基于路况快速检测技术的路面病害有效修补率指标应用研究

付渊

（山西省高速公路管理局，山西 太原 030006）

1 概述

截至2017年末，全国公路总里程达到477.35万km，公路养护里程467.46万km，占公路总里程97.9%。随着路龄的增加，小汽车、载重汽车的出行率不断提高，路面承受的压力也越来越大，病害的产生也越发频繁，致使路面性能逐渐退化，而伴随着公路养护资金的紧张，保持良好的路况已成为一道难题[1-3]。本文引入一项新指标路面病害有效修补率，通过路况快速检测技术获得的历年检测数据对比分析，研究路面病害有效修补率和路面损坏状况指数PCI（Pavement Surface Condition Index）的关联关系，明确路面病害有效修补率在路面养护精细化管理的作用，为路面病害的及时处治提供技术支撑。

2 基础信息概况

2.1 检测设备

多功能路况快速检测系统（CiCS），用于公路、城镇道路以车流速度连续、非接触、高速地实时采集公路路况信息。采集指标包括:平整度、车辙、路面损坏、跳车、磨耗、卫星定位、距离信息以及前方路况图像等。采用LED照明，全车道检测，照度均匀，图像清晰；能够识别1 mm及以上裂缝，照明单元寿命长消耗功率相对较低，车体结构紧凑，通过性好。应用于大规模路网路况检测与养护决策的数据采集；适用于普通国省干线、高速公路及城镇道路[4-5]。

在进行快速检测时，可以有效做到：

a）校桩 根据校桩桩号能够自动完成数据的梳理。

b）数据整合 对一条道路进行分段检测后，可进行数据整合形成一份报告。

c）故障自动判断 针对可能由于设备故障导致数据不可用时，系统主动提示。

图1 多功能路况快速检测系统（CiCS）

路面损坏图像自动识别及路面损坏率的计算是由与CiCS系统配套的“路面损坏自动识别系统（CiAS）”完成。CiAS系统能够识别1 mm以上的沥青路面和水泥混凝土路面裂缝，对正常图片的损坏识别率达到90%～95%以上，能够满足《公路技术状况评定标准》（JTG 5210—2018）。为保证数据质量，在数据处理过程中还按一定比例抽样，采用人工方法对计算机自动识别结果进行复核。

图2 路面损坏自动识别系统（CiAS）

2.2 历年检测数据

本次分析研究结合中部某省通过路况快速检测技术采集的高速公路检测数据，对省内高速进行路面使用性能及各分项指标的评价，针对2013年、2014年、2015年、2016年、2017年5年中累计检测5次的分项指标PCI的数据进行对比分析，以表明中部某省高速公路路况随时间的动态变化情况。以便于研究路面病害有效修补率在历年检测数据中对路面损坏PCI指标的影响。

2.3 路龄

将路龄定义为各养管路段截止到检测时的通车运营时间，以路龄为维度对路况数据展开分析，有助于准确把握在不同路龄的情况下，路面病害有效修补率对路面损坏PCI的影响情况，便于明确路面病害有效修补率在公路养护中的作用。

为便于分析路面病害有效修补率对各养管路段2013—2017年路面损坏PCI指标的影响情况，将养管路段分为路龄小于5年、路龄5～10年、路龄10～15年及路龄大于等于15年四类。

图3 2017年中部某省高速不同路龄比例图

根据图3可知，截止至2017年，路龄处在0～5年和5～10年的路段里程比例达到67.96%。路龄在0～5年的路段将普遍存在预防性养护需求，路龄5～10年的路段将陆续进入大中修周期。因而从路龄角度讲，该省高速面临着较大的养护压力。本文选取路龄小于5年和路龄在5～10年的养管路段检测数据进行分析。

3 路面病害有效修补率与PCI关联分析

3.1 路面病害有效修补率与路面损坏状况指数PCI的概念

路面病害有效修补率定义为处治的病害面积占处治的病害面积与未处治的病害面积之和的比例，路面病害有效修补率越高，反映出小修保养精细化程度越高。

式中：Erropd代表路面病害有效修补率；Areacz代表处治的病害面积；Areawcz代表未处治的病害面积。

路面损坏状况指数PCI[6]是一种表征路面完好程度的指数，是路面破损状况物理性能最直接的表现和反映。即表现为路面损坏状况指数PCI分值越低，路面病害越多，路面损坏越严重，路况越差。

式中：DR代表路面破损率，%；a0表示沥青路面采用15.00，水泥混凝土路面采用10.66；a1表示沥青路面采用0.412，水泥混凝土路面采用0.461；Ai代表第i类路面损坏的累计面积，m2；A代表路面检测或调查面积，m2；wi代表第i类路面损坏的权重或换算系数；i代表路面损坏类型，包括损坏程度（轻、中、重）；i0代表损坏类型总数。

3.1.1 路龄小于5年路段数据对比分析

图4 2016—2017年各养管路段路面病害养管路段有效修补率对比（路龄小于5年）

截至2017年，该省高速公路检测数据中路龄小于5年的19个养管路段中，共15个养管路段在2016—2017年间均进行检测，两年路面病害有效修补率对比如图4所示[7]。

15个养管路段中，6个管养路段的两年路面病害有效修补率均在90%以上，1个养管路段的两年路面病害有效修补率是在50%以下。其中路面病害有效修补率与2016相比下降的养管路段共有11个。

以1-3号养管路段为例，其路面病害有效修补率和路面损坏PCI对比如图5所示。可以看出该路段两年的路面病害有效修补率都是较低的，2017年的路面病害有效修补率较2016年有较大的下降，而且路面损坏PCI值随着路面病害有效修补率的下降而降低，从优等水平降到良等水平。

图5 1-3号养管路段路面病害有效修补率和路面损坏PCI关系图

表1 1-3号养管路段2016年、2017年路面病害明细表

由表1可以看出，2017年此路段病害较2016年数量加剧，有趋于严重的趋势，块修和条修较2016年增加了不少，纵缝的数量也显著增加，小修保养措施不足，精细化管理水平不到位，致使路面病害有效修补率降低，路面损坏PCI值下降。

为有效对比路面病害有效修补率与路面损坏PCI的关系，本文以1-8号养管路段为例，对比分析1-8号养管路段2015年—2017年3年的数据，如图6。

图6 1-8号养管路段路面病害有效修补率和路面损坏PCI关系图

表2 1-8号养管路段2015年—2017年路面病害明细表

由表2和图6可以看出，1-8号养管路段路面病害有效修补率和路面损坏PCI呈现相同的变化趋势，在2016年处于最大值，2017年路面病害有效修补率和路面损坏PCI有所降低。表明若采取小修保养措施，其路面损坏PCI会有一定程度的提高。

路龄小于5年的养管路段路面破损状况均较好，可通过及时采取小修保养措施等精细化管理举措来延缓路况衰减，同时，结合路龄和路况，路龄小于5年的养管路段预防性养护需求较大。

从上述的1-3养管路段和1-8养管路段的数据对比中，可以看出，路面病害有效修补率和路面损坏PCI呈现相同的变化趋势，从而能说明，路面病害有效修补率能够反映路况破损水平。

3.1.2 路龄5～10年路段数据对比分析

截止至2017年，该省高速检测数据中路龄在5～10年的养管路段路面破损PCI指标对比表如表3。

路龄在5～10年之间的养管路段的路面损坏PCI差异逐渐加大，其中，2-5号养管路段、2-6号养管路段、2-11号养管路段3个养管路段的路面损坏PCI相对较低，图7为3个养管路段路面损坏PCI在2014—2017年的衰减趋势。

图7 养管路段路面损坏PCI衰减趋势图

图7显示，3个养管路段在2014年路面损坏PCI均在91分左右；2015年其衰减速度显著加快，3个养管路段路面损坏PCI在2015年的降幅分别为3.3分、2.8分、2.9分，其后续年份路况水平与其他路龄相近养管路段迅速拉开。

为明确这3个养管路段的路面损坏PCI指标快速衰减的原因，本文对2-6号养管路段的2015年—2017年3年的数据进行对比分析，如图8所示。

图8 2-6号养管路段路面病害有效修补率和路面损坏PCI关系图

表4 2-6号养管路段2015年—2017年路面病害明细表

由表4和图8可以看出，2-6号养管路段路面病害有效修补率和路面损坏PCI同样呈现相同的变化趋势，路面病害有效修补率从2015年到2017年逐年下滑，尤其是从2016至2017年，呈现大幅度下滑，路面损坏PCI值的下降情况也与路面病害有效修补率近似。这种情况表明若精细化管理水平不到位，其路面损坏PCI会有一定程度的下滑。

图9 2-20号养管路段路面病害有效修补率和路面损坏PCI关系图

在之前的数据基础上，本文又对比分析了一条路龄在9.9年的养管路段——2-20号养管路段，该路段的2016年—2017年数据对比如图9。

表5 2-20号养管路段2016年—2017年路面病害明细表

2-20号养管路段的路面损坏PCI值2017年较2016年提升5.2。其两年病害对比如表5所示，可以看到，其显著变化是条状修补增加，横缝数量减少，可见该段养管路段注重精细化管理，采取小修保养措施，提高了路面病害有效修补率，使得这条路龄临近10年的养管路段的路面损坏PCI值有一定程度的上升。

为进一步了解精细化管理在道路养护中的作用，本文对2-7号养管路段2013年至2017年5年的数据进行分析对比，如图10。

表6显示，2013—2017年，2-7号病害的主要变化是：a）纵向裂缝持续增多；b）横向裂缝与条状修补呈现出此消彼长的趋势。2017年路面损坏PCI由88.2降至79.9，路面病害有效修补率由56.80%降至25.52%，未及时采取小修保养措施以至于路面状况下降较快，由原来的良等水平降到了中等水平，同时该养管路段的纵向裂缝发展较快，应着重加大精细化管理的力度。

对路况较差的养管路段，如2-7号养管路段，应及时纳入大中修养护计划，对于路况水平暂时未达到大中修养护标准或不能及时实施大中修的养管路段，如2-5号养管路段、2-6号养管路段等，可通过采取小修保养措施等精细化管理举措来实现路面破损状况在一定程度上的提高，以延缓路况衰减。

从以上数据对比分析可得，路面病害有效修补率能够通过病害处治比例来反映精细化养护的水平。

路龄为5～10年的养管路段路面破损状况开始呈现出较为显著的差异，部分养管路段将陆续进入大中修养护周期，应根据实际路况水平采取不同的养护措施。结合以上的多年养管路段数据对比图，可以得出明确认知，加大精细化管理的力度，采取小修保养措施，能够提高路面病害有效修补率，可以在一定程度上提高养管路段的路面损坏PCI值，以提高路网服务水平。

4 结论

本文依托采取路况快速检测技术获取的中部某省高速公路历年检测数据，从路龄维度方面展开分析，对养管路段路面病害有效修补率和路面损坏PCI值对比分析。主要结论如下：

路面病害有效修补率对路面损害PCI值有一定影响，路面损坏PCI值会和路面病害有效修补率呈现相同的变化趋势，即路面病害有效修补率能够反映路况水平；路面病害有效修补率能够通过病害处治比例来反映精细化养护的水平。加大精细化管理的力度，采取小修保养措施，能够提高路面病害有效修补率，可以在一定程度上提高养管路段的路面损坏PCI值，以提高路网服务水平；路况快速检测技术能够针对被检测路线进行快速的道路信息采集，从而了解路面损坏PCI每年的变化情况，及时了解检测路线病害处治情况，为提高养护工作和管理决策的科学性提供依据。