道路检测路面行驶质量指数RQI.ppt

路面平整度 5thGroup RidingQualityIndex 路面平整度是路面评价的一个重要指标 不仅影响驾驶员及乘客行驶舒适性 而且还与车辆振动 运行速度 轮胎摩擦与磨损及车辆运营费用等有关 是一个涉及人 车 路3方面的指标 1960年AASHTO道路试验研究表明大约95 的路面服务性能来自于道路表面的平整度 路面长期使用性能 LTPP 的研究表明 路面平整度特别是初始路面平整度将严重影响路面使用寿命 美国国家沥青路面协会 NAPA 大量调查研究也表明 初始路面平整度的少量提高会显著提高路面长期使用性能 好的初始路面平整度可延缓路面不平整度的发展及严重程度 从而显著降低路面每年的维修费用 前言 凹凸不平的路面 路面不平影响巨大 危及行车安全影响交通效率增大维护成本 概述 美国试验与材料协会 ASTM 交通部标准及国家标准 路面表面相对于理想平面的竖向偏差 路表面纵向的凹凸量的偏差值 明确了路面平整度测量的参照系 利于测定 ASTM的定义可以实现人 车 路系统的优化进而为制定合理的路面标准提供理论基础 路面平整度的定义 路面平整度影响因素 沥青混凝土 路基不均匀沉降桥涵两端及桥梁伸缩缝基层不平整路面摊铺机械及工艺面层摊铺材料的质量碾压质量接缝处理欠佳 水泥混凝土 路面平整度影响因素 合理选用施工机具立模板混凝土制备混凝土滩铺真空脱水抹面整平拉毛接缝和灌缝 1 RQI概述 2 评价标准 3 检测方法 4 预测模型 目录 路面平整度 PARTONE RQI概述 RQI的提出 1 车辆行驶的舒适性能 可通过道路平整度指标评价 在研究路面管理系统时 研究人员建立了路面平整度与行驶舒适性的关系 提出了行驶质量指数 RQI 模型 RidingQualityIndex 计算公式 2 IRI国际道路平整度指数 m Km 高速和一级取0 026 其他公路取0 0185 高速和一级取0 65 其他公路取0 58 公路用户对不同等级的公路有不同的行驶舒适性要求和期望 根据公路实验和统计数据 高速 一级公路和普通公路有不同的RQI模型参数 RQI与IRI 3 关键词 rqi标准的提高 4 在 高速公路养护质量检评方法 中 IRI4 0和IRI6 0分别被定义为优和良 标准将优和良对应的道路平整度分别提高到IRI2 3和IRI3 5 高速一级公路 和IRI3 0和IRI4 5 普通公路 随着我国公路管理技术的不断进步和公路养护能力的逐步提高 PARTTWO 路面平整度评价标准 评价标准分类 1 平整度测量的最基本的目的就是用一个或几个参数来评价路段的平整度 所用参数就是路面平整度评价指标 平整度发展过程中 路面平整度测定的方法与仪器较多 采用的指标各异 路面平整度的评价指标较多 平整度规范常用指标 将3M直尺直接置于测量路段得到路面与直尺间的最大间隙量作为平整度指标 当采用连续式平整度仪检测时 一般采用平整度标准差来表征路面平整度 mm 0 6 IRI m km 利用断面式平整度仪测量出路面两轮迹带的平整度 北美地区多用PI作为新建路面平整度验收指标 道路断面可以认为是由不同特性的短波 中波及长波组成 分析不同频率 波长 下的高程 速度 加速度的方差来分析路面断面的不平整性 国际上运用最广泛的平整度指标 大部分欧洲国家采用IRI作为路面平整度验收指标 2 国际平整度指数IRI 美国国家公路研究计划 NCHRP 在反应类平整度系统的标定和关系研究项目提出了国际平整度指数 IRI 的概念 而世界银行1982年在巴西进行的国际平整度实验则完整而系统的提出了IRI的计算模型与计算方法 1 4车模型 InternationalRoughnessIndex IRI由一条单向纵断面计算得到 采用1 4车模型 由固定的弹簧体质量与非弹簧体质量以及弹簧和阻尼组成 以80km h速度在已知断面上行驶 计算一定行驶距离内悬挂系统的累积位移作为IRI Zs为车身的绝对位移Zu为轮胎的绝对位移L为行驶的距离 2 计算公式 国际平整度指数IRI PARTTHERE 检测方法 断面类平整度测定反应类平整度测定主观评估法 测定方法 检测方法分类 1 单击此处添加标题 水准仪法 检测精度高效率低不适用于较长路段及大面积施工验收 应用水准仪量测路表高程 再得到路面纵断面 单击此处添加标题 3m直尺法 检测效率低精度较差直尺磨损 应用楔形塞尺或深度尺 测得3m直尺底面与路面之间最大间隙用于反映路面平整度 单击此处添加标题 连续式平整度仪法 适用于评定路面施工质量不适用于已有较多坑槽或破损严重的路面平整度检测 应用八轮平整度仪的位移传感器测量平衡梁中间点与路面垂直距离变化量及纵向位移量 单击此处添加标题 车载式颠簸累积仪 能够反映行驶过程的乘车舒适检测结果易受到车辆状况 车速等其他因素的干扰 通过测量车后轴与车厢的单向位移累积值来表征路面的平整度状况 单击此处添加标题 车载式激光平整度仪 高精度高效率发展趋势 激光道路平整度构造深度检测系统 北京中天恒宇科技有限公司 利用安装在车上的高精度位移传感器对路面点高程进行纵向扫描 得到纵断面上路面点的高程 并通过相应程序计算IRI值 概述 该设备能够快速准确实时得检测并计算出各等级公路路面的国际平整度指数 IRI 行驶质量指数 RQI 观测打分值 RN 测试速度及行驶距离等指标数据 可为交竣工验收 预防性养护以及路面管理系统 CPMS 提供综合高效的数据支持 激光道路平整度检测系统 2 数据采集计算机 主机系统 高精度激光传感器 加速度传感器 DMI距离测试系统 数据采集及处理软件 车载逆变电源 连接线缆 设备安装支架 系统组成 激光道路平整度检测系统 2 高精度的旋转编码器用来测量总的行驶距离使用E6B2 CWZ6C三相增量编码器将旋转编码器安装在车轴中 车轮每旋转一周 编码器给出2000个电脉冲信号 输出信号经过鉴相电路后送往单片机外部中端口进行正反两方向的计数 根据计数值及车轮周长即可计算出行驶里程在信号采集系统中 利用外部中断对里程脉冲信号进行精确计数 每隔固定距离启动一次测量 2 激光道路平整度检测系统 激光三角法测距 激光传感器用来测量检测仪距离路面的高度 随着车辆的行驶可以可以得到路面纵向断面 即可计算纵向平整度采用激光三角测距与原理 具有测量速度快 精度高 抗干扰能力强等特点传感器中发射光源和PSD检波器集成一体 工作电压18 32V 2 激光道路平整度检测系统 考虑到车辆振动引入的测试误差会影响实际的测试精度 系统中采用加速度传感器测量车体行进中的垂直加速度 在软件上对加速度做二次积分可得出检测仪的垂直位移量 用该位移量对激光测距的结果进行修正 即可消除车辆振动带来的影响 从而得到精确的道路轮廓单轴加速度测量系统 模拟输出 高性能 高精确度 在低频段有很好的线性 最低准确测量频率为1HZ 行驶过程中 车辆振动频率范围为1 80HZ 激光道路平整度检测系统 2 2 激光道路平整度检测系统 1 国内外情况 国内外目前遇到的最大技术难点是如何适应低速或随时停车检测 如何满足城市道路十字路口检测需要经常停车的问题 2 国内特殊情况 国内激光平整度检测产品的厂家 其采用的激光位移传感器基上都是引进的 最关键的问题是尽早研究开发自主的可用于路面平整度检测激光位移传感器 为了防止路面打滑 公路水泥混凝土路面施工技术细则 中对水泥混凝土路面抗滑构造施工规定 矩形槽深度宜为 槽宽宜为 槽间距宜为 在 车模型中 轮胎与地面的接触简化为一个点 轮胎会下落到刻槽之中 而实际上 轮胎与地面的接触是一个圆 刻槽并不会影响车辆的竖向振动 水泥混凝土路面的检测 3 模型与实际情况的示意图 点激光的影响 按照 公路水泥混凝土路面施工技术细则 对水泥混凝土路面进行抗滑构造施工 矩形槽深度 槽宽 槽间距 使用激光点光源测量高程时 有 的测点产生了 的系统误差 目前使用的测量平整度的仪器是车载式路面激光平整度仪 其核心部分是激光测距系统 在测试过程中 每个激光测试点都有可能打在刻槽上 造成测量的路面高程产生系统误差 激光点光源测距系统 线激光的影响 采用线光源测量时 系统误差将大幅减小 同时 含有系统误差的数据点将增加 以 长的线光源为例 有 的高程数据存在误差 该误差在 中均匀分布 线光源将点光源测量中一个点的误差分摊到了多个点上 从微观角度来看 测量的总误差没有变 但是从宏观上看 相当于将一个测点的高程误差分摊至多个点 带来的总效应是所有测点都有一个相近的误差 使路面的高程同时下降了一定高度 如果线光源长度为 就相当于每个测点都产生 的误差 但该误差只是使路面总体下降了 并不对国际平整度指数的计算带来误差 点激光法最大相对误差超过 使用激光线光源测量得到的路面高程可以有效减小上述误差对平整度计算的结果当使用的线光源越长 最终得到的国际平整度指数误差越小当线光源长度为 时 对于平整度较好的 类路面 其误差也只有 分析对比 PARTFOUR 模型预测 预测结果 某一性能指标变化趋势的均值或特定保证率条件下的数值预测结果 某一性能指标变化趋势的状态分布或概率表达 预测模型 1 基本反应模型结构性使用性能模型功能性使用性能模型 确定型非确定型 剩余寿命曲线马尔科夫过程模型 城市道路行驶质量指数预测模型 2 为研究城市道路行驶质量指数的自然衰变规律 建立马尔科夫模型对上海市多年城市道路行驶质量指数进行分析 并采用统计学上的比例分析法对行驶质量指数自然衰变过程的无后效性进行检验 1 数据来源与预处理 上海每年对市管道路的行驶质量指数 进行检测 因此积累了大量的检测数据 按 上海市工程建设规范城市道路养护技术规程 可将城市道路 状态分为 个等级 优级为 良好为 合格为 不合格为 在对数据预处理的过程中按照如下原则筛选 剔除连续 年内 等级上升的数据剔除连续 年 等级处于不合格的数据 在 年内由优级突变为不合格类数据予以剔除 首先要验证 衰变这一随机过程是否满足马尔科夫链的 个重要假设 时刻系统状态的概率分布只与 时刻的状态有关 与 以前的状态无关 从 时刻到 时刻的状态转移与 的值无关 2 验证马尔科夫模型无后效性假设 假设 i j 表示 过去的状态为 现在的状态为 在未来时刻 从状态 转移到 的概率 如果马尔科夫的无后效性成立 那么就有 i j 采用卡方检验的方法检验 和 在各年份中的值是否相等 2 验证马尔科夫模型无后效性假设 2 验证马尔科夫模型无后效性假设 通过以上数据分析可知 所有评价结果中接受路面行驶质量指数 满足马尔科夫无后效性假设的最低概率为 最高为 鉴于检测数据质量不高的情况可以认为马尔科夫的无后效性假设成立 采用车载式激光平整度仪进行检测要求检测车速达到 以上 然而在实际行驶过程中存在由于市区车辆的干扰会导致车速达不到最低要求进而可能会影响检测结果的情况此外 每年检测的即使是同一段路面行车轨迹也不会完全相同 由此带来的人为误差对评价结果都会产生一定的影响 3 求马尔科夫转移矩阵 由数据筛选的原则可知 不存在由优级突变为不合格的路段即 也不存在连续处于不合格状态的路段即 这 项概率作为固定值不再进行计算 3 求马尔科夫转移矩阵 概率筛选原则保留在 这一区间的概率值 其中 为概率的均值 为各年份概率的方差 对筛选剩下的数值求平均作为该状态转移概率的代表值 由于筛选可能导致保留下来的数据平均值不再唯一 先分别求出 再将 平均分配给转移矩阵中第 行第 列以后的数字 依据上述原则求出路面使用性能转移概率矩阵 4 评估马尔科夫转移概率矩阵预测效果 利用状态转移概率矩阵式在 年数据的基础上对 年数据进行预测 将具有多年连续检测数据的统计结果如下 a 检测数据的统计结果 2 年处于优 良 合格 不合格的路段数分别为 9b 以 年数据为基础预测结果 年处于优 良 合格 不合格的路段数分别为 4 评估马尔科夫转移概率矩阵预测效果 此状态转移矩阵在预测优级 良好 合格及不合格状态路段时误差比例最大为 最小 该状态转移矩阵对优级和良好状态的道路预测准确度较高 预测路段数量误差小在合格和不合格状态道路预测上误差相对偏高 但是该部分路段基数也较小 因而在数量上预测误差也很小该转移矩阵对其他地区使用不一定很合适 具有一定的局限性在预测不合格状态路段数量上误差比例偏高 需要进一步改进 总结 路面平整度要达到行车舒适这一要求 要从路基施工准备阶段就开始重视 所有参加公路建设工程的施工单位 都有义不容辞的责任 强化施工管理 完善施工工艺和施工方法 提高施工质量 才能从源头上 根本上解决问题 效益和施工质量才能得到保证 提高路面平整度的措施 1路堤填筑前原地面处理扎扎实实地进行路基的填筑 尤其是对原地面和坡面基底的处理 2路堤填料一般应采用砂砾以及塑性指数和含水量符合规范的土 4完善排水设施保持路基能经常处于干燥 坚固和稳定状态 3填土路基压实严格按现行 公路路基施工技术规范 JTGF10 2006 要求进行 6路面基层施工用集中场拌和摊铺机施工方法 加强基层养护严格控制基层平整度 5桥涵两端及伸缩缝的施工控制避免引起桥梁 涵洞两端引起的跳车现象 8碾压质量控制分为3个阶段进行 即初压 复压和终压 7沥青混凝土路面机械摊铺工艺及控制摊铺面层采用浮动基准梁法 严禁时快时慢 选用熟练的摊铺机操作手 1 周晓青 孙立军 颜利 路面平整度评价发展及趋势 J 公路交通科技 2005 2 李伟 马景兰 王伟 万京生 基于dsPIC的激光路面平整度自动检测系统 J 仪表技术与传感器 2010 3 杨世红 分析沥青混凝土路面平整度影响因素及处理方法 J 公路 2007 4 邵敏华 云修萌 袁雨樵 路面行驶质量差异的当量出行时间费用 J 同济大学学报 自然科学版 2017 5 马建 赵祥模 贺拴海 宋宏勋 赵煜 宋焕生 程磊 王建 锋袁卓 亚黄福 伟张健 杨澜 路面检测技术综述 J 交通运输工程学报 2017 6 DUYU chuan LTUCheng long WUDi fei JIANGSheng chuan PavementRoughnessMeasure