基于路況快速檢測(cè)技術(shù)的路面病害有效修補(bǔ)率指標(biāo)應(yīng)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(guó)公路總里程達(dá)到477.35萬(wàn)km，公路養(yǎng)護(hù)里程467.46萬(wàn)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(lái)越大，病害的產(chǎn)生也越發(fā)頻繁，致使路面性能逐漸退化，而伴隨著公路養(yǎng)護(hù)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(xiàng)新指標(biāo)路面病害有效修補(bǔ)率，通過(guò)路況快速檢測(cè)技術(shù)獲得的歷年檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，研究路面病害有效修補(bǔ)率和路面損壞狀況指數(shù)PCI（Pavement Surface Condition Index）的關(guān)聯(lián)關(guān)系，明確路面病害有效修補(bǔ)率在路面養(yǎng)護(hù)精細(xì)化管理的作用，為路面病害的及時(shí)處治提供技術(shù)支撐。

2 基礎(chǔ)信息概況

2.1 檢測(cè)設(shè)備

多功能路況快速檢測(cè)系統(tǒng)（CiCS），用于公路、城鎮(zhèn)道路以車流速度連續(xù)、非接觸、高速地實(shí)時(shí)采集公路路況信息。采集指標(biāo)包括:平整度、車轍、路面損壞、跳車、磨耗、衛(wèi)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(cè)，照度均勻，圖像清晰；能夠識(shí)別1 mm及以上裂縫，照明單元壽命長(zhǎng)消耗功率相對(duì)較低，車體結(jié)構(gòu)緊湊，通過(guò)性好。應(yīng)用于大規(guī)模路網(wǎng)路況檢測(cè)與養(yǎng)護(hù)決策的數(shù)據(jù)采集；適用于普通國(guó)省干線、高速公路及城鎮(zhèn)道路[4-5]。

在進(jìn)行快速檢測(cè)時(shí)，可以有效做到：

a）校樁 根據(jù)校樁樁號(hào)能夠自動(dòng)完成數(shù)據(jù)的梳理。

b）數(shù)據(jù)整合 對(duì)一條道路進(jìn)行分段檢測(cè)后，可進(jìn)行數(shù)據(jù)整合形成一份報(bào)告。

c）故障自動(dòng)判斷 針對(duì)可能由于設(shè)備故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)不可用時(shí)，系統(tǒng)主動(dòng)提示。

圖1 多功能路況快速檢測(cè)系統(tǒng)（CiCS）

路面損壞圖像自動(dòng)識(shí)別及路面損壞率的計(jì)算是由與CiCS系統(tǒng)配套的“路面損壞自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（CiAS）”完成。CiAS系統(tǒng)能夠識(shí)別1 mm以上的瀝青路面和水泥混凝土路面裂縫，對(duì)正常圖片的損壞識(shí)別率達(dá)到90%～95%以上，能夠滿足《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG 5210—2018）。為保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中還按一定比例抽樣，采用人工方法對(duì)計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行復(fù)核。

圖2 路面損壞自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（CiAS）

2.2 歷年檢測(cè)數(shù)據(jù)

本次分析研究結(jié)合中部某省通過(guò)路況快速檢測(cè)技術(shù)采集的高速公路檢測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)省內(nèi)高速進(jìn)行路面使用性能及各分項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)價(jià)，針對(duì)2013年、2014年、2015年、2016年、2017年5年中累計(jì)檢測(cè)5次的分項(xiàng)指標(biāo)PCI的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，以表明中部某省高速公路路況隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化情況。以便于研究路面病害有效修補(bǔ)率在歷年檢測(cè)數(shù)據(jù)中對(duì)路面損壞PCI指標(biāo)的影響。

2.3 路齡

將路齡定義為各養(yǎng)管路段截止到檢測(cè)時(shí)的通車運(yùn)營(yíng)時(shí)間，以路齡為維度對(duì)路況數(shù)據(jù)展開分析，有助于準(zhǔn)確把握在不同路齡的情況下，路面病害有效修補(bǔ)率對(duì)路面損壞PCI的影響情況，便于明確路面病害有效修補(bǔ)率在公路養(yǎng)護(hù)中的作用。

為便于分析路面病害有效修補(bǔ)率對(duì)各養(yǎng)管路段2013—2017年路面損壞PCI指標(biāo)的影響情況，將養(yǎng)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(jù)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(dá)到67.96%。路齡在0～5年的路段將普遍存在預(yù)防性養(yǎng)護(hù)需求，路齡5～10年的路段將陸續(xù)進(jìn)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(yǎng)護(hù)壓力。本文選取路齡小于5年和路齡在5～10年的養(yǎng)管路段檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3 路面病害有效修補(bǔ)率與PCI關(guān)聯(lián)分析

3.1 路面病害有效修補(bǔ)率與路面損壞狀況指數(shù)PCI的概念

路面病害有效修補(bǔ)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(bǔ)率越高，反映出小修保養(yǎng)精細(xì)化程度越高。

式中：Erropd代表路面病害有效修補(bǔ)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(shù)PCI[6]是一種表征路面完好程度的指數(shù)，是路面破損狀況物理性能最直接的表現(xiàn)和反映。即表現(xiàn)為路面損壞狀況指數(shù)PCI分值越低，路面病害越多，路面損壞越嚴(yán)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(jì)面積，m2；A代表路面檢測(cè)或調(diào)查面積，m2；wi代表第i類路面損壞的權(quán)重或換算系數(shù)；i代表路面損壞類型，包括損壞程度（輕、中、重）；i0代表?yè)p壞類型總數(shù)。

3.1.1 路齡小于5年路段數(shù)據(jù)對(duì)比分析

圖4 2016—2017年各養(yǎng)管路段路面病害養(yǎng)管路段有效修補(bǔ)率對(duì)比（路齡小于5年）

截至2017年，該省高速公路檢測(cè)數(shù)據(jù)中路齡小于5年的19個(gè)養(yǎng)管路段中，共15個(gè)養(yǎng)管路段在2016—2017年間均進(jìn)行檢測(cè)，兩年路面病害有效修補(bǔ)率對(duì)比如圖4所示[7]。

15個(gè)養(yǎng)管路段中，6個(gè)管養(yǎng)路段的兩年路面病害有效修補(bǔ)率均在90%以上，1個(gè)養(yǎng)管路段的兩年路面病害有效修補(bǔ)率是在50%以下。其中路面病害有效修補(bǔ)率與2016相比下降的養(yǎng)管路段共有11個(gè)。

以1-3號(hào)養(yǎng)管路段為例，其路面病害有效修補(bǔ)率和路面損壞PCI對(duì)比如圖5所示?？梢钥闯鲈撀范蝺赡甑穆访娌『τ行扪a(bǔ)率都是較低的，2017年的路面病害有效修補(bǔ)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(bǔ)率的下降而降低，從優(yōu)等水平降到良等水平。

圖5 1-3號(hào)養(yǎng)管路段路面病害有效修補(bǔ)率和路面損壞PCI關(guān)系圖

表1 1-3號(hào)養(yǎng)管路段2016年、2017年路面病害明細(xì)表

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

為有效對(duì)比路面病害有效修補(bǔ)率與路面損壞PCI的關(guān)系，本文以1-8號(hào)養(yǎng)管路段為例，對(duì)比分析1-8號(hào)養(yǎng)管路段2015年—2017年3年的數(shù)據(jù)，如圖6。

圖6 1-8號(hào)養(yǎng)管路段路面病害有效修補(bǔ)率和路面損壞PCI關(guān)系圖

表2 1-8號(hào)養(yǎng)管路段2015年—2017年路面病害明細(xì)表

由表2和圖6可以看出，1-8號(hào)養(yǎng)管路段路面病害有效修補(bǔ)率和路面損壞PCI呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)，在2016年處于最大值，2017年路面病害有效修補(bǔ)率和路面損壞PCI有所降低。表明若采取小修保養(yǎng)措施，其路面損壞PCI會(huì)有一定程度的提高。

路齡小于5年的養(yǎng)管路段路面破損狀況均較好，可通過(guò)及時(shí)采取小修保養(yǎng)措施等精細(xì)化管理舉措來(lái)延緩路況衰減，同時(shí)，結(jié)合路齡和路況，路齡小于5年的養(yǎng)管路段預(yù)防性養(yǎng)護(hù)需求較大。

從上述的1-3養(yǎng)管路段和1-8養(yǎng)管路段的數(shù)據(jù)對(duì)比中，可以看出，路面病害有效修補(bǔ)率和路面損壞PCI呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)，從而能說(shuō)明，路面病害有效修補(bǔ)率能夠反映路況破損水平。

3.1.2 路齡5～10年路段數(shù)據(jù)對(duì)比分析

截止至2017年，該省高速檢測(cè)數(shù)據(jù)中路齡在5～10年的養(yǎng)管路段路面破損PCI指標(biāo)對(duì)比表如表3。

路齡在5～10年之間的養(yǎng)管路段的路面損壞PCI差異逐漸加大，其中，2-5號(hào)養(yǎng)管路段、2-6號(hào)養(yǎng)管路段、2-11號(hào)養(yǎng)管路段3個(gè)養(yǎng)管路段的路面損壞PCI相對(duì)較低，圖7為3個(gè)養(yǎng)管路段路面損壞PCI在2014—2017年的衰減趨勢(shì)。

圖7 養(yǎng)管路段路面損壞PCI衰減趨勢(shì)圖

圖7顯示，3個(gè)養(yǎng)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(gè)養(yǎng)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(xù)年份路況水平與其他路齡相近養(yǎng)管路段迅速拉開。

為明確這3個(gè)養(yǎng)管路段的路面損壞PCI指標(biāo)快速衰減的原因，本文對(duì)2-6號(hào)養(yǎng)管路段的2015年—2017年3年的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，如圖8所示。

圖8 2-6號(hào)養(yǎng)管路段路面病害有效修補(bǔ)率和路面損壞PCI關(guān)系圖

表4 2-6號(hào)養(yǎng)管路段2015年—2017年路面病害明細(xì)表

由表4和圖8可以看出，2-6號(hào)養(yǎng)管路段路面病害有效修補(bǔ)率和路面損壞PCI同樣呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)，路面病害有效修補(bǔ)率從2015年到2017年逐年下滑，尤其是從2016至2017年，呈現(xiàn)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(bǔ)率近似。這種情況表明若精細(xì)化管理水平不到位，其路面損壞PCI會(huì)有一定程度的下滑。

圖9 2-20號(hào)養(yǎng)管路段路面病害有效修補(bǔ)率和路面損壞PCI關(guān)系圖

在之前的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，本文又對(duì)比分析了一條路齡在9.9年的養(yǎng)管路段——2-20號(hào)養(yǎng)管路段，該路段的2016年—2017年數(shù)據(jù)對(duì)比如圖9。

表5 2-20號(hào)養(yǎng)管路段2016年—2017年路面病害明細(xì)表

2-20號(hào)養(yǎng)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(duì)比如表5所示，可以看到，其顯著變化是條狀修補(bǔ)增加，橫縫數(shù)量減少，可見該段養(yǎng)管路段注重精細(xì)化管理，采取小修保養(yǎng)措施，提高了路面病害有效修補(bǔ)率，使得這條路齡臨近10年的養(yǎng)管路段的路面損壞PCI值有一定程度的上升。

為進(jìn)一步了解精細(xì)化管理在道路養(yǎng)護(hù)中的作用，本文對(duì)2-7號(hào)養(yǎng)管路段2013年至2017年5年的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，如圖10。

表6顯示，2013—2017年，2-7號(hào)病害的主要變化是：a）縱向裂縫持續(xù)增多；b）橫向裂縫與條狀修補(bǔ)呈現(xiàn)出此消彼長(zhǎng)的趨勢(shì)。2017年路面損壞PCI由88.2降至79.9，路面病害有效修補(bǔ)率由56.80%降至25.52%，未及時(shí)采取小修保養(yǎng)措施以至于路面狀況下降較快，由原來(lái)的良等水平降到了中等水平，同時(shí)該養(yǎng)管路段的縱向裂縫發(fā)展較快，應(yīng)著重加大精細(xì)化管理的力度。

對(duì)路況較差的養(yǎng)管路段，如2-7號(hào)養(yǎng)管路段，應(yīng)及時(shí)納入大中修養(yǎng)護(hù)計(jì)劃，對(duì)于路況水平暫時(shí)未達(dá)到大中修養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)或不能及時(shí)實(shí)施大中修的養(yǎng)管路段，如2-5號(hào)養(yǎng)管路段、2-6號(hào)養(yǎng)管路段等，可通過(guò)采取小修保養(yǎng)措施等精細(xì)化管理舉措來(lái)實(shí)現(xiàn)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(shù)據(jù)對(duì)比分析可得，路面病害有效修補(bǔ)率能夠通過(guò)病害處治比例來(lái)反映精細(xì)化養(yǎng)護(hù)的水平。

路齡為5～10年的養(yǎng)管路段路面破損狀況開始呈現(xiàn)出較為顯著的差異，部分養(yǎng)管路段將陸續(xù)進(jìn)入大中修養(yǎng)護(hù)周期，應(yīng)根據(jù)實(shí)際路況水平采取不同的養(yǎng)護(hù)措施。結(jié)合以上的多年養(yǎng)管路段數(shù)據(jù)對(duì)比圖，可以得出明確認(rèn)知，加大精細(xì)化管理的力度，采取小修保養(yǎng)措施，能夠提高路面病害有效修補(bǔ)率，可以在一定程度上提高養(yǎng)管路段的路面損壞PCI值，以提高路網(wǎng)服務(wù)水平。

4 結(jié)論

本文依托采取路況快速檢測(cè)技術(shù)獲取的中部某省高速公路歷年檢測(cè)數(shù)據(jù)，從路齡維度方面展開分析，對(duì)養(yǎng)管路段路面病害有效修補(bǔ)率和路面損壞PCI值對(duì)比分析。主要結(jié)論如下：

路面病害有效修補(bǔ)率對(duì)路面損害PCI值有一定影響，路面損壞PCI值會(huì)和路面病害有效修補(bǔ)率呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)，即路面病害有效修補(bǔ)率能夠反映路況水平；路面病害有效修補(bǔ)率能夠通過(guò)病害處治比例來(lái)反映精細(xì)化養(yǎng)護(hù)的水平。加大精細(xì)化管理的力度，采取小修保養(yǎng)措施，能夠提高路面病害有效修補(bǔ)率，可以在一定程度上提高養(yǎng)管路段的路面損壞PCI值，以提高路網(wǎng)服務(wù)水平；路況快速檢測(cè)技術(shù)能夠針對(duì)被檢測(cè)路線進(jìn)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(shí)了解檢測(cè)路線病害處治情況，為提高養(yǎng)護(hù)工作和管理決策的科學(xué)性提供依據(jù)。