A fuzzy model of assets condition assessment for maintenance and risk management of road networks

Abstract

The management of a road network needs performance evaluation models that handle the uncertainty of the data of its different types of road assets to identify problems and/or damages that require attention within the conservation plans. Most of the existing evaluation systems are limited due to the need for an expert to evaluate the data, the lack of a classification of fixed and dynamic properties, and they consider only individual evaluation of the assets. This work presents the development of a fuzzy model for the integral evaluation of the state of road networks. The assets considered are flexible pavements, surface drainage, geotechnical, horizontal, vertical marking, safety devices, cuts, and embankments. For the development of the model, we generate catalogs of the properties for each asset at inventory and performance levels. In addition, individual assessment models were proposed at a modular level to identify their impairments. The membership functions selected to describe the fuzzy sets that describe the behavior of asset properties were triangular and trapezoidal. The inference engine for the evaluation of all the rules is a Mandami model. The integral evaluation model developed considers the relationships between the state of the different assets of the red highway and their interaction with the environment in which they are located. We divide the integral evaluation into three levels: 1) individual asset evaluation, 2) evaluation of highway sections, and 3) evaluation of highway segments. The use of fuzzy logic to determine the state of assets allows more approximate modeling of the degree of deterioration of the assets that make up the road network than classical logic.

La gestión de una red vial necesita modelos de evaluación del desempeño que manejen la incertidumbre de los datos de sus diferentes tipos de activos viales, con el fin de identificar problemas y/o daños que requieran atención dentro de los planes de conservación. La mayor parte de los sistemas de evaluación existentes están limitados debido a la necesidad de un experto que evalué los datos obtenidos, la falta de clasificación de las propiedades fijas y dinámicas, así como la consideración de una evaluación individual de los activos. Este trabajo presenta el desarrollo de un modelo difuso de evaluación integral del estado de activos carreteros. Como parte de los activos considerados se encuentran: pavimentos flexibles, drenaje superficial, geotécnicos, señalamiento horizontal y vertical, dispositivos de seguridad, cortes y terraplenes. Para el desarrollo del modelo se generaron catálogos de las propiedades a nivel inventario y desempeño de cada activo. Además, se propusieron modelos de evaluación individual a nivel modular para identificar sus deterioros. Las funciones de membresía seleccionadas para describir los conjuntos difusos que describan el comportamiento de las propiedades de los activos fueron triangulares y trapezoidales. El motor de inferencia para la evaluación de todas las reglas es un modelo Mandami. El modelo de evaluación integral desarrollado contempla las relaciones que existen entre el estado de los diferentes activos de la red carretera, así como su interacción con el medio ambiente en que se encuentran. La evaluación integral se divide en tres niveles: 1) evaluación individual de activos, 2) evaluación de secciones carreteras y 3) evaluación de segmentos carreteros. El uso de lógica difusa para la determinación del estado de los activos permite modelar de una manera más aproximada el grado de deterioro de los activos que conforman la red carretera que con el uso de lógica clásica.