灰色聚類法在省道瀝青路面使用性能評價中的應(yīng)用★

陳悅新 呂興琴 曹 偉

(1.南通理工學(xué)院建筑工程學(xué)院，江蘇 南通 226002; 2.南通理工學(xué)院計算機(jī)與信息工程學(xué)院，江蘇 南通 226002; 3.海安市交通運輸局，江蘇 南通 226600)

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)迅猛增長，頒布的關(guān)于公路養(yǎng)護(hù)尤其是瀝青路面方面的規(guī)范，已經(jīng)跟不上時代的發(fā)展。因此對瀝青路面評價指標(biāo)進(jìn)行研究就顯得尤其重要。

1 現(xiàn)有瀝青路面使用性能評價方法

現(xiàn)行養(yǎng)護(hù)規(guī)范規(guī)定一級公路的路面性能由路面破損狀況、車轍深度、平整度、抗滑性能和路面結(jié)構(gòu)承載能力等五個因素共同決定的[1,2]，二級公路及以下的路面使用性能由路面破損狀況、平整度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等三個指標(biāo)共同決定。各自的評分原則(其值越大，表示路況越好)，如表1所示[3]。

表1 公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)

因江蘇地區(qū)省道以二級公路居多，所以將重點研究路面破損狀況、平整度、車轍和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等四個指標(biāo)。

1.1 瀝青路面的破損狀況(PCI)

PCI=100-a0DRa1

(1)

(2)

其中，DR為折合后的總破損面積與調(diào)查面積的比值，%；Ai為第i類路面損壞的面積，m2；A為路面調(diào)查總面積，m2；wi為第i類路面損壞的權(quán)重；a0為瀝青路面采用15.00；a1為瀝青路面采用0.412；i為路面病害形式；i0為瀝青路面病害形式總和采用21。

1.2 瀝青路面的平整度(RQI)

(3)

其中，IRI為國際平整度指數(shù)；a0為一級、二級公路選取的數(shù)值分別為0.026，0.018 5；a1為一級、二級公路選取的數(shù)值分別為0.65，0.58。

1.3 車轍深度指數(shù)(RDI)

(4)

其中，RD為車轍深度；RDa為車轍深度參數(shù)，選取數(shù)值20 mm；RDb為車轍深度限值，選取數(shù)值35 mm；a0為模型參數(shù)，選取數(shù)值2.0；a1為模型參數(shù)，選取數(shù)值4.0。

1.4 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度(PSSI)

(5)

其中，a0為模型參數(shù)，數(shù)值選用15.71；a1為模型參數(shù)，數(shù)值選用-5.19。

1.5 瀝青路面使用性能評價方法

現(xiàn)行規(guī)范中，瀝青路面使用性能是由綜合評價值PQI決定的，其值越大，說明性能越好。計算公式如下：

PQI=wPCIPCI+wRQIRQI+wRDIRDI+wSRISRI

(6)

其中，高速公路、一級公路WPCI,WRQI,WRDI,WSRI分別取0.35,0.4,0.15,0.1；二、三、四級公路WPCI,WRQI,WRDI，WSRI分別取0.6，0.4，0，0。

傳統(tǒng)評價模型不能較真實的反映路面使用性能的實際狀況。本文將從此角度出發(fā)，對該模型的以下缺陷進(jìn)行完善：1)綜合評價值相差小而評價結(jié)果相差較大；2)傳統(tǒng)模型所得的綜合評價結(jié)果與路面實際狀況關(guān)聯(lián)性較少。

2 運用灰色聚類理論對路面使用性能進(jìn)行評價

本文將采用基于三角白化權(quán)函數(shù)的灰色聚類模型來評價路面的使用性能[4]。具體評價步驟如下：

1)明確項目路段的評價對象、評價指標(biāo)以及評價灰類。將項目路段劃分為t個聚類評價對象、n個聚類評價指標(biāo)(n分別為破損狀況、平整度、車轍、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度4個影響因素)、m個不同評價灰類(m分別為優(yōu)、良、中、次、差5個灰類)。

2)明確每個聚類評價指標(biāo)的閥值，見表2,表3。

表2 評價指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)表

表3 白化權(quán)函數(shù)的閥值表

3)計算每個評價指標(biāo)關(guān)于優(yōu)、良、中、次、差等5個灰類的聚類權(quán)值。

(7)

表4 灰色聚類權(quán)值表

4)確定各個評價指標(biāo)白化權(quán)函數(shù)的方程表達(dá)式：

yj=fjk

(8)

其中，fjk為第j個評價指標(biāo)關(guān)于第k個灰類的三角白化權(quán)函數(shù)方程式，具體公式見式(9)～式(13)：

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

其中，x為PCI值。

PCI,RQI,RDI,PSSI4個指標(biāo)的評價指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)表都是相同的，故PCI,RQI,RDI,PSSI這4個評價指標(biāo)的三角白化函數(shù)表達(dá)式是相同的。

5)求聚類值。為防止其他指標(biāo)對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響，增加權(quán)重系數(shù)wj，PCI,RQI,RDI的wj取1，PSSI的wj取2。灰類聚類值的表達(dá)式如下：

(14)

6)對評價段落(即評價對象)聚類分析，找出該段落所有灰色聚類值中的最大值。

3 案例分析

以S264揚(yáng)州段K227+000～K230+200為例，全長3.2 km，項目路段路面調(diào)查結(jié)果匯總表如表5所示，兩種模型計算結(jié)果如表6所示。

表5 S264揚(yáng)州段K227+000～K230+200路面調(diào)查結(jié)果匯總表

表6 S264江都段路面綜合評價計算結(jié)果

通過傳統(tǒng)評價模型可知，K227+000～K230+200三個段落的綜合計算結(jié)果分別為83.7，83，81.2，表示路面使用性能應(yīng)該較好，與灰色聚類模型所得結(jié)果相反。

4 結(jié)語

本文在介紹了傳統(tǒng)瀝青路面使用性能的評價方法的基礎(chǔ)上，提出灰色聚類的評價模型，給出該模型下評價省道路況的具體步驟，并對模型評價結(jié)果的可靠度進(jìn)行分析驗算，得出了采用灰色聚類模型方法評價更貼近實際的結(jié)果。