基于Internet B/S网络架构的沥青路面智能化养护系统

摘要

本发明涉及一种基于Internet B/S网络架构的沥青路面智能化养护系统，该系统以Internet网络为信息传输平台，自动转换各种自动化检测设备采集的数据，分析计算检测结果，建立沥青路面技术状况数据库，结合养护历史资料分析路面技术状况变化规律，评价路面技术状况，诊断沥青路面病害形式和范围，预测养护实施的时间，提出不同病害的养护对策、养护方法和施工工艺，在输入各种材料和设备定额后自动计算养护工程造价。该系统既能评价现有路面技术状况，又能进行病害诊断，并提出切实可行的养护方案，可为养护管理单位制定年度养护计划提供技术依据，达到沥青路面智能化养护管理目的。

说明书

技术领域

本发明涉及基于Internet B/S网络架构的沥青路面智能化养护系统。

技术背景

近年来，我国交通建设发展迅速，目前高速公路总里程已突破6万公里，根据国家十一五发展规划，2020年高速公路里程将达到9万公里以上。在我国高等级公路中广泛采用了沥青路面。虽然沥青路面行车舒适，养护速度快，但是一旦出现病害就会迅速恶化，保持沥青路面良好的使用性能关键是抓好养护，因此养护的重要性受到各级交通主管部门的高度重视。过去路面检测靠人工，随着公路里程的增长，人工检测无法满足大量检测的需要；另一方面养护方案制订由于缺乏相应的技术数据主要凭经验，缺乏科学性，导致养护返修率高，失养现象普遍存在，导致有限养护资金的巨大浪费。公路事业的发展迫切需要快速检测和自动诊断技术，提高养护方案和养护计划编制的科学性与合理性。然而，目前国内外尚缺乏智能化养护系统，美国于上世纪90年代研究开发了CPMS路面管理系统，提高了养护管理效率，但是该系统只能分析评价路面技术状况，保存路面技术状况数据，不能提出科学合理的养护对策，对于年度养护计划编制没有太大的作用。

发明内容

本发明的目的是为了系统解决沥青路面养护技术问题，而提出一种基于Internet B/S网络架构的沥青路面智能化养护系统，实现自动化检测，智能化养护的目标。它能够实现数据自动转换，计算路面各项技术指标，评价路面使用性能；诊断沥青路面病害形式和范围，结合养护历史资料，分析路面变化规律，预测养护实施的时机，提出不同病害的养护对策、养护方法和施工工艺，从而提供最恰当的养护方案、养护工程数量和养护工程造价，并进行养护经济性分析，为制定路面养护计划提供技术依据。

本发明的技术方案为：

基于Internet B/S网络架构的沥青路面智能化养护系统，主要由三大模块组成：数据自动采集模块、自动诊断模块和科学决策模块组成，数据自动采集模块由路面弯沉检测、路面平整度检测、路面破损检测、路面摩擦系数检测组成，自动诊断模块由路况评定体系、路况数据库组成，科学决策模块由路面养护知识库、养护经济性分析、路面养护对策组成，路面养护知识库包括路面预防性养护技术、路面快速养护技术、路面再生养护技术，路面养护对策包括路面养护方法和工艺、路面养护工程数量、路面养护工程造价，其特征在于：数据自动采集模块的路面弯沉检测、路面平整度检测、路面破损检测、路面摩擦系数检测分别对路面进行检测，并将采集的数据导入自动诊断模块的路况评定体系，自动诊断模块的路况评定体系对路面状况采集的数据与路况数据库进行全面比对分析，给出路面病害形式和范围，并将路面病害形式和范围输入给科学决策模块，由科学决策模块的路面养护知识库结合路面预防性养护技术、路面快速养护技术或路面再生养护技术和养护经济性分析，再确定路面养护对策，路面养护对策包括路面养护方法和工艺、路面养护工程数量、路面养护工程造价。

数据自动采集模块采用的设备包括路面综合检测车、弯沉测试车、摩擦系数车、探地雷达、取芯机自动检测设备，能对路面破损、平整度、车辙、弯沉、摩擦系数指标进行全面检测。

所述的路况评定体系也就是路面使用性能指数(PQI)包含路面损坏状况指数(PCI)、路面行驶质量指数(RQI)、路面车辙深度指数(RDI)、路面抗滑性能指数(SRI)和路面结构强度指数(PSSI)。

还包括系统管理，系统管理包括用户管理、日志管理和数据备份。

一种基于Internet B/S网络架构的沥青路面智能化养护的方法，步骤如下：

(1)、将检测路段的公路技术等级、车道类型、路面类型、面层结构、基层结构、路面结构、政区编码和养管系统等相应基本信息录入建立路面基本信息库，方便用户查询专家系统。

(2)以路面综合检测车、弯沉测试车、摩擦系数车等自动化检测设备为基础，辅以取芯和探地雷达检测等试验，检测出沥青路面的破损面积、平整度、车辙深度、弯沉、摩擦系数、路面强度等各项技术指标，检测结果通过excel导入或手动输入到基于Internet B/S网络架构的沥青路面智能化养护系统，供系统计算评估路面使用性能。

(3)根据《公路技术状况评定标准》(JTG H20-2007)的规定分析计算沥青路面使用性能指数(PQI)：包括路面损坏状况指数(PCI)、路面行驶质量指数(RQI)、路面车辙深度指数(RDI)、路面抗滑性能指数(SRI)和路面结构强度指数(PSSI)，作为历史资料保存在基于Internet B/S网络架构的沥青路面智能化养护系统，该养护系统根据《公路沥青路面养护技术规范》(JTJ 073.2-2001)中沥青路面使用性能指数(PQI)评价标准自动诊断沥青路面病害形式和范围，同时提出养护预警。其中各种指数计算方法及评价标准如下。

<1>路面损坏状况指数(PCI)

路面损坏用路面损坏状况指数(PCI)评价，PCI按下式计算。

$\mathrm{PCI}=100-a_0{\mathrm{DR}}^{a_1}$

$\mathrm{DR}=100\times \frac{\underset{i=1}{\overset{i_0}{\Sigma }}{w}_i{A}_i}{A}$

式中：DR——路面破损面，为各种损坏的折合损坏面积之和与路面调查面积之百分比；

A_i——第i类路面损坏的面积(m²)；

A——调查的路面面积(调查长度与有效路面宽度之积，m²)；

w_i——第i类路面损坏的权重，沥青路面按表5-1取值；

a₀——沥青路面采用15.00；

a₁——沥青路面采用0.412；

i——考虑损坏程度(轻，中，重)的第i项路面损坏类型；

i₀——包含损坏程度(轻，中，重)的损坏类型总数；沥青路面取21。

表1沥青路面损坏类型和权重

<2>路面行驶质量指数(RQI)

路面平整度用路面行驶质量指数(RQI)评价，如下式计算。

$\mathrm{RQI}=\frac{100}{1+a_0{e}^{a_1\mathrm{IRI}}}$

式中：IRI——国际平整度指数(m/km)；

a₀——高速公路和一级公路采用0.026；

a₁——高速公路和一级公路采用0.65。

<3>路面车辙深度指数(RDI)

路面车辙用路面车辙深度指数(RDI)评价，按下式计算。

$\mathrm{RDI}=\left(\begin{array}{cc}100-a_0\mathrm{RD}& (\mathrm{RD}\le {\mathrm{RD}}_a)\\ 60-a_1(\mathrm{RD}-R{D}_a)& ({\mathrm{RD}}_a<\mathrm{RD}\le {\mathrm{RD}}_b)\\ 0& (\mathrm{RD}>{\mathrm{RD}}_b)\end{array}\right)$

式中：RD——车辙深度(mm)；

RD_a——车辙深度参数，采用20mm；

RD_b——车辙深度参数，采用35mm；

a₀——模型参数，采用2.0；

a₁——模型参数，采用4.0。

<4>路面抗滑性能指数(SRI)

路面抗滑性能用路面抗滑性能指数(SRI)评价，按下式计算。

$\mathrm{SRI}=\frac{100-{\mathrm{SRI}}_{\min }}{1+a_0{e}^{a_1,\mathrm{SFC}}}+{\mathrm{SRI}}_{\min }$

式中：SFC——横向力系数；

SRI_min——标定参数，采用35.0；

a₀——模型参数，采用28.6；

a₁——模型参数，采用-0.105。

<5>路面结构强度指数(PSSI)

路面结构强度用路面结构强度指数(PSSI)评价，按下式计算。

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{PSSI}=\frac{100}{1+a_0{e}^{a_1\mathrm{SSI}}}\\ \mathrm{SSI}=\frac{l_d}{l_o}\end{array}\right)$

式中：SSI——路面结构强度系数，为路面设计弯沉与实测代表弯沉之比；

l_d——路面设计弯沉(mm)；

l_o——实测代表弯沉(mm)；

a₀——模型参数，采用15.71；

a₁——模型参数，采用-5.19。

<6>沥青路面使用性能指数(PQI)

沥青路面使用性能指数(PQI)评价，按下式计算。

PQI＝0.35PCI+0.4RQI+0.15RDI+0.1SRI

表2沥青路面使用性能指数(PQI)评价标准

  评价等级  优  良  中  次  差  PQI  ≥90  ≥80，＜90  ≥70，＜80  ≥60，＜70  ＜60  PCI  ≥90  ≥80，＜90  ≥70，＜80  ≥60，＜70  ＜60  RQI  ≥90  ≥80，＜90  ≥70，＜80  ≥60，＜70  ＜60  SRI  ≥90  ≥80，＜90  ≥70，＜80  ≥60，＜70  ＜60  RDI  ≥90  ≥80，＜90  ≥70，＜80  ≥60，＜70  ＜60  PSSI  ≥90  ≥80，＜90  ≥70，＜80  ≥60，＜70  ＜60

(4)路面养护知识库是根据湖北省高速公路实业开发有限公司相关课题研究成果，结合国内外沥青路面养护经验，编制预防性养护、快速养护、路面再生养护等的具体养护知识，作为数据库保存。建立养护知识库的过程如下：在路面信息库和路面病害形式、范围诊断的基础上，根据病害形式及轻重程度，分别建立小修保养对策库、预防性养护对策库、大中修养护对策库和大修改建对策库等，每种对策库均详细列举病害及处治方式，如在满足强度要求的前提下(路面的结构强度系数为中等以上时)，若高速公路及一级公路的路面状况指数(PCI)评价为优或良时，以小修保养为主，若病害形式为“中度龟裂”，其养护对策即为“沿着龟裂将范围内上面层4cm切除，对裂缝位置灌注改性沥青，设置土工布防裂层后，然后采用上面层材料进行修补处理；”如此类推，建立相应的养护对策库。养护对策表如下。

表3养护知识库表

  指数  PQI  PCI  RQI  SRI  RDI  PSSI  对策  方案  备注  1  优  优良  优良  优良  优良  优良  小修  坑槽修补、灌缝、  局部翻浆处治  2  优良  优良  优良  中次  优良  优良  预防性养护  微表处理、超薄磨  耗层、同步封层  3  优良  良中  优良  优良  优良  预防性养护  超薄磨耗层、同步  封层  限于裂缝密  度50条/KM，  渗水系数大  于  120ml/min  4  优良中  优良中  优良中  良中  优良  预防性养护  现场热再生、微表  处理  中度车辙  5  优良中  优良中  优良中  优良  预防性养护  现场热再生、SMA/  超薄磨耗层罩面  上面层强度  0.5-0.8MPa  ，主要针对  沥青面层老  化

  指数  PQI  PCI  RQI  SRI  RDI  PSSI  对策  方案  备注  6  优良中  优良中  优良中  次  中次  优良  中修或专项  处理2-3层或+  罩面  重载交通+  罩面，层数  选择依据中  下面层强度  确定  7  优良中  中  优良  中修或专项  处理上面层  8  优良中  优良中  良中次  差  优良  中修或专项  加铺(PCI优良)  /处理上面层+加  铺(PCI中次)  9  良中次  次差  优良  中修或专项  处理上面层和中  面层+罩面  10  中  中次差  大修补强  路基处治，局部基  层处理+罩面  (SMA-13/AC-13)  桥头跳车或  路面30m以  上沉陷  11  次差  大修养护  处理整个沥青面  层和/或基层  10km以内

  指数  PQI  PCI  RQI  SRI  RDI  PSSI  对策  方案  备注  12  次差  大修改建  专项设计  10km以上或  整个路段

(5)依据诊断模块确定的养护范围及工程数量，并结合养护材料实际价格，采用同望WECOST公路工程造价管理系统计算其养护造价，分析养护经济性；

(6)根据第三步的病害诊断结果对比养护知识库，并通过经济性分析确定养护方案、养护工程数量和养护工程造价，从而确定养护对策；

(7)通过系统管理确定各级养护的使用权限，可根据各自的使用权限进行系统操作(打印报告)、数据查询和系统维护。

本发明既能评价现有路面技术状况，又能进行病害诊断，并提出切实可行的养护方案，可为养护管理单位制定年度养护计划提供技术依据，达到沥青路面智能化养护管理目的。

附图说明

图1为本发明的沥青路面智能化养护系统结构示意图。

图2为本发明的系统模块结构图。

具体实施方式

基于Internet B/S网络架构的沥青路面智能化养护系统的具体实施例：

京港澳高速公路湖北段于2002年建成通车，至今已有7年时间，部分路段出现裂缝、车辙等病害，为了确定养护时间及养护方案，湖北交通工程检测中心对该路段进行了检测，并应用沥青路面养护专家系统，成功优化了养护方案。

一、路段信息及编码

京港澳高速湖北段属于高等级公路，编码为0，属于双向四车道，编码为4，属于沥青路面，编码为A，面层沥青混凝土厚度为16cm，编码为A4，基层结构类型为水泥稳定碎石30cm，编码为B，则京港澳高速湖北段的基本信息编码为04A4B。

检测路段位于郑店至豹澥这一段，全长40公里，相关信息见下表。

表4路面区间信息表

  路段编码  04A4B  区间起点  郑店互通  区间终点  豹澥互通  区间长度  40km  路面宽度  2×11m＝22m  行车道宽度  3.75m  超车道宽度  3.75m  停车带宽度  2.5m  路肩宽度  1m

  路段编码  04A4B  养管单位名称  湖北京珠高速公路管理处  技术等级编码  高等级公路，编码0  路面类型编码  沥青路面，编码A  路面类型名称  面层编码A4，基层编码B  车道类型编码  四车道，编码4  小型车(辆/天)  6000  中型车(辆/天)  2000  大型车(辆/天)  1000  重型车(辆/天)  800  特一/特二车(辆/天)  200  年均交通量AADT(辆/天)  10000  修建年度  2002  最近维修年度  无

二、路段检测及病害诊断

采用路面综合检测车、弯沉测试车、摩擦系数车对该路段进行了全面检测，并对开裂、沉陷部位进行了取芯，对芯样进行了劈裂强度检测，养护专家系统自动计算出了该路段的破损面积、平整度、车辙深度、弯沉、摩擦系数、路面强度等各项技术指标，检测结果见下表。

表5京港澳高速郑店互通至豹澥互通路面检测结果

根据检测结果，系统自动计算出各路段路面使用性能指数(PQI)：包括路面损坏状况指数(PCI)、路面行驶质量指数(RQI)、路面车辙深度指数(RDI)、路面抗滑性能指数(SRI)和路面结构强度指数(PSSI)，计算结果见下表。

表6京港澳高速郑店互通至豹澥互通路面使用性能指数(PQI)

  起止桩号  路面损坏状  况指数  (PCI)  路面行驶质  量指数  (RQI)  路面车辙深  度指数  (RDI)  路面结构强  度指数  (PSSI)  路面抗滑性  能指数  (SRI)  路面使用性  能指数  (PQI)  K0+000～  K11+850  94.37  87.91  85.57  85.38  89.511  89.98  K11+850～  K23+300  84.41  78.75  76.27  73.59  91.046  81.60  K23+300～  K 35+800  78.82  78.75  87.03  99.11  88.372  80.98

根据各路段的路面使用性能指数，系统自动诊断各路段的性能状况，诊断结果见下表。

表7京港澳高速郑店互通至豹澥互通路面状况诊断结果

  起止桩号  路面损  坏状况  路面行  驶质量  路面车  辙深度  路面结  构强度  路面抗  滑性能  路面使  用性能  K0+000～  K11+850  优  良  良  良  良  良  K11+850～  K23+300  良  中  中  中  优  良  K23+300～  K35+800  中  中  良  优  良  良

三、养护对策

根据病害自动诊断的结果，养护决策系统自动对应查找养护知识库，从中对比寻找相似结果，最终给出养护对策如下：

1.桩号：K0+000～K11+850，养护对策：小修保养，即对裂缝，

局部坑槽，翻浆地段进行小修养护。

2.桩号：K11+850～K23+300，养护对策：大修补强，路基处治，

局部基层处理+罩面(SMA-13/AC-13)。

3.桩号：K23+300～K35+800，养护对策：超薄磨耗层、同步封层。