باعث ایجاد آسیب به کفپوش - آسفالت - جاده ها میشوند: 1 - اصطکاكِ - میلیونها چرخ بر روي جادهها به تدریج سطح آنها را صیقل میدهد که این وضعیتاز مقاومت سطح جاده در برابر سُر خوردن خودرو میکاهد. - 2 - یدنِکوب مداوم چرخها، لایهي بالایی آسفالت را به سوي پایین و اطراف میفشرد و در قسمتی از جاده که بیشتر در معرض عبور چرخهاست فرورفتگیهایی ایجاد میکند.
این وضع، رانندگی را خطرناك میسازد، زیرا فرورفتگیها بر هدایت و کنترل ماشین اثر میگذارند و در آنها آب جمع میشود. - 3 - در اثر کم و زیاد شدن فشار بار وارده که در هنگام گذشتن چرخها بر سطح جاده اعمال میشود، کل جاده ترك بر میدارد. این فرایند مشابه با فرایند مشهور خستگی فلزات است، یعنی گرچه جاده میتواند در برابر یک نوبت بار سنگین مقاومت کند اما ساختار آن ممکن است در برابر بارهاي مکرر و کوچکتر تاب نیاورد .[2]
خرابی جادهها باعث اختلال و تاثیر منفی بر جریان ترافیک، افزایش مصرف سوخت و تاخیر زمانی میشود، که در نتیجه سطح امنیت عبور و مرور پایین میآید. بنابراین نگهداري از شبکه جادهاي وظیفه اي مهم جهت حصول اطمینان از عملکرد مناسب آن است. جهت توسعه خط مشی مناسب نگهداري از شبکه جادهاي، اجراي سیستمهاي تصمیم یار مناسب ضروري است. سیستم مدیریت روسازي بر اساس منابع موجود ابتدا باید سازگار با هدف سازمانی باشد که عهدار شبکه راهها و حمل نقل است.
این سیستم باید داراي چارچوب محاسباتی مشخص باشد که میتواند داراي چنین بخشهاي باشد: سیستم بهینهیابی شبکه، سیستم بهینهیابی پروژه و سیستم اطلاعات مدیریت روسازي. سیستم بهینهیابی شبکه خود باید شامل مدلهاي پیشبینی موقت کارایی روسازي و سیستم جمع آوري داده مرتبط با آن باشد .[3] اولین گام در سیستم مدیریت روسازي، شناسایی و تعریف شبکه است. شبکه، یک سیستم مدیریت روسازي است که در یک بانک اطلاعاتی واحد ذخیره میشود. هنگامی که شبکه شناسایی شد شاخه و قطعه تعریف میشود.
یک شاخه جزء قابل شناسایی شبکه و داراي عملکرد مشخص است، مانند یک خیابان یا باند فرود. هر شاخه را میتوان به یک یا چند قطعه یکنواخت تقسیم کرد، و در واقع کوچکترین واحد مدیریتی است. بر اساس سطح اجراي مدیریت روسازي، جمعآوري داده براي هر قطعه فرآیندي زمانبر است. خطا یا قضاوت نادرست در تقسیم بندي قطعات پس از جمع آوري داده میتواند بسیار گران تمام شود.
تقسیم بندي یک شاخه به قطعات بر اساس عوامل زیر انجام میشود: سازهي روسازي، وضعیت ترافیک، تاریخچه ي ساخت، رتبهي روسازي، تاسیسات زهکشی و شانه بندي و وضعیت روسازي.[4] سیستم مدیریت روسازي میتواند شامل سیستمهاي اطلاعاتی چند رسانهاي براي نظارت بر وضعیت شبکه به صورت آنلاین نیز باشد که توسط آن نیز میتوان شرایط و کاریی کلی، ویژگیهاي جغرافیایی و سایر دادههاي زیرساخت را به دست آورد .[5]
براي سنجش وضعیت روسازي شاخص هایی باید در نظر گرفته شود. این شاخصها عبارتند از 1PCI، 2IRI، 3SN، شاخص افت و خیز، 4LCCA و غیره که بر اساس آن وضعیت هر قطعه و در نهایت وضعیت کلی یک شبکه مشخص میشود، در این مقاله PCI به عنوان معیار شرایط سطح در نظر گرفته شده است. ارزیابی شرایط سطح شامل در نظر گرفتن عملکرد ساختاري و عملیاتی تحت چهار شاخص اصلی است: کیفیت سواري، امنیت، میزان خرابی سطح و مناسب بودن ساختار. شاخص وضعیت روسازي - PCI - :شاخصی عددي براي وضعیت روسازي است که در بازه صفر - براي روسازي با وضعیت مردود - تا 100 - براي روسازي با وضعیت عالی - است.
محاسبهي این شاخص بر اساس نتایج بصري بازرسی است که نوع، شدت و گستردگی خرابی شناسایی میشوند . شاخص بین المللی ناهمواري - IRI - ویژگی ریاضی پروفیل طولی جاده - برش طولی از جاده که تغییرات ارتفاع را در طول برش نشان میدهد - است. ناهمواري روسازي، عبارت است از تغییر سطح از حالت هموار بطوریکه بر دینامیک وسیله نقلیه، کیفیت سواري و بار دینامیکی سطح موثر باشد.[6] این شاخص نشانگر راحتی و امنیت سواري یک جاده است.
براي توسعه سیستم مدیریت روسازي باید موارد زیرحتماً در نظر گرفته شود: اهداف، متدولوژيها و جمعآوري اطلاعات به صورت پیوسته و سیستماتیک و همینطور مرتبط با کارایی روسازي و اثر هزینهاي انواع تعمیر و نگهداري .[7] شاخص وضعیت روسازي - PCI - در ابتداي توسعه آن نیاز به تجهیزات گران قیمت و افراد با تخصص بالا نداشت، و یک روش ساده برپایه مشاهدهي خرابی روسازي است .
روسازي برپایه PCI رده بندي میشود .[8] در شاخص وضعیت روسازي این موارد درنظر گرفته میشود: قیر زدگی، ترك انعکاسی، وصلهکاري، شیار شدگی، ترك خوردگی لبه، هوازدگی [9]، ترك خوردگی بلوکی، چاله، پایین افتادگی لبه، ترك خوردگی هلالی، ترك پوست سوسماري، لایه لایه شدن، درز گیري، کنار رفتگی، موج زدگی و تورفتگی .[10] براي مثال، تعدادي از خرابیهاي جاده که در محاسبه PCI در نظر گرفته میشود در شکل 1 نشان داده شده است. امروزه تلاشهایی براي به دست آوردن این شاخص وضعیت به صورت اتوماتیک و با استفاده از روشهاي دورسنجی انجام شده است .[11]
PCI بحرانی روشی است که بر اساس آن تعیین میگردد که آیا نگهداشتن وضعیت روسازي در سطحی بالاتر از PCI بحرانی نسبت به سطح پایین تر از آن از لحاظ اقتصادي به صرفه است یا خیر. این روش با استفاده از برنامهریزي پویا در بهینهسازي شبکه و با توجه به هزینه چرخه عمر براي چندین پروژه به دست آمده است. PCI بحرانی به طیفی از PCI اطلاق میشود که با کاهش آن نسبت به زمان در طیف PCI بحرانی هزینه نگهداري موضعی پیشگیرانه به صورت قابل ملاحضهاي افزایش یابد. دستورالعمل زیر براي تعیین PCI بحرانی ارائه شده است :[12]
1. منحنی پیشبینی وضعیت خانوادهي قطعات روسازي ترسیم شده و به صورت چشمی طیف PCI بحرانی را تعیین میشود. طبق تعریف ارائه شده در [13]، براي ترسیم این منحنی باید ابتدا خانوادهي قطعات روسازي تعیین شود، دادهها پالایش گردد، تحلیل پیرامونی دادهها انجام شود، مدل خانواده توسعه داده شود و در نهایت منحنی ترسیم گردد.
2. خط مشی نگهداري تعیین شود، که در متد PAVER - توسعه داده شده در وزارت دفاع آمریکا - خط مشی موضعی پیشگیرانه انتخاب میگردد.
3. خط مشی براي قطعات به کار گرفته شده و نمودار هزینه نگهداري در واحد سطح براي هریک از قطعات ترسیم میشود.
4. طیف PCI بحرانی با توجه به گامهاي 1 تا 3 بر اساس قضاوت مهندسی انتخاب یا تصحیح میگردد.
بر اساس آنچه بیان شده با توجه به تعریف PCI بحرانی در تصمیم گیريهاي مدیریتی سه وضعیت را میتوان براي یک قطعه در نظر گرفت: - 1 بالاي PCI بحرانی؛ - 2 برابر طیف PCI بحرانی؛ - 3 پایینتر از PCI بحرانی. خطمشی هاي سازمان بر پایه سه نوع عملیات نگهداري آسفالت زیر تعریف می شوند:
أ. نگهداري پیشگیرانه: یک استراتژي جهت به تاخیر انداختن پیشرفت خرابی و جهت کاهش نیاز به نگهداري و فعالیت هاي خدماتی روتین جهت بهبود یا ارتقا عملکرد و افزایش عمر آسفالت .[16]
ب. نگهداري اصلاحی: پس از اینکه یک نقص مانند کاهش اصطکاك، بوجود آمدن شیارهاي متوسط تا عمیق یا ترك هاي گسترده در آسفالت رخ داد اجرا میشود. این روش نگهداري واکنشی نیز نامیده میشود .[17]
ج. نگهداري اورژانسی: در شرایط اورژانسی اجرا میشود مانند یک تورم یا گودال شدید که نیاز به تعمیر بلافاصله دارد. این روش تا محیا شدن تعمیرات اساسی و دائمی بعنوان راه حلی موقتی بکار میرود .[18]
شایعترین انواع ترمیم و نگهداري که میتوان براي هر قطعه در نظر گرفت شامل موارد جدول 1 است، با توجه به این که هزینهها بر اساس نوع ترمیم توسط سازمان راهداري نبراسکاه در ایلات متحده در منبع [19] به طور دقیق گزارش شده است در مقاله حاضر از این منبع براي تخمین هزینهها استفاده میشود تمام هزینهها در این جدول براساس دلار است ولی در ادامه برحسب میلیون تومان خواهد بود. هریک از این انواع ترمیم و نگهداري در دستههایی قرار میگیرد که براساس خط مشی سازمان انتخاب میشوند. بر اساس خط مشی سازمان ممکن است تعداي از ترمیمها انجام نشود.
.2 مروري بر سیستمهاي تصمیمیار نگهداري و تعمیرات راهها
سامانههاي خبره، برنامههاي کامپیوتري هستند که براي در اختیار قرار دادن مهارتهاي خبره به دیگران طراحی میشوند و لذا به نوعی الگوي فکري خبره را تقلید میکنند. گرچه اولین تحقیقات براي طراحی سیستم خبره در حوزه هوش مصنوعی صورت گرفت، در حال حاضر این تحقیقات حوزه از این فراتر رفته است. براي ساختن سیستمهاي خبره، دانش انسان به عنوان گزاره - حقایق ذخیره شده در ذهن - و فرآیند در نظر گرفته می شود .[20] سیستمهاي تصمیم یار، سیستم هاي اطلاعاتی کامپیوتري هستند که شامل مدل هاي تصمیم تحلیلی و دانش با دامنه خاص میباشند.
هدف سیستم تصمیمیار، بهبود تصمیمگیريهاي فردي از طریق فراهم سازي آسانتر شناخت مسئله، ساختار مسئله، مدیریت اطلاعات، ابزار هاي آماري و به کارگیري دانش است .[21] این سیستم به منظور تولید سریعتر و راحتتر گزینه ها و افزایش آگاهی از نواقص در فرآیند تصمیمگیري طراحی می شود که به تصمیم گیرنده کمک میکند در شرایط پیچیده تصمیماتی موثر و کارا بگیرد .[22] ساختار سیستم خبره شامل پنج عنصر اصلی است: موتور استنتاج، دانش پایه، رابط کاربري، حافظه کاري، و کسب دانش .[23] در سیستمهاي خبره، روشهاي استانداردي براي بازنمایی دانش به وجود آمده است.
