论文总字数：36419字

摘 要

随着我国社会经济快速发展，高速公路交通量持续增长，路面状况不断恶化。这不仅降低了高速公路的服务水平，也严重影响出行车辆的行驶质量和安全。为了科学高效地实现路面养护管理，使高速公路长期保持较好的使用性能，路面养护管理系统至关重要。路面养护管理系统是一种借助计算机，通过分析历年交通量、路面性能等数据，对路网养护投资进行规划，以实现最大的投资—效益比的决策辅助工具。路面性能数据作为其重要组成部分，对路面养护决策有着至关重要的影响。然而由于仪器测量误差、数据录入错误、人员操作失误等原因，使路面性能数据中存在一定错误，这将导致路面性能评价分析与实际情况产生较大偏差，从而导致决策失误和不必要的养护资金浪费。为提高路面养护决策的准确性，对原始路面性能数据的清洗修正必不可少。

本文主要研究内容包括：1）回顾了我国路面性能检测方法和评价指标体系。2）基于对沿海高速路面性能检测数据的统计分析，总结了数据错误产生的原因和错误类型，构建了数据质量检验流程，并依据不同情况提出相应的数据修正方法。3）以部分路段的车辙、平整度、横向力系数为例，展示了数据检验和数据修正的操作流程，验证其可行性。

关键词：数据修正 数据清洗 路面性能 养护决策

Quality Control of Pavement Performance Data in Pavement Management System

21014203 Jiang Jialing

Supervised by Dong Qiao

Abstract

With the rapid development of China's social and economy, the traffic of highway continues to increase, and the road condition deteriorates continuously. This not only reduces the service level of the highway, but also seriously affects the driving quality and safety of the vehicles. In order to realize pavement maintenance management scientifically and efficiently, and make the highway maintain good performance in long term, pavement maintenance decision-making support system(PMS) is becoming increasingly important.

Pavement maintenance decision-making support system is a tool which utilizes computer for road maintenance investment plan to achieve the biggest investment – benefit ratio by the analysis of historical data, such as traffic and pavement performance. Pavement performance data is an essential part of pavement management system, which has a crucial influence on pavement maintenance decision. However, due to the instrument error of measurement, data entry errors, and personnel error, there are some mistakes in the pavement performance data. This will lead to a large deviation between the pavement performance evaluation analysis and the actual situation, resulting in decision-making errors and unnecessary waste of maintenance funds. In order to improve the accuracy of pavement maintenance decision-making, it is indispensable to clean and modify the performance data of the original pavement.

The main contents of this paper can be summarized as following: 1) The pavement performance testing methods and evaluation index system in China are reviewed. 2) Based on the statistical analysis of the performance data of Coastal Highway, the reasons and types of errors are summarized, and the data quality inspection process is constructed, and the corresponding data correction methods are put forward according to the different circumstances. 3) Taking the rut depth, roughness index and side-way force coefficient of some sections as an example, the operation process of data inspection and data correction is presented, and the feasibility of this is verified.

KEY WORDS: Data Correction, Data Cleaning, Pavement Performance, Maintenance Decision-making

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 研究目标 4

1.4 主要研究内容和技术路线 4

第二章 路面性能数据采集与评价方法 6

2.1 路面损坏状况 6

2.2 平整度 7

2.3 车辙 8

2.4 抗滑性能 9

2.5 结构强度 9

2.6 检测和调查频率 10

2.7 路面使用性能综合评价 10

2.8 本章小结 11

第三章 路面性能数据质量分析 12

3.1 数据质量的定义 12

3.2 数据误差类型及其来源 12

3.3 路面性能数据发展规律 13

3.3.1 车辙 13

3.3.2 平整度 15

3.3.3 抗滑性能 15

3.3.4 路面损坏状况 16

3.3.5 结构强度 17

3.4 数据检验流程构建 17

3.4.1 数据格式检查 17

3.4.2 缺失数据检查 17

3.4.3 合理范围限定 17

3.4.4 衰减规律检查 18

3.4.5 指标间一致性检验 21

3.5 数据修正 21

3.5.1 均值插补法 21

3.5.2 最近邻插补法 22

3.5.3 回归插补法 22

3.5.4 插值法 22

3.6 本章小结 24

第四章 实例分析 25

4.1 数据检验 25

4.1.1 车辙深度 25

4.1.2 国际平整度指数 30

4.1.3 横向力系数 34

4.2 数据修正 36

4.3 本章小结 41

第五章 结论与展望 42

5.1 研究结论 42

5.2 研究展望 42

致谢 43

参考文献 44

绪论

研究背景

随着我国国民经济快速增长，交通运输业蓬勃发展，公路建设如火如荼。截至2017年3月，我国高速公路通车总里程达125373公里，居世界第一。高速公路快速发展的同时带来了许多问题。车辆轴载的频繁作用、日益严重的超载现象和温度环境的综合影响使得高速公路路面病害发展迅速，路面状况不断恶化。这不仅严重影响出行车辆的行驶质量，也威胁到出行人员的人身安全。为保证高速公路能持续保持较好的使用性能，延长服务寿命，提高路面综合经济效益，路面养护管理得到越来越多的重视。因此，我国正逐渐由高速公路快速建设发展期转向养护管理高峰期。路面养护是根据高速公路路面性能检测结果，结合交通量、气候环境、资金预算等相关信息，制定相应的养护策略，使路面使用性能始终保持在较好状态，节省路面后续养护支出，延长道路服务年限。然而养护资金和人力设备资源有限，如何合理分配资源以实现养护效益最大化成了公路养护管理部门关注的焦点。路面管理系统是一种运用运筹学、系统工程学等多门学科知识，辅之以计算机强大的计算能力，合理规划路网养护资金，以实现最大的投资—效益比的辅助决策工具。路面性能数据包括车辙深度，弯沉值，路面损坏状况，平整度和横向力系数等指标的数据，是路面管理系统的基础。通过分析这些数据，管理者可了解路面实时状况，判断当前路面状况是否满足交通需求和行驶质量要求，制定相应的养护维修计划，采取对应的养护措施。一个高效的路面管理系统需要准确、即时、一致、完整的路面性能数据的有力支撑。数据质量将直接影响系统是否能对路面状况做出正确及时的反馈。近几年来统计的某些高速公路段的路面性能数据中存在一定的错误，错误数据将导致路面管理人员对路面现有状况的评价和预测产生偏差，从而提出不恰当的养护方案。宋海云[1]通过对京津塘高速路面性能检测数据的研究发现，变异性较大的数据将对路面性能评价造成很大干扰。美国路面状况数据采集质量管理实用指南中[2]指出，对于路面严重疲劳开裂的地区，1%的数据偏差可以使路面状况指数(PCI)计算值较实际值偏离12%。如此大的偏差可能导致完全不同的路面养护建议，引起不必要的养护资金浪费。因此，对路面性能数据进行检验和修正，提高数据质量，具有重要的研究意义。本文拟依托课题组路面养护管理系统中沿海高速历年路面性能检测数据，总结数据错误类型，提出数据检验标准及修正方法，为路面养护决策提供有力支撑。

国内外研究现状

为了保证收集到的路面性能数据可靠、准确和完整，美国运输部联邦公路管理局制定了一个数据质量管控计划。其中定义了可接受的数据质量水平，并描述了在数据收集过程如何确保数据达到该质量水平的方法。弗吉尼亚交通运输部（Virginia DOT）研究了实施质量控制计划的效果，并发现了路面损坏状况的反馈准确性提高了30%，州际路面养护费用减少超过1800万美元[3]。计划主要包括以下几项：

（1）建立数据采集标准。建立用于采集数据的标准是计划的一个关键部分。应明确定义路面损坏类型、严重程度、评价方法（如计数、长度或区域）、测量间隔和计算指标值的方法。

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