路面國(guó)際平整度指數(shù)IRI三維模型構(gòu)建及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理方法研究.pdf

1、路面平整度是反映路面質(zhì)量的最重要指標(biāo)之一，它不僅直接影響車(chē)輛行駛的安全性和舒適性，同時(shí)也影響公路運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)效益。隨著我國(guó)高等級(jí)公路網(wǎng)的日益完善，運(yùn)營(yíng)公路管養(yǎng)工作將顯得更加突出和重要，尤其是路面平整度的改善和提高將受到各方面的關(guān)注。基于目前路面國(guó)際平整度指數(shù)IRI研究工作情況，當(dāng)前有三方面問(wèn)題值得思考和研究： (1)現(xiàn)有的平整度指數(shù)IRI描述道路平整度技術(shù)指標(biāo)內(nèi)涵不完整。目前道路平整度指數(shù)IRI所討論的內(nèi)容、范疇都以“二維線(xiàn)狀”為

2、主要描述形式，尤其是對(duì)于多車(chē)道路面的平整度“以線(xiàn)代面”的描述顯得過(guò)于“粗略”?，F(xiàn)有規(guī)范與實(shí)踐中缺少能科學(xué)描述多車(chē)道路段路面的整體平整度指數(shù)IRl的技術(shù)指標(biāo)。 (2)對(duì)道路路面平整度動(dòng)態(tài)時(shí)空變形分析和預(yù)報(bào)研究不足。對(duì)于道路管理部門(mén)來(lái)說(shuō)，某時(shí)段道路路面平整度指數(shù)IRI值的大小固然值得關(guān)注，但更希望通過(guò)建立同一段道路多時(shí)段的路面平整度指數(shù)IRI值的數(shù)據(jù)庫(kù)，經(jīng)對(duì)數(shù)據(jù)的加工處理，以此掌握各局部路段各時(shí)段的路面平整度指數(shù)IRI值的變化量及變

3、化速率；定量地評(píng)定和預(yù)測(cè)路網(wǎng)道路路面平整度當(dāng)前狀況及今后動(dòng)態(tài)時(shí)空變形趨勢(shì)；為科學(xué)地劃分和確定需采取修復(fù)措施的路段和方案，選擇合適的修復(fù)對(duì)策，提供重要的量化決策依據(jù)。 (3)國(guó)家交通部部頒《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTGF80/1-2004)關(guān)于道路平整度指數(shù)IRI技術(shù)指標(biāo)單一，以取百米平整度指數(shù)IRI的均值作為衡量道路平整度指標(biāo)，容易造成出現(xiàn)放過(guò)個(gè)別路段IRI值不合格峰值的情況。 本文首先回顧了國(guó)內(nèi)外關(guān)于路面平整度研

4、究工作現(xiàn)狀。在模型和數(shù)字地面模型概念的基礎(chǔ)上，給出了基于數(shù)字地面模型的一種新的擴(kuò)展含義，即IRI數(shù)字地面模型定義。通過(guò)建立國(guó)際平整度指數(shù)IRI的數(shù)字地面模型，定義和構(gòu)建了基于道路面狀的平整度IRI指標(biāo)的三維數(shù)學(xué)模型。IRI數(shù)字地面模型并非是一種類(lèi)似于描述陸地地表的具有實(shí)體的物理結(jié)構(gòu)的表面體，而是一種類(lèi)似于描述陸地地表的非實(shí)體的虛擬的表面體，屬于概念類(lèi)的表面體。關(guān)于數(shù)字地面模型中IRI數(shù)據(jù)的獲取方法，提出了基于剖面法的數(shù)據(jù)采集策略和數(shù)據(jù)采

5、集方式。在采樣定理的基礎(chǔ)上，提出了IRI數(shù)據(jù)采樣的密度確定的實(shí)用方法。文中論述了IRI數(shù)字地面模型數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)遵循的基本原則；數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)及管理系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)及特點(diǎn)作用；五種IRI數(shù)字地面模型可視化方法。 結(jié)合國(guó)際平整度指數(shù)IRI的數(shù)字地形特征和所需考慮的各項(xiàng)因素，IRI數(shù)字地面模型選用雙一次曲面內(nèi)插法為曲面函數(shù)內(nèi)插最佳模型。該方法具有簡(jiǎn)單、運(yùn)算速度快、計(jì)算機(jī)內(nèi)存占用較少，精度較高的優(yōu)點(diǎn)。給出了基于國(guó)際平整度指數(shù)．IRI雙一次乘

6、積型插值逼近曲面函數(shù)的表達(dá)式以及數(shù)值計(jì)算方法。定義了IRI均值和標(biāo)準(zhǔn)差，IRI值的變化差均值及塒值變化差的標(biāo)準(zhǔn)差，IRI值單位時(shí)間變化速率等重要概念及數(shù)學(xué)模型。 論文在論述了用于解決非等距時(shí)序列預(yù)測(cè)問(wèn)題的4種方法模型(預(yù)設(shè)原始數(shù)據(jù)滿(mǎn)足GM(1，1)模型非等時(shí)距模型；基于積分重構(gòu)非等時(shí)距GM(1，1)模型；拉格朗日法非等時(shí)距模型；時(shí)數(shù)分離法非等時(shí)序列預(yù)測(cè))的基礎(chǔ)上，提出了三彎矩樣條函數(shù)插值理論模型，解決了IRI值非等距時(shí)序GM(1

7、，1)的灰色預(yù)測(cè)問(wèn)題。該方法在作非等距時(shí)序列向等距時(shí)序列轉(zhuǎn)換中保留了原有數(shù)據(jù)序列所呈現(xiàn)出的階段性規(guī)律，原始數(shù)據(jù)序列100％地與所建模型相吻合。該方法穩(wěn)定性較好，且具有較高的精度，擴(kuò)展了灰色預(yù)測(cè)理論的應(yīng)用范圍。 本文根據(jù)路面平整度指數(shù)IRI值數(shù)據(jù)處理中所涉及的偶然誤差、系統(tǒng)誤差、粗差(或峰值)問(wèn)題，初步建立了①I(mǎi)RI觀(guān)測(cè)值的精度計(jì)算(偶然誤差處理)理論和方法；②IRI觀(guān)測(cè)值的系統(tǒng)誤差傳播及其與偶然誤差聯(lián)合傳播影響誤差模型的理論和方

8、法；③IRI觀(guān)測(cè)值的粗差檢測(cè)與峰值定位的基本思想，檢測(cè)、定位的理論和方法。提出了IRI數(shù)字地面模型的建模精度評(píng)定方法。 本文針對(duì)各局部單元路面貧信息條件下的平整度IRI值變化的短數(shù)據(jù)序列，建立了短數(shù)據(jù)序列的多點(diǎn)非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)變形模型以及模擬精度、預(yù)測(cè)相對(duì)誤差等檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?，將單點(diǎn)的GM(1，1)預(yù)測(cè)模型擴(kuò)展為系統(tǒng)空間的多點(diǎn)非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)變形預(yù)測(cè)模型，使得路面平整度變形分析預(yù)報(bào)從單點(diǎn)的粗曠型分析轉(zhuǎn)向多點(diǎn)的空間整體變形分析成為可能。運(yùn)用模糊聚類(lèi)