基于大数据分析的沥青路面使用性能指标评价研究

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科学合理的指标体系是沥青路面使用性能评价和预测的前提条件,而我国沥青路面使用性能指标尤其是破损状况指数 PCI 的实际应用效果较差,严重影响沥青路面使用状况评价预测和养护工作的开展。沥青路面在不同使用环境下呈现出差异化的病害类型组合现象(本文称之为病害共生现象),造成沥青路面使用性能劣化的程度和速度有很大差别。由于传统分析方法和数据范围的局限性,无法实现不同使用环境下病害共生现象的规律探索,因此以往指标体系的研究与改进往往针对于单一病害类型及特定使用环境展开。为了更好地反映沥青路面的实际使用性能状况,本文基于美国长期路面性能(简称 LTPP)数据,运用关联规则大数据分析方法,对不同气候区域下沥青路面病害共生现象进行规律挖掘,得到不同使用环境下的沥青路面病害共生模式,进而基于不同病害共生模式对沥青路面使用指标进行评价研究和缺陷分析。
  首先,调研国内外沥青路面长期使用性能数据库,选取LTPP数据库作为沥青路面病害共生现象规律挖掘的数据来源。提取LTPP数据以重构沥青路面使用性能数据库,对沥青路面病害数据进行数据特征分析,结果表明沥青路面病害数据是一个大型稀疏矩阵;采用大数据方法中的关联规则分析作为病害数据挖掘的主要研究手段,并明确关联规则的数据要求和算法流程。
  然后,基于关联规则分析的数据要求,对沥青路面原始数据进行分布分析和离散化处理;采用因子-聚类分析手段构造详细的气候区域划分方法,将 LTPP 试验段划分为 6 类不同的气候区域;进而基于不同气候区域的路面病害离散化数据,采用关联规则大数据分析方法,对不同气候区域下沥青路面病害共生规律进行挖掘分析,获得了6类不同气候区域下沥青路面的病害共生模式。
  最后,基于不同区域沥青路面病害共生模式提取路面病害数据,根据指标计算方法计算路面破损指标 PCI 得分,对不同病害共生模式下沥青路面破损指标 PCI 得分进行组间差异性检验。结果表明,PCI无法有效反映沥青路面的病害共生模式,尤其是不能很好地反映以横向裂缝为主导的病害共生模式;PCI受面积统计值影响大,而对损坏类型、严重程度不敏感;各病害共同统计和定权计算方法掩盖了沥青路面的主要病害,建议根据病害模式动态调整计算权重。
  本文数据分析来源于 LTPP 长期路面性能数据库,LTPP 中包含了丰富的荷载、结构组合,基本涵盖常见的荷载等级和结构形式,病害共生模式在类型上差异不大,因此基于LTPP数据建立的指标体系的评价及缺陷分析方法有一定的借鉴意义,以我国长期路面性能数据为基础的指标体系评价与改进有待进一步研究。
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