道路检测路面行驶质量指数RQI

路面平整度5thGroupRidingQualityIndex第一页，共五十五页。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。前言第二页，共五十五页。凹凸不平的路面第三页，共五十五页。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........第四页，共五十五页。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。路面平整度的定义第五页，共五十五页。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第六页，共五十五页。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第七页，共五十五页。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第八页，共五十五页。PARTONERQI概述第九页，共五十五页。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第十页，共五十五页。计算公式2IRI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第十一页，共五十五页。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IRI3第十二页，共五十五页。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，第十三页，共五十五页。PARTTWO路面平整度评价标准第十四页，共五十五页。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第十五页，共五十五页。国际平整度指数IRI直尺测定最大间隙平整度标准差σ平整度规范常用指标断面指数PI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σ（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功率谱密度PSD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MPR，RN，RMSVA......第十六页，共五十五页。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InternationalRoughnessIndexIRI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。第十七页，共五十五页。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第十八页，共五十五页。PARTTHERE检测方法第十九页，共五十五页。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第二十页，共五十五页。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,再得到路面纵断面第二十一页，共五十五页。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第二十二页，共五十五页。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第二十三页，共五十五页。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第二十四页，共五十五页。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值第二十五页，共五十五页。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第二十六页，共五十五页。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第二十七页，共五十五页。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第二十八页，共五十五页。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18~32V2激光道路平整度检测系统第二十九页，共五十五页。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第三十页，共五十五页。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第三十一页，共五十五页。为了防止路面打滑，《公路水泥混凝土路面施工技术细则》（ＪＴＧ／ＴＦ３０－２０１４）中对水泥混凝土路面抗滑构造施工规定，矩形槽深度宜为３～４ｍｍ，槽宽宜为３～５ｍｍ，槽间距宜为１２～２５ｍｍ。在１／４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第三十二页，共五十五页。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ｈ＝４ｍｍ，槽宽ｂ＝５ｍｍ，槽间距ｌ＝２０ｍｍ。使用激光点光源测量高程时，有ｂ／（ｂ＋ｌ）＝２０％的测点产生了ｈ＝４ｍｍ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第三十三页，共五十五页。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ｄ＝５ｍｍ长的线光源为例，有（ｄ＋ｂ）／（ｂ＋ｌ）＝４０％的高程数据存在误差，该误差在０～５ｍｍ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２５ｍｍ，就相当于每个测点都产生０．８ｍｍ的误差，但该误差只是使路面总体下降了０．８ｍｍ，并不对国际平整度指数的计算带来误差。第三十四页，共五十五页。点激光法最大相对误差超过５０％，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２０ｍｍ时，对于平整度较好的Ａ类路面，其误差也只有２．２％分析对比第三十五页，共五十五页。PARTFOUR模型预测第三十六页，共五十五页。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第三十七页，共五十五页。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第三十八页，共五十五页。(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ＲＱＩ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ＲＱＩ状态分为４个等级，优级为４，良好为３，合格为２，不合格为１。在对数据预处理的过程中按照如下原则筛选：剔除连续３年内ＲＱＩ等级上升的数据剔除连续２年ＲＱＩ等级处于不合格的数据ＲＱＩ在１年内由优级突变为不合格类数据予以剔除第三十九页，共五十五页。首先要验证ＲＱＩ衰变这一随机过程是否满足马尔科夫链的２个重要假设：①ｔ＋１时刻系统状态的概率分布只与ｔ时刻的状态有关，与ｔ以前的状态无关；②从ｔ时刻到ｔ＋１时刻的状态转移与ｔ的值无关。(2)验证马尔科夫模型无后效性假设假设Ｐ（i,j∣ｋ）表示ＲＱＩ过去的状态为ｋ，现在的状态为ｉ，在未来时刻ＲＱＩ从状态ｉ转移到ｊ的概率（ｋ≥ｉ≥ｊ）。如果马尔科夫的无后效性成立，那么就有Ｐ（i,j∣ｋ）＝Ｐｉｊ。第四十页，共五十五页。采用卡方检验的方法检验Ｐ（３,３∣４）和Ｐ（３,３∣３）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第四十一页，共五十五页。(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ＲＱＩ满足马尔科夫无后效性假设的最低概率为６０％，最高为７９％，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２０ｋｍ／ｈ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第四十二页，共五十五页。(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Ｐ４１＝０，也不存在连续处于不合格状态的路段即Ｐ１１＝０，这２项概率作为固定值不再进行计算第四十三页，共五十五页。(3)求马尔科夫转移矩阵概率筛选原则保留在［Ｘ－δ，Ｘ＋δ］这一区间的概率值（其中Ｘ为概率的均值，δ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∑Ｐｉｊ（ｊ＝１，２，３，４），再将（１－Ｐｉ）平均分配给转移矩阵中第ｉ行第ｉ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第四十四页，共五十五页。(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２０１５年数据的基础上对２０１６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：2０１６年处于优、良、合格、不合格的路段数分别为１４６，２０１，６７，9b.以２０１５年数据为基础预测结果：２０１６年处于优、良、合格、不合格的路段数分别为１５１，２００，６２，１０第四十五页，共五十五页。(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１１．１１％，最小０．５％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第四十六页，共五十五页。第四十七页，共五十五页。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第四十八页，共五十五页。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第四十九页，共五十五页。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)要求进行第五十页，共五十五页。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第五十一页，共五十五页。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第五十二页，共五十五页。[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，LTU

Cheng-long，WUDi－fei，JIANGSheng－chuan

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