路基健康状况评价方法研究

路基健康状况评价方法研究

杨奕

山东龙建设计有限公司山东寿光262700

摘要：本文以建立了路基状况综合状态评价方法，并对权重计算、划分方法、单项“构件”权重向量的求取以及“构件”的模糊关系评判矩阵的求取进行分析。研究结果对路基健康状况的评判提供了方法与计算依据。

关键词：路基健康状况；评价系统；计算方法

1路基健康状况评价系统框架

对于同一条道路而言，其路基病害分布也呈现出带状特点，可以选择以里程为单位，确定每1km作为一个单位里程，在各单位里程内进行路基健康状况的评估与评价，给出各里程的健康状况，然后通过对某一区段内各里程路基健康状况的统计，得出该区段的路基健康状况，最终发展到对整条公路的路基健康状况的评价。

1.1路基健康状况评价系统构建原则

通过对国内外相关领域的梳理与总结，结合公路路基的特点得出路基健康状况的评价系统的构建应当具备原则，具体如下所示：（1）以每1km为一个评估里程，作为评估的细胞单元；（2）系统应当具有可教育解释以兼具实用性等功能；（3）系统应当具有通用性以及可扩充性，为其后续发展奠定可行性；（4）系统各个评价模块相互之间应当避免重复与干扰；（5）系统应当具有学习能力，即对路基的潜在病害应当有一定的预见性。

1.2路基健康状况评价系统构想

（1）系统的建立步骤。路基健康状况的评价系统的构建应当首先确定系统的目标，其次确定参数或影响因素，再者建立评价指标、选择评估方法，随后建立评估模型，最后进行视力验证。上述各部同时也组成了整个系统的框架。（2）评估子模块。包含路基既有病害潜在子模块、路基潜在病害评估子模块、综合评估子模块、稳定性评估子模块

2路基健康状况综合状态评价方法

本文参与路基评估“里程”健康状况综合状态等级的共涉及4项单个“构件”以及“其他构件”，“其他构件”可以作为单一的“构件”。若每个“构件”对路基的健康状况作用相似时，可以将单项“构件”作为相等量来处理。考虑到单项“构件”发生病害或技术状态极差时，对“里程”健康状况综合状态影响是巨大的。所以在处理单项“构件”权重时，单项“构件”技术状态不同，其所对应的权重亦有差异，即权重数值向病害严重“构件”或技术状态相当差的“构件”倾斜。

2.1权重常见计算方法

常见的权重系数的确定方法有：德尔菲法、模糊聚类法、熵值法、灰色关联法、层次分析法、因子分析法、路径分析法和层次分析法等。在上述方法中层次分析法是当前最为方法，为系统工程中典型的定性和定量分析综合集成分析方法，该方法是通过计算判断矩阵的最大特征值所对应的特征向量并规划一后作为排序权重。

本文第j类单项“构件”评估参数矢量为：

式中：xji——为“里程”的第j项单项“构件”的第i个评估指标；

N——第j类“构件“的技术评估指标数目。

第j类单项“构件”的评估指标的权向量：

（2）

式中：Wji——该里程内的第j类单项“构件”的第i个评估指标在“构件”状态中的评价权重。

第i个评估参数的权重按基于大量现有参考数据和专家系统来确定。评估“里程”内该类“构件”权重和为1，所以评估“里程”内第j类单项“构件”的状态综合评价值为：（3）

2.2划分方法

在已经获得了单项“构件”评估指标条件下，采用二级模糊综合评判法来对评估“里程”的路基综合状态等级作出判定。

在第一级模糊综合评判中，先计算评估“里程”中单个“构件”的综合评价等级参数值，即：（4）

式中：Bj[1]——为第j类“构件”综合评价等级参数值；

Aj[1]——为第j类“构件”的权重模糊向量；

Rj[1]——为第j类“构件”模糊关系评判矩阵。

由式3计算得到的单项“构件”的综合评价等级参数值，作为评估“里程”的路基健康状态综合评价的计算指标，对该评估里程路基健康状态等级判定，方法如下：

各单项“构件”健康状态综合评级等级参数向量Bi[2]，各单项“构件”等级模糊圈向量Ai[2]：于是评估里程路基健康状态综合评价等级参数为：

（5）

式中：Ai[2]——m类单项“构件”等级模糊权向量，Bi[2]——各类单项“构件”综合评价等级参数权向量。

（6）

通过E[2]值的大小可以判定评估里程路基的健康状态等级。

应用二级模糊综合评判法确定评估里程路基健康状态等级，关键在于如何获得一级模糊关系评判矩阵Ri[1]，权重向量Aj[1]、Ai[2]。

2.3单项“构件”权重向量的求取

在评估里程路基健康状态等级中，组成路基各单项“构件”权重的选取有多种方法，本课题采用专家经验打分法确定单项“构件”在该评估里程等级评价中的权重，搜集有关公路路基专家对m类单项“构件”在评估里程等级划分中重要性的评分。

假定所有专家之间对于该问题的知识积累量以及经验相差无几，则结果可做平均化处理，如此便可以达到各单个“构件”权重：

（7）

2.4“构件”的模糊关系评判矩阵的求取

设有两个论域：

A“构件”技术状态参量域：。各单项“构件”的技术状态参量S，为区间[0,1]间的某个数值，这样可对各类“构件”的技术状态参量取相同的论域：

（8）

所以控制点在[0,1]之间取5个，控制点将各“构件”的健康技术状态划分为5个等级，数值越高，说明该“构件”的健康程度越高。

B评估里程路基健康技术状态等级域：

式中：rij——为矩阵R的第i行第j列元素。

信息矩阵R记录了S在P轴上可能性分布，每个原始信息提供一个单位信息，按照一定形式分配给相应的控制点，公式如下：

（10）

式中：rij——构成信息矩阵的元素信息，矩阵正规化后的模糊关系；

对以上分布矩阵中评估里程健康状态技术等级做进一步规划处理。

参考文献

[1]倪雄，马晓霞.高速公路高边坡监测方法[J].测绘标准化.2005,2:33-36.

[2]朱鹏普.GIS在边坡监测与预防中的应用[J].岩土工程与地下工程.2008,28(5):77-80.

作者简介

杨奕（1991-05），女，职称：初级职称，学历：本科，学位：无，主要研究方向：道路与桥梁工程。