專利名稱：：一種路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及道路工程檢測(cè)
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是指一種路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法。
背景技術(shù)：
：在對(duì)公路進(jìn)行維修前期，會(huì)首先對(duì)公路的路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過對(duì)各個(gè)區(qū)間的公路的路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測(cè)之后，再選4奪適合的養(yǎng)護(hù)方案。目前根據(jù)公路的養(yǎng)護(hù)性質(zhì)，將瀝青路面的養(yǎng)護(hù)性質(zhì)分為小修保養(yǎng)、中修和大修三種類型。這三種性質(zhì)的路面養(yǎng)護(hù)活動(dòng)在養(yǎng)護(hù)效果、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用和養(yǎng)護(hù)計(jì)劃安排等方面存在非常大的差異。在路面的養(yǎng)護(hù)決策中，一般首先才艮據(jù)路面的狀態(tài)指數(shù)(PCI,Pavementconditionindex)及路面平整度(RQI,ridingqualityindex)評(píng)價(jià)結(jié)果及路面彎沉數(shù)據(jù)，進(jìn)而確定路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指標(biāo)(PSSI，pavementstructurestrengthindex)是否滿足預(yù)定要求的判斷，確定應(yīng)進(jìn)行大修還是中修。上述的路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度PSSI的檢測(cè)過程是根據(jù)路面彎沉的檢測(cè)數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)的，這種檢測(cè)數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)間超長(zhǎng)，只適合預(yù)測(cè)小范圍路段，如抽樣檢測(cè)，對(duì)于幾十萬公里的大規(guī)模的路測(cè)，但這種預(yù)測(cè)存在以下幾個(gè)問題1)目前沒有快速的彎沉檢測(cè)設(shè)備，大規(guī)模彎沉檢測(cè)時(shí)間耗時(shí)較長(zhǎng)；2)由于彎沉檢測(cè)值受溫度、濕度、檢測(cè)位置及操作員的因素影響，檢測(cè)數(shù)據(jù)的可重復(fù)性運(yùn)算處理可靠性較差；3)路面彎沉檢測(cè)費(fèi)用高。以上這些問題常常導(dǎo)致無法準(zhǔn)確、及時(shí)、全面地評(píng)價(jià)路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度PSSI狀況，從而無法進(jìn)4亍科學(xué)的路面養(yǎng)護(hù)分析。
發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明在于提供一種路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，以解決4上述通過路面彎沉的檢測(cè)數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)路面強(qiáng)度PSSI時(shí)，存在的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、預(yù)測(cè)結(jié)果不能確定道路維護(hù)的問題。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，包括通過檢測(cè)各個(gè)抽樣路段的破損率和路面彎沉數(shù)據(jù)，獲得路面質(zhì)量級(jí)別，并按照路面質(zhì)量級(jí)別順序排列，獲得所述各個(gè)抽樣路段對(duì)應(yīng)的各組路面狀態(tài)指數(shù)PCI和路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指標(biāo)PSSI;從各組抽樣路段的PCI和PSSI值中分別運(yùn)算出的PCI和PSSI移動(dòng)平均值；通過所述各組移動(dòng)平均值獲得PSSI的梯度值，獲得PSSI梯度值對(duì)應(yīng)PCI變化的兩個(gè)PCI的區(qū)間值；通過所述兩個(gè)PCI的區(qū)間值，預(yù)測(cè)出對(duì)應(yīng)的兩個(gè)PSSI的區(qū)間值，并獲得PCI值與PSSI值的對(duì)應(yīng)圖；測(cè)量被檢測(cè)路面的PCI值，通過所述對(duì)應(yīng)圖獲得被檢測(cè)路面的PSSI值。優(yōu)選的，所述各個(gè)抽樣路段對(duì)應(yīng)的各組內(nèi)路面狀態(tài)指數(shù)PCI和路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指標(biāo)PSSI的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)分別為20個(gè)以上。優(yōu)選的，所述從各組抽樣路段的PCI和PSSI值中分別運(yùn)算出PCI和PSSI移動(dòng)平均值的過程包括分別獲得PCI和PSSI值的滑動(dòng)區(qū)間，在所述滑動(dòng)區(qū)間內(nèi)，按照預(yù)定的組距和計(jì)算步長(zhǎng)，并按照以下公式獲得PCI和PSSI移動(dòng)平均值；<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>式中，尸c/,.一第j組的PCI移動(dòng)平均值；尸S"—第j組的PSSI移動(dòng)平均值;尸C/;;一第j組移動(dòng)平均的PCI下限值；尸C7p—第j組移動(dòng)平均的PCI上限值；j一移動(dòng)平均的組距；/一移動(dòng)平均計(jì)算步長(zhǎng)。優(yōu)選的，通過所述各組移動(dòng)平均值獲得PSSI的梯度值的過程包括將獲得的各組PCI和PSSI移動(dòng)平均值分別對(duì)應(yīng)腳標(biāo)1至K，采用公式ARS^-PM/J/(PC/w-PC/0獲得pSSI的梯度值；所述獲得PSSI梯度值對(duì)應(yīng)PCI變化的兩個(gè)PCI的區(qū)間值的過程包括按照獲得的1至K個(gè)PSSI梯度值，分別順序、逆序獲得第一個(gè)大于閾值的PSSI梯度值，將兩個(gè)梯度值對(duì)應(yīng)的PCI移動(dòng)平均值分別作為兩個(gè)PCI的區(qū)間值。優(yōu)選的，通過所述兩個(gè)PCI的區(qū)間值，預(yù)測(cè)出對(duì)應(yīng)的兩個(gè)PSSI的區(qū)間值，并獲得PCI值與PSSI值的對(duì)應(yīng)圖的過程包括采用正態(tài)分布預(yù)測(cè)出對(duì)應(yīng)的所述兩個(gè)PSSI值，獲得的所述PCI值與PSSI值的對(duì)應(yīng)圖為在兩個(gè)PCI的區(qū)間值之間，PCI和PSSI值為線性對(duì)應(yīng)；在兩個(gè)PCI的區(qū)間值之外，PCI和PSSI值為非線性對(duì)應(yīng)。優(yōu)選的，該方法之后還包4舌判斷當(dāng)前PSSI值所歸屬的維護(hù)區(qū)間，選擇相應(yīng)的公路維護(hù)級(jí)別。上面詳細(xì)描述了本發(fā)明的方法，本發(fā)明可通過抽樣的路段獲得準(zhǔn)確的路面PSSI,并預(yù)測(cè)出整個(gè)路段的PSSI,該方法簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確，降低了路面檢測(cè)成本，提高了路面檢測(cè)效率，可靠性強(qiáng)。圖l是實(shí)施例的流程圖；圖2是PSSI和PCI分布對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖。具體實(shí)施例方式為清楚說明本發(fā)明中的方案，下面給出優(yōu)選的實(shí)施例并結(jié)合附圖詳細(xì)i兌明。參見圖1,圖l是本發(fā)明實(shí)施例的流程圖，包括步驟1:對(duì)選定的路段抽樣檢測(cè)，通過檢測(cè)各個(gè)抽樣路段的破損率和路面彎沉數(shù)據(jù)，獲得路面質(zhì)量級(jí)別，并按照路面質(zhì)量級(jí)別順序排列，獲得所述各個(gè)抽樣路段對(duì)應(yīng)的各組路面狀態(tài)指數(shù)PCI和路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指標(biāo)PSSI;本發(fā)明的實(shí)施例中，可預(yù)先對(duì)選定的路段抽樣檢測(cè)，長(zhǎng)度可設(shè)定為小于1公里，檢測(cè)出各個(gè)路段的路面彎沉數(shù)據(jù)，來測(cè)量出各個(gè)抽樣路段的PSSI，選擇路面破損狀況分別處于優(yōu)、良、中、次和差的路段各m個(gè)(為消除隨機(jī)性的影響，m—般應(yīng)大于20)，其中，優(yōu)、良、中、次和差的等級(jí)可通過各種路面的指標(biāo)來設(shè)定，如路面的斷面曲線、平整度等數(shù)值范ffl,檢測(cè)這些路段的破損率和路面彎沉，計(jì)算各路段的路面使用性能指標(biāo)PCI和PSSI，得出n組數(shù)據(jù)。步驟2:從所獲得的n組PCI和PSSI數(shù)據(jù)中分別運(yùn)算出PCI和PSSI平均值；采用統(tǒng)計(jì)分析中的移動(dòng)平均算法，分別求取各組的PCI和PSSI的滑動(dòng)平均值。對(duì)n組路況數(shù)據(jù)(PCIi，PSSIi),按如下公式計(jì)算滑動(dòng)平均值尸c厶=j^E;iMGf:(尸c/,.)，尸c/,.e[尸<:/;1，_pa;.21(2)尸ss/j=y4FE/t4(7^:(尸ss厶),尸a,.e[尸c/"，pc/)2](3)尸C/"=100_(/_l)x3(4)PC:"00-(/-l)x(5-/(5).".400、，^2，…,mt(丁)+l式中，PC//.—第j組的PCI移動(dòng)平均值；i^S力—第j組的PSSI移動(dòng)平均值；尸C/;,—第j組移動(dòng)平均的PCI下限值；FC//2—第j組移動(dòng)平均的PCI上限值；d—移動(dòng)平均的組距；/一移動(dòng)平均計(jì)算步長(zhǎng)。以某地試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)為例，移動(dòng)平均計(jì)算時(shí)取移動(dòng)平均的步長(zhǎng)1為10,各點(diǎn)間隔d取為5,各組PCI和PSSI共獲得如表1的各組PCI和PSSI的移動(dòng)平均值。點(diǎn)號(hào)(K)PCI移動(dòng)平均值PSSI移動(dòng)平均值△PSSIk192.73卯.90—287.4188.900.38382.7185.720.68477.6679.601.2172.7872.841.38667.5261.702.12762.6151.002.18857.5042.301.70950.2039.100.448<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表lPCI、PSSI移動(dòng)平均值及PSSI的變化梯度步驟3:通過所述各組移動(dòng)平均值獲得PSSI的梯度值；按照各組移動(dòng)平均值對(duì)表1中的點(diǎn)K=l至n,按以下公式計(jì)算各點(diǎn)的PSSI變化梯度，即對(duì)應(yīng)PCI移動(dòng)平均值變化最快的各點(diǎn)PSSI數(shù)值廳/*=-尸c"(6)步驟4:在得出的各組PSSI的梯度值中，找出各組PSSI梯度值對(duì)應(yīng)PCI變化的兩個(gè)區(qū)間值；設(shè)置Trigger閾值，先從第1點(diǎn)開始，依次比較APSSIk和Trigger值的大小，第一個(gè)大于Trigger值的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的PCI移動(dòng)平均值即可作為PCIa的估計(jì)值；然后，用同樣的方法從最后一點(diǎn)反向順序搜索第一個(gè)大于Trigger值的點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的PCI移動(dòng)平均值即可作為PCIb的估計(jì)值。設(shè)Trigger-l，從表1中可以看出從第一點(diǎn)開始第一個(gè)APSSIk大于1的點(diǎn)為第四點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的PCI為77.66;從表1中最后一點(diǎn)反向搜索發(fā)現(xiàn)第一個(gè)APSSIk大于1的點(diǎn)為第八個(gè)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的PCI的移動(dòng)平均值為57.50。由此可以確定PCIa和PCIb分別為77.66和57.50，這兩個(gè)值也是區(qū)分PSSI-PCI三階段的臨界值。三個(gè)階段的關(guān)系如圖2所示，，圖2為PCI值與PSSI值的對(duì)應(yīng)圖，存在如下關(guān)系(尸SS/"，100)(尸C/s尸C/。戯0/aiQ/a)am+&+^e，,cr2)(m6<<尸c/。戯0/6<柳<柳。)在PCI大于或等于PCIa時(shí)，PSSI分布PSSIa至100區(qū)間內(nèi)；當(dāng)PCI小于于或等于PCIb時(shí)，PSSI分布0至PSSIb區(qū)間內(nèi)；當(dāng)PCIa<PCI<PCIb時(shí)，PSSI和PCI呈線性關(guān)系，即PSSI=aPCI+b+g，g為符合正態(tài)分布N(O，c7"(平均值為0，方差為a"的隨機(jī)數(shù)。步驟5:通過區(qū)間值PCIa、PCIb獲得該區(qū)間中PCI和PSSI的對(duì)應(yīng)關(guān)系，本實(shí)施例中估計(jì)過程如下對(duì)表l中PCI值處于PCIa和PCIb的所有點(diǎn)進(jìn)行線性回歸得如下回歸方考呈式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>由式(7)可得模型PSSI-RQI模型中的另外兩個(gè)參數(shù)a和b分別為1.91和-67.65。對(duì)表1中PCI值處于PCIa和PCIb之間的所有分組，獲得PSSI的標(biāo)準(zhǔn)差，并將其平均，得模型參數(shù)s的估計(jì)值<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>上式(8)中，D(PSSI4)~D(PSSIs)為表1中第四組到第八組分組數(shù)據(jù)的PSSI標(biāo)準(zhǔn)差。通過PCIa和PCIb的值，估計(jì)出PSSIa、PSSIb的數(shù)值，'估計(jì)過程如下假設(shè)當(dāng)PCI等于PCIa時(shí)，PSSI大于PSSIa的概率為85%,也即PSSI小于PSSIa的概率為15%;在第二階段與第三階段的臨界點(diǎn)處，即當(dāng)PCI等于PCIb時(shí)，PSSI小于PSSIb的概率為85%。則可按如下公式估計(jì)模型參數(shù)PSSL和PSSIb:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>式(9)、(10)中，^(U和^.85為正態(tài)分布隨機(jī)變量的上側(cè)分位數(shù)函數(shù)，即P(x<〃o.15)=0.15，P("^.8s)=0.85。根據(jù)以上的步驟，獲得如表2所示的模型參數(shù)估計(jì)值。PCIaPCIbPSSIaPSSIb3bs77.6657.5070.6052.501.91-67.6510表2PSSI-RQI模型參數(shù)估計(jì)步驟6:通過路面測(cè)量出的PCI值，按照?qǐng)D2的對(duì)應(yīng)關(guān)系獲得相應(yīng)的PSSI值，判斷相應(yīng)的PSSI值所對(duì)應(yīng)的維護(hù)區(qū)間，選擇相應(yīng)的7〉路維護(hù)級(jí)別，如小修，中修，大修等。上面詳細(xì)描述了本發(fā)明的方法，本發(fā)明可通過抽樣的路段獲得準(zhǔn)確的路面PSSI，并預(yù)測(cè)出整個(gè)路段的PSSI,該方法簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確，降低了路面檢測(cè)成本，提高了路面檢測(cè)效率，可靠性強(qiáng)。對(duì)于本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例中所闡述的方法，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1、一種路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括通過檢測(cè)各個(gè)抽樣路段的破損率和路面彎沉數(shù)據(jù)，獲得路面質(zhì)量級(jí)別，并按照路面質(zhì)量級(jí)別順序排列，獲得所述各個(gè)抽樣路段對(duì)應(yīng)的各組路面狀態(tài)指數(shù)PCI和路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指標(biāo)PSSI；從各組抽樣路段的PCI和PSSI值中分別運(yùn)算出的PCI和PSSI移動(dòng)平均值；通過所述各組移動(dòng)平均值獲得PSSI的梯度值，獲得PSSI梯度值對(duì)應(yīng)PCI變化的兩個(gè)PCI的區(qū)間值；通過所述兩個(gè)PCI的區(qū)間值，預(yù)測(cè)出對(duì)應(yīng)的兩個(gè)PSSI的區(qū)間值，并獲得PCI值與PSSI值的對(duì)應(yīng)圖；測(cè)量被檢測(cè)路面的PCI值，通過所述對(duì)應(yīng)圖獲得被檢測(cè)路面的PSSI值。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述各個(gè)抽樣路段對(duì)應(yīng)的各組內(nèi)路面狀態(tài)指數(shù)PCI和路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指標(biāo)PSSI的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)分別為20個(gè)以上。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述從各組抽樣路段的PCI和PSSI值中分別運(yùn)算出PCI和PSSI移動(dòng)平均值的過程包括分別獲得PCI和PSSI值的滑動(dòng)區(qū)間，在所述滑動(dòng)區(qū)間內(nèi)，按照預(yù)定的組距和計(jì)算步長(zhǎng)，并按照以卞公式k得PCI和PSSI移動(dòng)平均值；<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>式中，尸C/;—第j組的PCI移動(dòng)平均值;尸5外一第j組的PSSI移動(dòng)平均值；尸C7v—第j組移動(dòng)平均的pci下限值；尸C7p一第j組移動(dòng)平均的pci上限值；,d一移動(dòng)平均的組距；/_移動(dòng)平均計(jì)算步長(zhǎng)。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，通過所述各組移動(dòng)平均值獲得PSSI的梯度值的過程包括將獲得的各組PCI和PSSI移動(dòng)平均值分別對(duì)應(yīng)腳標(biāo)1至K，采用公式AP5^/*=(^"^+i—尸^4)/(尸C4"-尸CA)獲得PSSI的梯度值；所述獲得PSSI梯度值對(duì)應(yīng)PCI變化的兩個(gè)PCI的區(qū)間值的過程包括按照獲得的1至K個(gè)PSSI梯度值，分別順序、逆序獲得第一個(gè)大于閾值的PSSI梯度值，將兩個(gè)梯度值對(duì)應(yīng)的PCI移動(dòng)平均值分別作為兩個(gè)PCI的區(qū)間值。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，通過所述兩個(gè)PCI的區(qū)間值，預(yù)測(cè)出對(duì)應(yīng)的兩個(gè)PSSI的區(qū)間值，并獲得PCI值與PSSI值的對(duì)應(yīng)圖的過程包括采用正態(tài)分布預(yù)測(cè)出對(duì)應(yīng)的所述兩個(gè)PSSI值，獲得的所述PCI值與PSSI值的對(duì)應(yīng)圖為在兩個(gè)PCI的區(qū)間值之間，PCI和PSSI值為線性對(duì)應(yīng)；在兩個(gè)PCI的區(qū)間值之外，PCI和PSSI值為非線性對(duì)應(yīng)。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，該方法之后還包括判斷當(dāng)前PSSI值所歸屬的維護(hù)區(qū)間，選擇相應(yīng)的乂>路維護(hù)級(jí)別。全文摘要本發(fā)明公開了一種路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，包括通過檢測(cè)各個(gè)抽樣路段的路面破損和路面彎沉數(shù)據(jù)，獲得路面質(zhì)量級(jí)別，并按照路面質(zhì)量級(jí)別順序排列，獲得所述各個(gè)抽樣路段對(duì)應(yīng)的各組路面狀態(tài)指數(shù)PCI和路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指標(biāo)PSSI；從各組抽樣路段的PCI和PSSI值中分別運(yùn)算出的PCI和PSSI移動(dòng)平均值；通過所述各組移動(dòng)平均值獲得PSSI的梯度值，獲得PSSI梯度值對(duì)應(yīng)PCI變化的兩個(gè)PCI的區(qū)間值；通過所述兩個(gè)PCI的區(qū)間值，預(yù)測(cè)出對(duì)應(yīng)的兩個(gè)PSSI的區(qū)間值，并獲得PCI值與PSSI值的對(duì)應(yīng)圖；測(cè)量被檢測(cè)路面的PCI值，通過所述對(duì)應(yīng)圖獲得被檢測(cè)路面的PSSI值。本發(fā)明檢測(cè)準(zhǔn)確，降低了檢測(cè)成本和費(fèi)用，提高了公路維護(hù)效率。文檔編號(hào)E01C23/00GK101629407SQ20091016294公開日2010年1月20日申請(qǐng)日期2009年8月21日優(yōu)先權(quán)日2009年8月21日發(fā)明者程珊珊,趙懷志申請(qǐng)人:趙懷志