基于GM-ES组合方法的高速公路沥青路面使用性能预测的研究

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随着我国高速公路路网的逐步完善,全面推进公路养护管理体系建设迫在眉睫。内蒙古自治区交通运输厅发布的《内蒙古自治区“十四五”公路水路交通运输发展规划》中明确指出,科学的公路养护管理是构建更加安全、便捷、高效、绿色、经济、文明的现代化公路交通运输体系的重要基石。因此,建立全寿命、高质量的养护管理体系是自治区乃至全国公路高速发展过程中的重大议题。在路面管理系统中,路面使用性能预测是分析过程中极其重要的环节,本文的主要目的是优化高速公路沥青路面技术状况评价体系,构建更加精准且适用的高速公路沥青路面关键指标的预测模型。基于国内外高速公路沥青路面使用性能状况评价及预测的现状分析,明确了目前路面检评与性能预测方面有待改善的问题:通过调查内蒙古中部地区部分高速公路的路面病害情况,发现现行评价标准对部分路段不太适用。此外,在历史检评数据不足、路面性能衰变不规律等因素的影响下,尽可能提高路面使用性能预测精度也是优化路面管理系统的重要议题。对此,本文主要做了以下内容:(1)对内蒙古中部地区已建高速公路(以G55二广高速赛汉塔拉至白音查干段为例)的病害情况、地理、气候等因素进行调查,得到不良修补、裂缝类病害是该路段最主要的病害类型,另外存在本地区特有的拱胀病害。(2)对高速公路沥青路面使用性能评价指标的计算方法以及评价体系进行了介绍,并在此基础上对评价体系进行了优化,提出了针对不同路面损坏状况下的路面技术状况各分项指标权重分配方案,建立了动态评价体系。通过选取不同路段进行实例验证后发现,利用动态评价体系得出的评价结果更能反映实际路况。(3)针对本地区高速公路的检评结果和评价指标的重要程度,以路面损坏状况指数(PCI)作为预测对象,对国内外常用路面使用性能预测模型分析比选,利用K-均值聚类分析法实现对赛白高速公路代表性路段的筛选,结合所选取路段2015~2019年PCI数据,应用灰色预测模型和指数平滑预测模型分别建模,分析数据拟合效果,结合二者优势建立了GM-ES线性组合和非线性组合预测模型。(4)利用2020~2021年PCI数据检验上述四种模型预测结果的精确程度,使用多种误差精度评价指数对预测精度进行评价,发现两个单一模型在预测中各自特点:灰色预测模型对数据趋势把握更好,指数平滑预测模型有较强的修正能力。而组合预测模型展现出两者共同优势,相较于单一模型,预测精度有明显提高,特别是GM-ES非线性组合预测模型的SSE、MAE、MSE和MAPE值分别仅为0.490、0.455、0.245和1.763%,以期为从业人员研究高速公路全寿命周期服役性能演化规律提供支撑。
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