基于灰色系統(tǒng)理論的瀝青路面使用性能預(yù)測(cè)

王新竹 孔令云

依托工程全長(zhǎng)122.5 km,投資巨大,于2003年12月通車。本文根據(jù)依托工程各項(xiàng)參數(shù)跟蹤觀測(cè)結(jié)果,利用灰色預(yù)測(cè)模型GM(1,1)對(duì)其路面使用性能進(jìn)行了預(yù)測(cè),以便為今后依托工程的養(yǎng)護(hù)、維修工作提供依據(jù)。

1 灰色預(yù)測(cè)模型簡(jiǎn)介

表1 依托工程的性能指標(biāo)匯總表

灰色預(yù)測(cè)模型(GM-Grey Model)主要是應(yīng)用灰色系統(tǒng)理論,對(duì)所得的數(shù)據(jù)列建立動(dòng)態(tài)模型。GM(1,1)是實(shí)際應(yīng)用中最為普遍的一種灰色預(yù)測(cè)模型,是灰色系統(tǒng)理論的核心模型,該模型僅用4個(gè)數(shù)據(jù)就可以估計(jì)模型參數(shù),且可達(dá)到一定的模擬精度。

GM(1,1)預(yù)測(cè)模型的適用條件:1)-a≤0.3時(shí),GM(1,1)可用于中長(zhǎng)期預(yù)測(cè);2)0.3＜-a≤0.5時(shí),GM(1,1)可用于短期預(yù)測(cè),中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)慎用。

2 依托工程跟蹤觀測(cè)結(jié)果

選擇了表1中的指標(biāo)進(jìn)行其中長(zhǎng)期性能的預(yù)測(cè)。

1)PQI,PCI,RQI,SSI,BPN為我國(guó)JTJ 073-96公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范中的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo);2)PSI[1]為日本道路維修綱要中的現(xiàn)時(shí)服務(wù)指數(shù),其注重的是路面服務(wù)質(zhì)量,模型影響參數(shù)為路面平整度和裂縫率;3)MCI為日本建設(shè)省土木研究所提出的養(yǎng)護(hù)控制指數(shù)[1];4)R4為我國(guó)學(xué)者提出的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)[2];5)PCI計(jì)算中,車轍換算系數(shù)按公式K=0.000 064RD3計(jì)算得到;6)各指標(biāo)的維修養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 各指標(biāo)的維修技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)匯總表

3 依托工程長(zhǎng)期使用性能預(yù)測(cè)精度分析

發(fā)展系數(shù)-a是灰色預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)精度的一個(gè)重要體現(xiàn),根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)各指標(biāo)的發(fā)展系數(shù)-a進(jìn)行了匯總,見表3。

表3 發(fā)展系數(shù)(-a)匯總表

根據(jù)相關(guān)分析可知,發(fā)展系數(shù)-a的絕對(duì)值為0.005 25時(shí),預(yù)測(cè)精度最高,在該點(diǎn)兩側(cè),預(yù)測(cè)誤差呈對(duì)稱的、單調(diào)的形式向上發(fā)展。

將表3中發(fā)展系數(shù)與預(yù)測(cè)模型的適用條件進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn):

1)依托工程各項(xiàng)指標(biāo)預(yù)測(cè)的發(fā)展系數(shù)-a均小于0.3,滿足GM(1,1)模型的適用條件;

2)其預(yù)測(cè)誤差在10%以內(nèi)。

4 依托工程長(zhǎng)期使用性能預(yù)測(cè)結(jié)果分析

對(duì)表1中的各項(xiàng)參數(shù)利用灰色預(yù)測(cè)模型進(jìn)行了預(yù)測(cè),結(jié)果見圖1～圖9。

表4 回歸曲線及維修時(shí)間匯總表

根據(jù)圖1～圖9,對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)隨著通車時(shí)間的變化規(guī)律采用二次曲線進(jìn)行了回歸;根據(jù)回歸曲線,對(duì)各路段在僅考慮單項(xiàng)指標(biāo)時(shí)需維修的時(shí)間進(jìn)行了計(jì)算,見表4。

對(duì)表4中通車時(shí)間大于8的結(jié)果不予采用;通車時(shí)間小于4的結(jié)果也不予采用。基于以上兩點(diǎn),對(duì)表4中的計(jì)算結(jié)果剔除以上兩個(gè)方面的數(shù)據(jù)后(表4中用刪除線表示)進(jìn)行平均,可知各路段需維修的時(shí)間為:

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

各路段在以上時(shí)間之前,進(jìn)行日常養(yǎng)護(hù)、維修即可。該養(yǎng)護(hù)維修的結(jié)論,結(jié)合后期的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)分析,具有較強(qiáng)的操作性,與依托工程的實(shí)際情況吻合較好。

5 結(jié)語(yǔ)

灰色預(yù)測(cè)模型GM(1,1)在進(jìn)行使用性能預(yù)測(cè)時(shí),需要的原始數(shù)據(jù)量相對(duì)較小,但預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)實(shí)際工程有較強(qiáng)的指導(dǎo)性,可應(yīng)用于高速公路的長(zhǎng)期使用性能預(yù)測(cè)。

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