Департамент транспорта штата Орегон использует ГИС для моделирования и зонирования дорожного трафика

По материалам Esri

Keeping Traffic Moving During Bridge Repairs Program

Инспекционное обследование зафиксировало наличие структурных дефектов у 12% мостов в США. Широкомасштабный план ремонтных работ в числе прочего предусматривал расширение инфраструктуры транспортной геоинформационной системы и интеграцию в нее приложений для моделирования дорожного движения, что позволило добиться существенного снижения затрат на подготовку и реализацию этой амбициозной программы.

В 2006 году Федеральное управление шоссейных дорог признало наличие дефектов у 12 процентов мостов в США. В большинстве штатов ремонт мостов и по сей день остается насущной задачей. Так, генеральная инспекция технического состояния мостов, несколько лет назад проведенная департаментом транспорта штата Орегон (ДТО), показала, что 365 мостов штата имеют структурные проблемы. По результатам инспекции был разработан широкомасштабный план ремонта мостов. Готовясь к реализации этого плана, ДТО расширил инфраструктуру своей геоинформационной системы (ГИС) и интегрировал в нее новое приложение, моделирующее дорожное движение, чтобы предотвратить пробки в местах строительных работ на дорогах штата.

Закон Орегона об инвестициях в транспорт

В 2001-2003гг. штат Орегон принял ряд решений о финансировании развития инфраструктуры шоссейных дорог, известных как законодательные акты штата Орегона об инвестициях в транспорт (OTIA I, II, III). Для надлежащего исполнения закона OTIA III, включавшего программу обновления мостов штата, департамент транспорта Орегона обратился к техническим консультантам Oregon Bridge Delivery Partners (OBDP), совместному предприятию компаний HDR Engineering и Fluor Corporation, с просьбой разработать методику, которая обеспечила бы выполнение программы в срок и в рамках установленного бюджета. Одной из важных задач программы было снижение нагрузки на пассажирский и коммерческий трафик при ведении широкомасштабных строительных дорожных работ.

В рамках дорожной программы в соответствии с законом OTIA III Департамент транспорта штата Орегон отремонтировал этот мост через Змеиную реку на шоссе 84.

На первом этапе создания системы шоссейных дорог штата Орегон многие мосты сооружались с использованием монолитной железобетонной плиты проезжей части (RCDG), как предписывалось нормативами того времени. После введения в 1960-е годы более жестких технических требований штат Орегон начал использовать при строительстве мостов метод предварительного напряжения после бетонирования, который обеспечивал лучшую структурную целостность при более низких затратах. Вместе с тем, многие RCDG-мосты продолжали эксплуатироваться в течение многих лет после плановых сроков окончания их службы, и на них при более тщательном обследовании были выявлены признаки заметной деградации. «В 2001 году инспекторы Департамента обнаружили, что трещины, замеченные при предыдущих проверках, увеличились до размеров, представляющих угрозу стабильности структуры, – отметил Джим Кокс (Jim Cox), помощник менеджера крупных проектов ДТО. – Мы немедленно установили для этих мостов ограничения по нагрузке и стали думать, как спланировать их ремонт таким образом, чтобы он оказал минимальное воздействие на коммерческий и пассажирский дорожный трафик».

ГИС и ГеоДизайн

Созданная в 2004 году, геоинформационная система Департамента трансорта представляла собой инфраструктуру обмена информацией в пределах организации для целей планирования и управления дорожными проектами. Чтобы интегрировать свою систему с прежней ГИС ДТО и обеспечить ее гибкость и масштабируемость, компания OBDP спроектировала ее на той же платформе ArcGIS. «Мы хотели, чтобы наши инструменты и методы могли легко использоваться на всех этапах проекта и чтобы система оставалась полезной и после его завершения, – говорит Робб Киркман (Robb Kirkman), менеджер ГИС-сервисов в HDR Engineering. – ГИС стала основой для интеграции программных систем, автоматизации процессов и решения задач снижения воздействия строительных работ на окружающую среду».

Рассчитанная на 10 лет программа OTIA III с бюджетом в $1,3 млрд. предусматривает реконструкцию или замену сотен старых мостов на автомагистралях штата.

Перед тем, как начать строительные работы, ДТО собрал исчерпывающие данные об окружающей среде в окрестности более 400 мостов для идентификации имеющихся природных ресурсов. Стандартная практика ДТО предусматривает консультации с различными экспертами, такими как биологи, специалисты по болотам и археологи, с целью лучше понять воздействие строительных работ на экологически уязвимые зоны. «Для программы [обновления] мостов по закону OTIA III мы выбрали другой подход, проведя полевые работы по изучению окружающей среды еще до стадии проектирования, – говорит Кокс. – Мы рисовали в ArcGIS прямоугольник вокруг моста и идентифицировали все ресурсы, находящиеся внутри прямоугольника. Это позволило разработать проекты таким образом, чтобы минимизировать воздействие строительства на окружающую среду».

Улучшенный анализ дорожного трафика

До начала сотрудничества с OBDP ДТО использовал электронные таблицы со статистикой дорожного трафика и информацию автоматических регистраторов со всего штата, чтобы задокументировать и спрогнозировать воздействие на дорожное движение строительных проектов. Этот процесс мог занимать до четырех часов для каждого сценария, поскольку данные приходилось извлекать из многочисленных баз данных ДТО и затем вставлять в сводную электронную таблицу. «Постепенно в процесс стали добавляться ГИС-процедуры, – говорит Киркман. – Используя макросы и инструменты автоматизации ArcGIS, группа дорожного движения ДТО смогла автоматически заполнять электронные таблицы информацией из базы данных».

Различные дорожные сценарии теперь анализируются за считанные минуты, что позволяет изменять схемы дорожного движения «на лету». Легкий доступ к надежным данным помог департаменту транспорта минимизировать время подготовки документации по проектам и оптимизировать график их выполнения.

Хотя подход на основе электронных таблиц выгодно отличался своей простотой, он стал давать сбои, поскольку база данных постоянно увеличивалась. Группа дорожного движения поработала с OBDP над созданием более эффективного метода анализа сценариев дорожного движения на основе ГИС, который позволил бы прочно связать геопространственные данные ДТО со специальным аналитическим веб-инструментом. С помощью обычных протоколов они связали вместе наборы данных, обеспечив сотрудникам ДТО прямой доступ к базам данных департамента из единого интерфейса. Приложение под названием Анализ дорожного трафика в зоне работ (Work Zone Traffic Analysis (WZTA)) позволило анализировать сценарии дорожного движения и визуализировать результаты в веб-браузере.

WZTA служит репозиторием данных ДТО о трафике и дорогах, которые можно запрашивать и просматривать в браузере. Система показывает пользователям, как воздействует на трафик перекрытие дорожных полос при производстве строительных работ. Дорожные сценарии могут теперь анализироваться за считанные минуты, что позволяет инженерам ДТО изменять схемы дорожного движения «на лету».

ГИС-интерфейс позволил также повысить точность анализа за счет того, что аналитики ДТО могут выбирать местоположение и другую информацию для конкретной строительной площадки на карте, а не в таблицах. «Справочные таблицы с использованием систем нумерации не является интуитивно понятными для пользователей, – говорит Киркман. – ГИС позволила пользователям находить то, что им нужно, и проверять правильность проектной информации в более понятном пользовательском интерфейсе на основе карты, проясняющем пространственные взаимосвязи».

Документированная отдача от инвестиций

В 2010 году ДТО и OBDP документировали опыт работы с разработанными аналитическими инструментами, чтобы оценить эффективность инвестиций ДТО и решить, стоит ли их использовать и после завершения программы обновления мостов. При участии экономического консультанта Марка Форда (Mark Ford) ведомства проанализировали каждый элемент программного обеспечения, созданного OBDP для программы обновления мостов по закону OTIA III, чтобы оценить соотношение выгод и затрат департамента. Исследование показало, что по всем инвестициям ДТО в корпоративные ИТ в рамках программы обновления мостов соотношение выгоды-затраты составило 2:1. По инвестициям в инфраструктуру ГИС ДТО соотношение выгоды-затраты составило 3:1. «Было показано значение интеграции форматов и стандартов для повышения отдачи от инвестиций», – сказал Форд.

Используя основанный на ГИС интерфейс, аналитики Департамента транспорта штата Орегон могут выбрать любое местоположение и получить полную информацию обо всех проектах, отображаемых на карте, что значительно удобнее и нагляднее, чем табличный список. Созданное приложение WZTA было удостоено специальной награды Американской ассоциации автомагистралей и представителей транспортной отрасли.

Помимо материальных выгод ДТО получил и нематериальные. Так, перенос данных из разнородных источников в единую систему позволил OBDP применять последовательные методы анализа, уменьшающие вероятность вычислительных ошибок. Централизованная база данных облегчила ДТО поддержку целостности данных и снизила риски того, что аналитики, работающие в разных местах, будут использовать устаревшую информацию. «Такие системы, как инфраструктура ГИС ДТО, генерируют точную, последовательную и актуальную информацию для отчетов и ответов на запросы, – говорит Форд. – WZTA и ГИС позволили улучшить координацию с другими ведомствами и заинтересованными группами, повысив доверие к ДТО и программе обновления мостов в глазах общественности и законодательных органов».

На начало 2011 года ремонт 351 из 365 мостов по программе обновления мостов осуществлялся без отставания от графика. Инструментарий WZTA сыграл важную роль в ускорении процесса строительства, позволив выполнять анализ дорожного движения при перекрытии дорожных полос за минуты, а не часы. Ныне ДТО использует инструмент для быстрой оценки воздействия перекрытия дорожных полос при выполнении других проектов ремонта и строительства дорог в штате.