基于路面使用性能和结构性能的路面综合性能评价方法技术

本发明专利技术公开了一种基于路面使用性能和结构性能的路面综合性能评价方法，先通过相关性分析，对初始性能指标矩阵中强相关性的性能指标进行转换，并结合弱相关性的性能指标，重构性能指标矩阵，再采用TOPSIS分析法计算得到不同路段的综合性能评价值，由于所得综合性能评价值涵盖了路面使用性能和结构性能两方面数值，从而使评价结果更全面准确，为沥青路面养护路段和养护时机确定提供更准确的依据。护路段和养护时机确定提供更准确的依据。护路段和养护时机确定提供更准确的依据。

【技术实现步骤摘要】
基于路面使用性能和结构性能的路面综合性能评价方法


[0001]本专利技术涉及道路工程领域，特别是一种基于路面使用性能和结构性能的路面综合性能评价方法。

技术介绍

[0002]经过几十年的快速发展和建设，我国道路交通基础设施建设取得了举世瞩目的成就，其中95％以上都采用沥青路面，这使得沥青路面成为了主要的路面类型。由于沥青路面受到环境和车辆荷载的综合作用，我国每年都有大量的公共资金投入到众多的公路养护和修复项目中，以保持路面的可用性。现有道路由于缺乏对道路综合性能准确评价的手段，在没有规划的情况下进行周期性的改造和大规模的道路修复，不仅会造成不必要的开支、浪费、交通拥堵和安全事故，还会造成环境污染、土地浪费和资源消耗。因此，在役沥青路面的综合性能的准确评价，能够有效地缩短路面大型养护的周期和频率，为科学的养护决策提供一定的支撑。
[0003]目前，研究人员在对路面综合性能的评价，只重视路面使用性能的评价；然而，在役路面的综合性能评估应该包括更全面有效的指标，不仅涉及路面使用性能指标，还应涉及结构性能指标。通常情况下，路面弯沉参数可用于评估路面结构承载力，我国现行规范《公路技术状况评定标准》中采用路面结构强度指数PSSI来评价路面结构承载力，但是从现有检测经验来看，路面弯沉参数绝大部分数值都在15(0.01mm)以内，而且计算得到的PSSI值均不小于90，都处于优级水平。此外，路面基层和路基也会对路面的结构承载力产生一定的影响，但是由于其隐藏在沥青层下面，开裂状态和空洞不可见，无法通过目测或图像识别等常规方法进行结构承载力评估。因此，路面结构强度指数PSSI在一定程度上并不能有效的评估不同路段的结构强度水平，且不能很好的反映路面基层和路基对路面结构承载力的贡献大小，这对路面养护的指导工作不利。
[0004]依据《公路技术状况评定标准》(JTG 5210
‑
2018)对沥青路面使用性能的评价内容，路面病害指标主要包含路面破损率DR，路面平整度IRI，车辙深度RD，横向力系数SFC等指标，但这些都是路表的功能性指标，主要针对道路使用者而言；对于道路设计者，需要考虑的是路面的结构承载力状况，这直接决定路面是否满足使用要求，而且有些路面虽然路面技术状况指数PQI很高，但依旧出现较严重的路面安全使用问题。因此，现有的评价体系均有一定的局限性，缺少一种有效的综合评价手段，故需要提出一种新的评价手段用于解决现有技术中所存在的不足。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，提供一种基于路面使用性能和结构性能的路面综合性能评价方法，用于解决现有技术中缺少综合使用性能和结构性能两方面的路面评价方法的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于路面使用性能和结构性能的路面综合性能评价方法，包括如下步骤：
[0007]S1、检测沥青路面并获取不同路段的使用性能指标和结构性能指标。
[0008]S2、基于使用性能指标和结构性能指标，构建不同路段的初始性能指标矩阵X。
[0009]S3、对初始性能指标矩阵X中的各项性能指标进行相关性分析和性能指标筛选。
[0010]S4、利用筛选后的性能指标构建关于不同路段的性能指标重构矩阵Y。
[0011]S5、采用TOPSIS分析法得出不同路段综合性能评价值，并对不同路段沥青路面的综合性能进行评价；S5步骤具体包括：
[0012]S51、基于性能指标重构矩阵Y计算正理想解集A
+
和负理想解集A
‑
。
[0013]S52、对性能指标重构矩阵Y进行标准化转换，得到标准化指标重构矩阵Y
*
。
[0014]S53、采用熵值法确定关于标准化指标重构矩阵Y
*
的权重系数。
[0015]S54、基于正理想解集A
+
、负理想解集A
‑
和权重系数，计算出不同路段到正理想解集A
+
的距离以及到负理想解集A
‑
的距离
[0016]S55、构建不同路段相对于距离或距离的相似度函数利用相似度函数计算得到不同路段综合性能评价值，并基于不同路段综合性能评价值的大小对不同路段的综合性能进行评价。
[0017]本专利技术的有益效果是：区别于现有技术的情况，本专利技术提供了一种基于路面使用性能和结构性能的路面综合性能评价方法，先通过相关性分析，对初始性能指标矩阵中强相关性的性能指标进行转换，并结合弱相关性的性能指标，重构性能指标矩阵，再采用TOPSIS分析法计算得到不同路段的综合性能评价值，由于所得综合性能评价值涵盖了路面使用性能和结构性能两方面数值，从而使评价结果更全面准确，为沥青路面养护路段和养护时机确定提供更准确的依据。
附图说明
[0018]图1是本专利技术中于路面使用性能和结构性能的沥青路面评价方法一实施方式的流程图；
[0019]图2为实施例1中路面使用性能指标测量装置图：a为ZYON
‑
RTM智能道路检测车，b为横向力系数车；
[0020]图3为实施例1中路面弯沉试验测试装置；
[0021]图4为实施例1中落锤式弯沉仪传感器横向布置示意图。
具体实施方式
[0022]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本专利技术保护的范围。
[0023]请参阅图1，本专利技术中基于路面使用性能和结构性能的路面综合性能评价方法，包括如下步骤：
[0024]S1、检测沥青路面并获取不同路段的使用性能指标和结构性能指标。本步骤中，检测沥青路面并获取不同路段的使用性能指标，使用性能指标包括路面破损率DR、车辙深度
RD、路面平整度IRI和横向力系数SFC；利用路面弯沉试验获取不同路段的弯沉盆参数，由弯沉盆参数得到结构性能指标，弯沉盆参数D0、D1、D2、D3和D4，结构性能指标包括D0、D0‑
D1、D1‑
D4和D4。
[0025]S2、基于使用性能指标和结构性能指标，构建不同路段的初始性能指标矩阵X。本步骤中，初始性能指标矩阵X表达式为：
[0026][0027]式(1)中，x
ij
表示第i条路段的第j项性能指标，i＝1,2,
…
,m，j＝1,2,
…
,n；该初始性能指标矩阵X中的性能指标具体包括路面破损率DR、车辙深度RD、路面平整度IRI、横向力系数SFC、D0、D0‑
D1、D1‑
D4和D4。
[0028]S3、对初始性能指标矩阵X中的各项性能指标进行相关性分析和性能指标筛选。具体地，S3步骤中包括如下步骤：
[0029]S31、对初始性能指标矩阵X进行标准化转换，得到标准化初始指标矩阵X本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于路面使用性能和结构性能的路面综合性能评价方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、检测沥青路面并获取不同路段的使用性能指标和结构性能指标；S2、基于所述使用性能指标和结构性能指标，构建不同路段的初始性能指标矩阵X；S3、对所述初始性能指标矩阵X中的各项性能指标进行相关性分析和性能指标筛选；S4、利用筛选后的性能指标构建关于不同路段的性能指标重构矩阵Y；S5、采用TOPSIS分析法得出不同路段综合性能评价值，并对不同路段沥青路面的综合性能进行评价；所述S5步骤具体包括：S51、基于所述性能指标重构矩阵Y计算正理想解集A
+
和负理想解集A
‑
；S52、对所述性能指标重构矩阵Y进行标准化转换，得到标准化指标重构矩阵Y
*
；S53、采用熵值法确定关于所述标准化指标重构矩阵Y
*
的权重系数；S54、基于所述正理想解集A
+
、负理想解集A
‑
和权重系数，计算出不同路段性能指标到正理想解集A
+
的距离D
i+
以及到负理想解集A
‑
的距离S55、构建不同路段性能指标相对于所述距离的相似度函数，利用所述相似度函数计算得到不同路段综合性能评价值并基于所述不同路段综合性能评价值的大小对不同路段的综合性能进行评价。2.根据权利要求1中所述的基于路面使用性能和结构性能的路面综合性能评价方法，其特征在于，所述S1步骤中，检测沥青路面并获取不同路段的使用性能指标，所述使用性能指标包括路面破损率DR、车辙深度RD、路面平整度IRI和横向力系数SFC；利用路面弯沉试验获取不同路段的弯沉盆参数，由所述弯沉盆参数得到结构性能指标，所述弯沉盆参数D0、D1、D2、D3和D4，所述结构性能指标包括D0、D0‑
D1、D1‑
D4和D4。3.根据权利要求1中所述的基于路面使用性能和结构性能的路面综合性能评价方法，其特征在于，所述S2步骤中，所述初始性能指标矩阵X表达式为：其中，x
ij
表示第i条路段的第j项性能指标，i＝1,2,
…
,m，j＝1,2,
…
,n。4.根据权利要求3中所述的基于路面使用性能和结构性能的路面综合性能评价方法，其特征在于，所述S3步骤具体包括：S31、对所述初始性能指标矩阵X进行标准化转换，得到标准化初始指标矩阵X
*
；S32、计算所述初始性能指标矩阵X中的各项性能指标的相关性系数，得到初始性能相关性系数矩阵R，根据相关性系数阈值将所述初始性能指标矩阵X中各项性能指标分为第一性能指标集和第二性能指标集；S33、计算所述第二性能指标集的特征根和特征向量，并确定所述第二性能指标集中的若干主成分；S34、计算每一所述主成分对相应方差的贡献率和累计贡献率，基于累计贡献率阈值对若干所述主成分进行筛分，得到有效主成分集。5.根据权利要求4中所述的基于路面使用性能和结构性能的路面综合性能评价方法，
其特征在于，所述S31步骤中，所述标准化初始指标矩阵X
*
表达式为：其中，其中，表示第i条路段的第j项标准化性能指标，和S
ij
分别表示第j项性能指标的样本均值和标准差，i＝1,2,
…
,m，j＝1,2,
…
,n；所述S32步骤中，所述性能指标相关系数矩阵R表达式为：其中，r
ab
表示第a项性能指标与第b项性能指标的相关系数，a，b，...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗蓉，肖满哲，于晓贺，李冲，袁春丽，刘文超，汪彪，束裕，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：