淺談寒冷天氣條件下山區道路的健康監測方法

鄭月云 蔣忠海 周亮兵

佛山科學技術學院 廣東 佛山 528000

1.引言

對于道路健康監測的研究，大多數研究人員都是從道路結構本身特性去考慮，并沒有去研究路面使用狀況的影響，同時也沒有對于外部環境的研究，而對道路的破壞和損傷的累積往往是多種因素的綜合影響，從道路結構以及路面使用狀況對道路的健康監測，在安全性評估上可以有一定的進展。

2.道路結構健康監測

針對傳統的土木工程道路結構健康監測，以結構自身特性為研究，主要方法為建立結構健康監測系統并進行健康監測，是一種實時的在線監測技術方法。但是，該系統的構建，涉及許多關鍵的方法問題。其中，

一般道路健康監測系統主要包括以下幾個部分：

（1）道路傳感器系統，該系統，包括道路感知元件的選擇和傳感器在結構中的布置，可以得到我們所需的道路結構健康監測的最大信息。

（2）道路數據采集和處理設備系統，一般由較為強大的計算機構成，該系統需要開發相應的軟件，是健康監測系統的核心，需要對道路傳感器系統搜集到的信息進行采集和分析。

（3）道路結構損傷檢測系統，該檢測系統一般可以分為兩種主要方法：局部檢測法和整體檢測法。整體檢測方法大致分為動力指紋分析法、模型修正與系統識別法、神經網絡法和遺傳算法。

（4）安全評定系統，該系統的建立需要使用結構安全性評估的主要方法，如可靠度理論、層次分析法、模糊理論法、專家系統評估法。

3.道路路面使用狀況健康監測

道路路面使用狀況的健康監測，通常以路面使用性能指標作為監測綜合評價指標。

（1）使用數學建模的方法對路面使用性能的某一項或某幾項的技術內容的研究方法是一大熱點。引入層次分析法與變權理論，建立了路面狀況的評價模型。引入了主成分分析法，為柔性路面的病害的相關特征進行評估，以此進行網級的路面養護管理。建立神經網絡法與馬爾科夫法的組合模型，對路面使用性能中的路面狀況指數、行駛安全指數、行駛質量指數三個參數進行預測，并獲得很好的預測結果。采用模糊綜合評價法，對水泥路面進行了應用，為路面使用性能的評估提供了合理的評價方法。

（2）對于路面材料或是車載作用、溫差作用下等外部其他影響因素下的路面使用性能的變化的研究，采用了試驗研究的方法，也是一大研究熱點。如王志斌等從自然環境、交通狀況、路面設計、施工特點、所用材料等五個方面分析了海南省瀝青路面使用性能中的路面結構早期損壞，并提出應該對上述原因才去措施治理與預防瀝青路面早期病害。尚婷等通過對山區高橋隧比路段的某一路面使用性能的路面抗滑性能影響因素與特性進行分析，結果表明主要是路面的磨耗、污染、潮濕這三大因素對路面抗滑性能造成了負面影響。

4 寒冷天氣下的道路路面健康監測方法

結合道路健康監測特點，寒冷天氣下的道路健康監測研究可從道路結構與道路路面使用狀況兩者進行研究，該研究需要實時連續監測。由于對應山區特點的道路健康監測系統的構建尚為困難，存在高成本和信號處理的不準確性、通用的損傷量化指標缺少等原因，采用道路結構健康監測方法存在很大難度，因此，對于寒冷天氣下的山區的道路健康監測研究，將對道路路面使用狀況進行分析和研究。

4.1 試驗數據的分析

路面使用狀況的健康監測，即對路面使用性能的綜合評價指標比較繁多，要選取路面損壞狀況PCI、車轍深度 RDI、行駛質量 RQI、抗滑性能 SRI 以及結構強度 PSSI五項主要指標內容中的一項或幾項，或是其他路面使用性能的其他評價指標，作為對所研究的道路進行評價。

4.1 .1 路面使用性能公式的改良

對于寒冷天氣的粵北山區道路健康監測研究，大膽地進行研究，選取清遠連州的一條山區道路作為研究對象，需要去當地調研和采集數據。該試驗中，選取的山區道路，屬于水泥路面。對于水泥路面，筆者打算從路面的使用性能指標的路面損壞狀況、路面抗滑性能兩個可測指標作為道路路面使用狀況的健康監測。

4.1 .2 多元線性回歸分析法

其中，對于所測的寒冷天氣的六個參數與道路路面使用狀況，根據路面實測情況，可以通過多元線性回歸法，分析路面損壞狀況與寒冷天氣的六個主要參數關系，確定影響路面損壞狀況較大的一些參數。另外，可以通過多元線性回歸法，分析抗滑性能與寒冷天氣的六個主要參數的關系，確定影響抗滑性能較大的一些參數。

4.2 模糊綜合評價模型的構建

路面使用性能評價指標界限模糊、量化困難，基于此，將模糊綜合評價理論引入路面使用性能的評價體系中。該理論運用模糊數學思想將所用到的評價指標定量化，再結合評價指標的影響，從而可以綜合評價出路面使用性能相對真實的狀態。

5.結論和展望

由于土木工程傳統的道路健康監測的研究理論尚不成熟，一般地，道路健康監測研究停留于道路結構上的健康監測，因此，本文提出道路健康監測的理論體系，該理論體系包括對道路的路面使用狀況的健康監測和道路結構的健康監測兩方面內容，該理論體系以道路整體為研究對象，為山區道路安全提供一個技術支持和改善指導，提供山區道路的路面養護管理建議，也為山區道路健康監測提供研究的可行性。