淺談寒冷天氣條件下山區(qū)道路的健康監(jiān)測方法

鄭月云 蔣忠海 周亮兵

佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院 廣東 佛山 528000

1.引言

對于道路健康監(jiān)測的研究，大多數(shù)研究人員都是從道路結(jié)構(gòu)本身特性去考慮，并沒有去研究路面使用狀況的影響，同時(shí)也沒有對于外部環(huán)境的研究，而對道路的破壞和損傷的累積往往是多種因素的綜合影響，從道路結(jié)構(gòu)以及路面使用狀況對道路的健康監(jiān)測，在安全性評估上可以有一定的進(jìn)展。

2.道路結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測

針對傳統(tǒng)的土木工程道路結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，以結(jié)構(gòu)自身特性為研究，主要方法為建立結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)并進(jìn)行健康監(jiān)測，是一種實(shí)時(shí)的在線監(jiān)測技術(shù)方法。但是，該系統(tǒng)的構(gòu)建，涉及許多關(guān)鍵的方法問題。其中，

一般道路健康監(jiān)測系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)部分：

（1）道路傳感器系統(tǒng)，該系統(tǒng)，包括道路感知元件的選擇和傳感器在結(jié)構(gòu)中的布置，可以得到我們所需的道路結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的最大信息。

（2）道路數(shù)據(jù)采集和處理設(shè)備系統(tǒng)，一般由較為強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)構(gòu)成，該系統(tǒng)需要開發(fā)相應(yīng)的軟件，是健康監(jiān)測系統(tǒng)的核心，需要對道路傳感器系統(tǒng)搜集到的信息進(jìn)行采集和分析。

（3）道路結(jié)構(gòu)損傷檢測系統(tǒng)，該檢測系統(tǒng)一般可以分為兩種主要方法：局部檢測法和整體檢測法。整體檢測方法大致分為動力指紋分析法、模型修正與系統(tǒng)識別法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和遺傳算法。

（4）安全評定系統(tǒng)，該系統(tǒng)的建立需要使用結(jié)構(gòu)安全性評估的主要方法，如可靠度理論、層次分析法、模糊理論法、專家系統(tǒng)評估法。

3.道路路面使用狀況健康監(jiān)測

道路路面使用狀況的健康監(jiān)測，通常以路面使用性能指標(biāo)作為監(jiān)測綜合評價(jià)指標(biāo)。

（1）使用數(shù)學(xué)建模的方法對路面使用性能的某一項(xiàng)或某幾項(xiàng)的技術(shù)內(nèi)容的研究方法是一大熱點(diǎn)。引入層次分析法與變權(quán)理論，建立了路面狀況的評價(jià)模型。引入了主成分分析法，為柔性路面的病害的相關(guān)特征進(jìn)行評估，以此進(jìn)行網(wǎng)級的路面養(yǎng)護(hù)管理。建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法與馬爾科夫法的組合模型，對路面使用性能中的路面狀況指數(shù)、行駛安全指數(shù)、行駛質(zhì)量指數(shù)三個(gè)參數(shù)進(jìn)行預(yù)測，并獲得很好的預(yù)測結(jié)果。采用模糊綜合評價(jià)法，對水泥路面進(jìn)行了應(yīng)用，為路面使用性能的評估提供了合理的評價(jià)方法。

（2）對于路面材料或是車載作用、溫差作用下等外部其他影響因素下的路面使用性能的變化的研究，采用了試驗(yàn)研究的方法，也是一大研究熱點(diǎn)。如王志斌等從自然環(huán)境、交通狀況、路面設(shè)計(jì)、施工特點(diǎn)、所用材料等五個(gè)方面分析了海南省瀝青路面使用性能中的路面結(jié)構(gòu)早期損壞，并提出應(yīng)該對上述原因才去措施治理與預(yù)防瀝青路面早期病害。尚婷等通過對山區(qū)高橋隧比路段的某一路面使用性能的路面抗滑性能影響因素與特性進(jìn)行分析，結(jié)果表明主要是路面的磨耗、污染、潮濕這三大因素對路面抗滑性能造成了負(fù)面影響。

4 寒冷天氣下的道路路面健康監(jiān)測方法

結(jié)合道路健康監(jiān)測特點(diǎn)，寒冷天氣下的道路健康監(jiān)測研究可從道路結(jié)構(gòu)與道路路面使用狀況兩者進(jìn)行研究，該研究需要實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測。由于對應(yīng)山區(qū)特點(diǎn)的道路健康監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建尚為困難，存在高成本和信號處理的不準(zhǔn)確性、通用的損傷量化指標(biāo)缺少等原因，采用道路結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測方法存在很大難度，因此，對于寒冷天氣下的山區(qū)的道路健康監(jiān)測研究，將對道路路面使用狀況進(jìn)行分析和研究。

4.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析

路面使用狀況的健康監(jiān)測，即對路面使用性能的綜合評價(jià)指標(biāo)比較繁多，要選取路面損壞狀況PCI、車轍深度 RDI、行駛質(zhì)量 RQI、抗滑性能 SRI 以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 PSSI五項(xiàng)主要指標(biāo)內(nèi)容中的一項(xiàng)或幾項(xiàng)，或是其他路面使用性能的其他評價(jià)指標(biāo)，作為對所研究的道路進(jìn)行評價(jià)。

4.1 .1 路面使用性能公式的改良

對于寒冷天氣的粵北山區(qū)道路健康監(jiān)測研究，大膽地進(jìn)行研究，選取清遠(yuǎn)連州的一條山區(qū)道路作為研究對象，需要去當(dāng)?shù)卣{(diào)研和采集數(shù)據(jù)。該試驗(yàn)中，選取的山區(qū)道路，屬于水泥路面。對于水泥路面，筆者打算從路面的使用性能指標(biāo)的路面損壞狀況、路面抗滑性能兩個(gè)可測指標(biāo)作為道路路面使用狀況的健康監(jiān)測。

4.1 .2 多元線性回歸分析法

其中，對于所測的寒冷天氣的六個(gè)參數(shù)與道路路面使用狀況，根據(jù)路面實(shí)測情況，可以通過多元線性回歸法，分析路面損壞狀況與寒冷天氣的六個(gè)主要參數(shù)關(guān)系，確定影響路面損壞狀況較大的一些參數(shù)。另外，可以通過多元線性回歸法，分析抗滑性能與寒冷天氣的六個(gè)主要參數(shù)的關(guān)系，確定影響抗滑性能較大的一些參數(shù)。

4.2 模糊綜合評價(jià)模型的構(gòu)建

路面使用性能評價(jià)指標(biāo)界限模糊、量化困難，基于此，將模糊綜合評價(jià)理論引入路面使用性能的評價(jià)體系中。該理論運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)思想將所用到的評價(jià)指標(biāo)定量化，再結(jié)合評價(jià)指標(biāo)的影響，從而可以綜合評價(jià)出路面使用性能相對真實(shí)的狀態(tài)。

5.結(jié)論和展望

由于土木工程傳統(tǒng)的道路健康監(jiān)測的研究理論尚不成熟，一般地，道路健康監(jiān)測研究停留于道路結(jié)構(gòu)上的健康監(jiān)測，因此，本文提出道路健康監(jiān)測的理論體系，該理論體系包括對道路的路面使用狀況的健康監(jiān)測和道路結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測兩方面內(nèi)容，該理論體系以道路整體為研究對象，為山區(qū)道路安全提供一個(gè)技術(shù)支持和改善指導(dǎo)，提供山區(qū)道路的路面養(yǎng)護(hù)管理建議，也為山區(qū)道路健康監(jiān)測提供研究的可行性。