辽宁省交通厅公路管理局 辽宁 沈阳 110005
摘要：当前，沥青路面是中国公路路面的主要形式，其路面性能预测是养护决策的基础，是交通基础设施建设规划及资源分配的依据，只有高效准确的路面性能预测，才能提前了解路面的状态及各项服务水平，分配养护及预养护的优先权和高效的养护及预养护策略，节约养护资金，提高效费比，改变目前的被动养护状态，使绿色养护、智能化养护成为可能。
关键词：沥青路面；质量控制；性能预测；方法
1 沥青路面性能预测方法
1.1确定性方法
1.1.1经验法
经验法是使用较多的方法，是采用传统回归的方法，通过实测数据拟合模型，确定模型形式及参数，并利用此模型预测未来的路面性能。中国比较著名的如孙立军提出的沥青路面性能衰变方程是非常经典的经验模型，利用初始路面性能指数、路龄、寿命因子和形状因子定量确定现状路面性能指数，非常简明，可以大体描述路面性能（包括 PCI 、RQI ）的衰变趋势，但无法精确反映路面的动态变化特性。张占军等对沥青路面性能衰变方程进行了双参数修正，其预测精度有所提高，但仍然没有包括交通轴载、环境状况、路面养护等外部因素对路面使用性能的影响。张金喜等提出的不同养护模式下的高速公路沥青路面状况指数预测模型，该预测模型考虑了路面养护等外部因素的影响，具有较高的精度，预测结果符合高速公路沥青路面衰变趋势和养护维修规律。
1.1.2力学经验法
力学经验法是先利用有限元等方法建立力学模型，计算交通荷载、温度湿度影响下路面结构内的应力应变等响应变量的数值，再采用传统回归的方法，通过实测数据拟合模型，确定模型形式及参数，并利用此模型预测未来的路面性能。国外比较典型的有英国学者（ CollopandCe-bon ，1995 ）提出的全寿命路面性能模型与 WLPPM 模型很相似地预测沥青路面平整度。中国研究力学经验法的学者较少。汪海年等对MEPDG 半刚性基层沥青路面车辙预估模型的参数进行校正，提出了考虑当地气候条件、交通荷载与参数校正的车辙预估校正模型。
总之，经验法比较常见，简单方便，但不够客观，特别是经验法的预测模型具有地域性的限制，广泛地进行实际工程引用时误差较大；而力学经验法预测模型则是在建立了路面破坏与荷载交通量和应力关系模型的基础上，相比纯经验法要有一定优势，但二者都是回归方法，都是用数据拟合，同一数据可拟合出不同的回归模型，因此预测结果与真实值可以产生很大偏差。
1.2不确定性方法
1.2.1灰色理论方法
国外KelvinC.P.Wang 等提出了基于灰色理论方法的路面平整度预测模型，此模型相比于 MEPDG模型，在很多情况下，精度较高。杜二鹏等采用灰色系统理论方法，分别对路面强度指数、路面状况指数和路面平整度指标进行了建模和预测。利用实际路面检测数据进行模型的检验和修正，其预测结果的精度比传统的回归分析模型有一定提高。
1.2.2概率方法
国外KiyoshiKoba-ashi 等提出了路段劣化过程的马尔科夫概率预测方法，对车辙、平整度等指标进行预测，该方法中风险模型参数确定了测点劣化状态的马尔科夫转移概率。中国贺得荣结合中国高速公路路面的实际养护水平，将马尔科夫矩阵与神经网络技术相结合，针对路面破损指数（PCI），路面行驶质量指数（RQI）和路面抗滑性能指数（SRI）提出了路面使用性能预测的组合型模型。
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1.2.3模糊数学方法
中国马士宾等采用模糊数学方法中的信息扩散理论，根据反映路面性能的主要指标，建立了基于信息扩散理论的路面使用性能综合预测模型，并对具体路段的路面破损指数（PCI）的变化趋势进行了分析。模糊数学中的信息扩散原理是将样本点转换成模糊集，在一定程度上弥补了由于数据的不完备性所造成的信息空白，这也导致它的精度有待提高，它也是适用于小样本、贫信息的情况。
1.3人工神经网络法
国外 JidongYang 等利用人工神经网络，研发了关于路面开裂、行驶质量和车辙的预测模型。 Attoh-Okine 等提出了基于人工神经网络的柔性路面平整度预测模型。中国吴剑波利用神经网络建立路面抗滑预测模型，并利用人工神经网络预测值与实测值进行比较，验证了模型的有效性。赵见龙、张晓勇将小波变换理论与模糊神经网络结合起来，建立小波模糊神经网络模型，预测了路面使用性能指数（PQI）。徐兆华利用神经网络原理，采用沥青路面抗滑性能单项指标建立评价模型，对沥青路面抗滑性能进行预测研究。周鹏飞等提出一种基于马尔科夫链与神经网络的组合预测模型，探讨了模型组合形式及参数确定方法并进行了路面破损指数（PCI）的预测分析。人工神经网络法可以同时处理定量、定性知识，但当训练方式相互矛盾时，它就会不知所措或者不收敛。
1.4动态方法
国外 Chih-YuanChu 等采用自回归移动平均时间序列状态空间方法建立了交通基础设施性能预估模型，对弯沉指标进行了预测。武建民等基于路面使用状况监测数据的时间特性，建立了以时间序列分析法的 ARIMA 模型，预测养护维修后路面行驶质量指数（RQI）的衰变规律。袁捷等提出了将卡尔曼滤波应用于时间序列预测的方法，建立了动态自回归预测模型，进行机场道面损坏状况指数（PCI）的预估。目前的动态预测方法主要是时间序列法。时间序列分析是定量预测方法之一，它既承认事物发展的延续性，应用过去数据，推测事物的发展趋势，又考虑到事物发展的随机性。该方法简单易行，但准确性仍然不高，一般只适用于短期预测。无论是确定性方法，不确定性方法，仿生方法还是动态方法，都是依赖过去的数据去预测未来的情况，但对将来可能发生哪些情况（随机扰动），如极端事件或养护操作等考虑的很少；对各因素间的复杂关系及部分因素对路面性能衰变的耦合作用亦没有考虑，而这些对路面性能的影响往往很大，是导致模型失效的根本原因，也是能否对沥青路面性能进行准确高效预测的关键。
2 未来路面性能的研究方向
社会的进步拉动路面问题，解决的始终还是人在行驶和驾驶中的舒适和安全，所以人机工程学的研究越来越受到认同和关注，在一些发达国家，都有相关的人机工程学的研究，主要是针对人在路面上驾驶时，脑波的一些反应，比如遇到路面不平整的情况，人的大脑会出现波动，而这种数据的搜集就会直接反映出来，也就能够证明路面出现了不同程度的问题，这也是路面性能研究的一个新的方向。人机工程学的使用帮助人车路的研究发展，从人的心理和生理的角度出发，来分析和研究道路安全舒适等问题，这里面有最为直接的关联性，也是未来路面性能研究的新课题。
3 结语
综上所述，沥青路面性能预测研究至关重要。尽管国内外已针对该领域开展了大量研究，取得了大量成果，但未来还需对影响沥青路面性能的因素全面考虑，对沥青路面性能预测的复杂性做深入分析，在研究方法上尽可能采用多目标动态方法，如含扰动函数的多元时间序列分析方法等，以克服预测方法的局限性和预测结果的偏差。
参考文献
[1]孔祥杰.沥青路面性能衰变预测及养护维修决策方法研究[D].北京工业大学博士学位论文,2015.
[2]丁立亚.基于动稳定度的沥青路面车辙预测与耐久性设计方法研究[D].北京工业大学硕士学位论文,2015.
[3]张金喜,孔祥杰,韩丁丁,等.不同养护模式下的高速公路沥青路面状况指数预测模型[J].北京工业大学学报,2016 (1)
[4]申建.公路沥青路面施工技术[J].黑龙江科学，2017(02)
论文作者:刘羽
论文发表刊物:《防护工程》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/5
标签：路面论文; 模型论文; 方法论文; 性能论文; 沥青路面论文; 神经网络论文; 指数论文; 《防护工程》2017年第30期论文;