基于灰色系統理論的瀝青路面使用性能預測

王新竹 孔令云

依托工程全長122.5 km,投資巨大,于2003年12月通車。本文根據依托工程各項參數跟蹤觀測結果,利用灰色預測模型GM(1,1)對其路面使用性能進行了預測,以便為今后依托工程的養護、維修工作提供依據。

1 灰色預測模型簡介

表1 依托工程的性能指標匯總表

灰色預測模型(GM-Grey Model)主要是應用灰色系統理論,對所得的數據列建立動態模型。GM(1,1)是實際應用中最為普遍的一種灰色預測模型,是灰色系統理論的核心模型,該模型僅用4個數據就可以估計模型參數,且可達到一定的模擬精度。

GM(1,1)預測模型的適用條件:1)-a≤0.3時,GM(1,1)可用于中長期預測;2)0.3＜-a≤0.5時,GM(1,1)可用于短期預測,中長期預測慎用。

2 依托工程跟蹤觀測結果

選擇了表1中的指標進行其中長期性能的預測。

1)PQI,PCI,RQI,SSI,BPN為我國JTJ 073-96公路養護技術規范中的綜合評價指標;2)PSI[1]為日本道路維修綱要中的現時服務指數,其注重的是路面服務質量,模型影響參數為路面平整度和裂縫率;3)MCI為日本建設省土木研究所提出的養護控制指數[1];4)R4為我國學者提出的綜合評價指標[2];5)PCI計算中,車轍換算系數按公式K=0.000 064RD3計算得到;6)各指標的維修養護標準見表2。

表2 各指標的維修技術標準匯總表

3 依托工程長期使用性能預測精度分析

發展系數-a是灰色預測模型預測精度的一個重要體現,根據預測結果對各指標的發展系數-a進行了匯總,見表3。

表3 發展系數(-a)匯總表

根據相關分析可知,發展系數-a的絕對值為0.005 25時,預測精度最高,在該點兩側,預測誤差呈對稱的、單調的形式向上發展。

將表3中發展系數與預測模型的適用條件進行對比可以發現:

1)依托工程各項指標預測的發展系數-a均小于0.3,滿足GM(1,1)模型的適用條件;

2)其預測誤差在10%以內。

4 依托工程長期使用性能預測結果分析

對表1中的各項參數利用灰色預測模型進行了預測,結果見圖1～圖9。

表4 回歸曲線及維修時間匯總表

根據圖1～圖9,對各項指標隨著通車時間的變化規律采用二次曲線進行了回歸;根據回歸曲線,對各路段在僅考慮單項指標時需維修的時間進行了計算,見表4。

對表4中通車時間大于8的結果不予采用;通車時間小于4的結果也不予采用。基于以上兩點,對表4中的計算結果剔除以上兩個方面的數據后(表4中用刪除線表示)進行平均,可知各路段需維修的時間為:

SUP段需要中修的時間為:通車6.0年;SMA段需要中修的時間為:通車6.6年;AK段需要中修的時間為:通車5.5年。

各路段在以上時間之前,進行日常養護、維修即可。該養護維修的結論,結合后期的現場觀測分析,具有較強的操作性,與依托工程的實際情況吻合較好。

5 結語

灰色預測模型GM(1,1)在進行使用性能預測時,需要的原始數據量相對較小,但預測結果對實際工程有較強的指導性,可應用于高速公路的長期使用性能預測。

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