基于路況快速檢測技術的路面病害有效修補率指標應用研究

付淵

（山西省高速公路管理局，山西 太原 030006）

1 概述

截至2017年末，全國公路總里程達到477.35萬km，公路養護里程467.46萬km，占公路總里程97.9%。隨著路齡的增加，小汽車、載重汽車的出行率不斷提高，路面承受的壓力也越來越大，病害的產生也越發頻繁，致使路面性能逐漸退化，而伴隨著公路養護資金的緊張，保持良好的路況已成為一道難題[1-3]。本文引入一項新指標路面病害有效修補率，通過路況快速檢測技術獲得的歷年檢測數據對比分析，研究路面病害有效修補率和路面損壞狀況指數PCI（Pavement Surface Condition Index）的關聯關系，明確路面病害有效修補率在路面養護精細化管理的作用，為路面病害的及時處治提供技術支撐。

2 基礎信息概況

2.1 檢測設備

多功能路況快速檢測系統（CiCS），用于公路、城鎮道路以車流速度連續、非接觸、高速地實時采集公路路況信息。采集指標包括:平整度、車轍、路面損壞、跳車、磨耗、衛星定位、距離信息以及前方路況圖像等。采用LED照明，全車道檢測，照度均勻，圖像清晰；能夠識別1 mm及以上裂縫，照明單元壽命長消耗功率相對較低，車體結構緊湊，通過性好。應用于大規模路網路況檢測與養護決策的數據采集；適用于普通國省干線、高速公路及城鎮道路[4-5]。

在進行快速檢測時，可以有效做到：

a）校樁 根據校樁樁號能夠自動完成數據的梳理。

b）數據整合 對一條道路進行分段檢測后，可進行數據整合形成一份報告。

c）故障自動判斷 針對可能由于設備故障導致數據不可用時，系統主動提示。

圖1 多功能路況快速檢測系統（CiCS）

路面損壞圖像自動識別及路面損壞率的計算是由與CiCS系統配套的“路面損壞自動識別系統（CiAS）”完成。CiAS系統能夠識別1 mm以上的瀝青路面和水泥混凝土路面裂縫，對正常圖片的損壞識別率達到90%～95%以上，能夠滿足《公路技術狀況評定標準》（JTG 5210—2018）。為保證數據質量，在數據處理過程中還按一定比例抽樣，采用人工方法對計算機自動識別結果進行復核。

圖2 路面損壞自動識別系統（CiAS）

2.2 歷年檢測數據

本次分析研究結合中部某省通過路況快速檢測技術采集的高速公路檢測數據，對省內高速進行路面使用性能及各分項指標的評價，針對2013年、2014年、2015年、2016年、2017年5年中累計檢測5次的分項指標PCI的數據進行對比分析，以表明中部某省高速公路路況隨時間的動態變化情況。以便于研究路面病害有效修補率在歷年檢測數據中對路面損壞PCI指標的影響。

2.3 路齡

將路齡定義為各養管路段截止到檢測時的通車運營時間，以路齡為維度對路況數據展開分析，有助于準確把握在不同路齡的情況下，路面病害有效修補率對路面損壞PCI的影響情況，便于明確路面病害有效修補率在公路養護中的作用。

為便于分析路面病害有效修補率對各養管路段2013—2017年路面損壞PCI指標的影響情況，將養管路段分為路齡小于5年、路齡5～10年、路齡10～15年及路齡大于等于15年四類。

圖3 2017年中部某省高速不同路齡比例圖

根據圖3可知，截止至2017年，路齡處在0～5年和5～10年的路段里程比例達到67.96%。路齡在0～5年的路段將普遍存在預防性養護需求，路齡5～10年的路段將陸續進入大中修周期。因而從路齡角度講，該省高速面臨著較大的養護壓力。本文選取路齡小于5年和路齡在5～10年的養管路段檢測數據進行分析。

3 路面病害有效修補率與PCI關聯分析

3.1 路面病害有效修補率與路面損壞狀況指數PCI的概念

路面病害有效修補率定義為處治的病害面積占處治的病害面積與未處治的病害面積之和的比例，路面病害有效修補率越高，反映出小修保養精細化程度越高。

式中：Erropd代表路面病害有效修補率；Areacz代表處治的病害面積；Areawcz代表未處治的病害面積。

路面損壞狀況指數PCI[6]是一種表征路面完好程度的指數，是路面破損狀況物理性能最直接的表現和反映。即表現為路面損壞狀況指數PCI分值越低，路面病害越多，路面損壞越嚴重，路況越差。

式中：DR代表路面破損率，%；a0表示瀝青路面采用15.00，水泥混凝土路面采用10.66；a1表示瀝青路面采用0.412，水泥混凝土路面采用0.461；Ai代表第i類路面損壞的累計面積，m2；A代表路面檢測或調查面積，m2；wi代表第i類路面損壞的權重或換算系數；i代表路面損壞類型，包括損壞程度（輕、中、重）；i0代表損壞類型總數。

3.1.1 路齡小于5年路段數據對比分析

圖4 2016—2017年各養管路段路面病害養管路段有效修補率對比（路齡小于5年）

截至2017年，該省高速公路檢測數據中路齡小于5年的19個養管路段中，共15個養管路段在2016—2017年間均進行檢測，兩年路面病害有效修補率對比如圖4所示[7]。

15個養管路段中，6個管養路段的兩年路面病害有效修補率均在90%以上，1個養管路段的兩年路面病害有效修補率是在50%以下。其中路面病害有效修補率與2016相比下降的養管路段共有11個。

以1-3號養管路段為例，其路面病害有效修補率和路面損壞PCI對比如圖5所示。可以看出該路段兩年的路面病害有效修補率都是較低的，2017年的路面病害有效修補率較2016年有較大的下降，而且路面損壞PCI值隨著路面病害有效修補率的下降而降低，從優等水平降到良等水平。

圖5 1-3號養管路段路面病害有效修補率和路面損壞PCI關系圖

表1 1-3號養管路段2016年、2017年路面病害明細表

由表1可以看出，2017年此路段病害較2016年數量加劇，有趨于嚴重的趨勢，塊修和條修較2016年增加了不少，縱縫的數量也顯著增加，小修保養措施不足，精細化管理水平不到位，致使路面病害有效修補率降低，路面損壞PCI值下降。

為有效對比路面病害有效修補率與路面損壞PCI的關系，本文以1-8號養管路段為例，對比分析1-8號養管路段2015年—2017年3年的數據，如圖6。

圖6 1-8號養管路段路面病害有效修補率和路面損壞PCI關系圖

表2 1-8號養管路段2015年—2017年路面病害明細表

由表2和圖6可以看出，1-8號養管路段路面病害有效修補率和路面損壞PCI呈現相同的變化趨勢，在2016年處于最大值，2017年路面病害有效修補率和路面損壞PCI有所降低。表明若采取小修保養措施，其路面損壞PCI會有一定程度的提高。

路齡小于5年的養管路段路面破損狀況均較好，可通過及時采取小修保養措施等精細化管理舉措來延緩路況衰減，同時，結合路齡和路況，路齡小于5年的養管路段預防性養護需求較大。

從上述的1-3養管路段和1-8養管路段的數據對比中，可以看出，路面病害有效修補率和路面損壞PCI呈現相同的變化趨勢，從而能說明，路面病害有效修補率能夠反映路況破損水平。

3.1.2 路齡5～10年路段數據對比分析

截止至2017年，該省高速檢測數據中路齡在5～10年的養管路段路面破損PCI指標對比表如表3。

路齡在5～10年之間的養管路段的路面損壞PCI差異逐漸加大，其中，2-5號養管路段、2-6號養管路段、2-11號養管路段3個養管路段的路面損壞PCI相對較低，圖7為3個養管路段路面損壞PCI在2014—2017年的衰減趨勢。

圖7 養管路段路面損壞PCI衰減趨勢圖

圖7顯示，3個養管路段在2014年路面損壞PCI均在91分左右；2015年其衰減速度顯著加快，3個養管路段路面損壞PCI在2015年的降幅分別為3.3分、2.8分、2.9分，其后續年份路況水平與其他路齡相近養管路段迅速拉開。

為明確這3個養管路段的路面損壞PCI指標快速衰減的原因，本文對2-6號養管路段的2015年—2017年3年的數據進行對比分析，如圖8所示。

圖8 2-6號養管路段路面病害有效修補率和路面損壞PCI關系圖

表4 2-6號養管路段2015年—2017年路面病害明細表

由表4和圖8可以看出，2-6號養管路段路面病害有效修補率和路面損壞PCI同樣呈現相同的變化趨勢，路面病害有效修補率從2015年到2017年逐年下滑，尤其是從2016至2017年，呈現大幅度下滑，路面損壞PCI值的下降情況也與路面病害有效修補率近似。這種情況表明若精細化管理水平不到位，其路面損壞PCI會有一定程度的下滑。

圖9 2-20號養管路段路面病害有效修補率和路面損壞PCI關系圖

在之前的數據基礎上，本文又對比分析了一條路齡在9.9年的養管路段——2-20號養管路段，該路段的2016年—2017年數據對比如圖9。

表5 2-20號養管路段2016年—2017年路面病害明細表

2-20號養管路段的路面損壞PCI值2017年較2016年提升5.2。其兩年病害對比如表5所示，可以看到，其顯著變化是條狀修補增加，橫縫數量減少，可見該段養管路段注重精細化管理，采取小修保養措施，提高了路面病害有效修補率，使得這條路齡臨近10年的養管路段的路面損壞PCI值有一定程度的上升。

為進一步了解精細化管理在道路養護中的作用，本文對2-7號養管路段2013年至2017年5年的數據進行分析對比，如圖10。

表6顯示，2013—2017年，2-7號病害的主要變化是：a）縱向裂縫持續增多；b）橫向裂縫與條狀修補呈現出此消彼長的趨勢。2017年路面損壞PCI由88.2降至79.9，路面病害有效修補率由56.80%降至25.52%，未及時采取小修保養措施以至于路面狀況下降較快，由原來的良等水平降到了中等水平，同時該養管路段的縱向裂縫發展較快，應著重加大精細化管理的力度。

對路況較差的養管路段，如2-7號養管路段，應及時納入大中修養護計劃，對于路況水平暫時未達到大中修養護標準或不能及時實施大中修的養管路段，如2-5號養管路段、2-6號養管路段等，可通過采取小修保養措施等精細化管理舉措來實現路面破損狀況在一定程度上的提高，以延緩路況衰減。

從以上數據對比分析可得，路面病害有效修補率能夠通過病害處治比例來反映精細化養護的水平。

路齡為5～10年的養管路段路面破損狀況開始呈現出較為顯著的差異，部分養管路段將陸續進入大中修養護周期，應根據實際路況水平采取不同的養護措施。結合以上的多年養管路段數據對比圖，可以得出明確認知，加大精細化管理的力度，采取小修保養措施，能夠提高路面病害有效修補率，可以在一定程度上提高養管路段的路面損壞PCI值，以提高路網服務水平。

4 結論

本文依托采取路況快速檢測技術獲取的中部某省高速公路歷年檢測數據，從路齡維度方面展開分析，對養管路段路面病害有效修補率和路面損壞PCI值對比分析。主要結論如下：

路面病害有效修補率對路面損害PCI值有一定影響，路面損壞PCI值會和路面病害有效修補率呈現相同的變化趨勢，即路面病害有效修補率能夠反映路況水平；路面病害有效修補率能夠通過病害處治比例來反映精細化養護的水平。加大精細化管理的力度，采取小修保養措施，能夠提高路面病害有效修補率，可以在一定程度上提高養管路段的路面損壞PCI值，以提高路網服務水平；路況快速檢測技術能夠針對被檢測路線進行快速的道路信息采集，從而了解路面損壞PCI每年的變化情況，及時了解檢測路線病害處治情況，為提高養護工作和管理決策的科學性提供依據。