1.本发明涉及道路工程技术领域，具体涉及一种基于早期衰退指标的沥青路面预防性养护路段确定方法。
背景技术：
2.预防性养护是国际上公认的高效率道路资产保存的措施，在路面病害发端的早期就投入少量资金进行表面维护，却可以显著抑制路面性能衰退的发展曲线和推迟病害发生的实践，从而减少全寿命周期内维护资金的投入。
3.另一方面，我国的主流路面结构为半刚性基层沥青路面，其病害的发展规律和表面性能衰退过程与柔性路面(发达国家普遍采用)有显著的差异，并不会像柔性路面那样有一个疲劳开裂并逐步成网的发展过程。我国沥青路面表面主要的衰变模式是两种：一种是细集料的逐渐丢失；一种是反复温缩导致表面微小裂纹的发展。
4.我国目前采用的路面使用性能检测系统是为路面技术状况评价指标(pqi) 服务的。pqi系统性构架和指标参数基本从美国引进，由路面损坏状况指数 (pci)、路面行驶质量指数(rqi)、路面车辙深度指数(rdi)和路面抗滑性能指数(sri)四个分项指标按照权重计算而得。其中，rqi、rdi不在预防性养护处置的范畴，与预防性养护技术相关的主要是pci。当前，pci的主要依据的是可视化的路面破损评价，一般采用多功能路况检测车，在车辆底部或尾部安装1-2个垂直视角的相控摄像机，以连续拍摄拼接的方式获得车道的路表高清图片，采用人工或者人工智能识别的方式获得破损数据。由于数据基础是二维图片，无法反映半刚性路面的两种衰变模式，因而无法成为预防性养护设计和决策的关键依据。
5.设计关键依据这一重大构件的缺失，深度困扰了设施资产管理者和预防性养护产业的参与者，影响了行业的健康可持续发展。一方面，设施资产管理者在预防性养护决策过程中无法科学的选择实施段落，在施工后又无法客观评价实施措施后的效果，使得本来就碎片化的预防性养护项目管理更加支离破碎；另一方面，预防性养护技术开发者和应用实体，因为需求不能量化，产品和工艺迭代失据，不容易形成技术和市场的积累。
技术实现要素：
6.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于早期衰退指标的沥青路面预防性养护路段确定方法，根据该方法，可以科学的选择实施预防性养护的路段。
7.本发明所采用的技术方案是：
8.基于早期衰退指标的沥青路面预防性养护路段确定方法，包括如下步骤，
9.s100、将测试路面划分为多个统计路段，获取每个统计路段的地理信息数据；
10.s200、测试获取每个统计路段的测试数据，所述测试数据包括衰退指标数据和测试时间数据，所述衰退指标数据包括纹理深度数据或/和微裂纹数据；
11.s300、将每个统计路段的衰退指标数据与预设绝对值阈值进行比较，若衰退指标数据值大于所述预设绝对值阈值，则将该统计路段确定为预防性养护路段。
12.进一步，所述步骤s300之后，还包括如下步骤：
13.s400、获取每个统计路段的历史测试数据；所述历史测试数据包括历史衰退指标数据和历史测试时间数据，所述历史衰退指标数据包括历史纹理深度数据或/和历史微裂纹数据；
14.s500、根据所述历史衰退指标数据，计算每个预防性养护路段的衰退指标数据相对于所述历史衰退指标数据的相对变化率和累计变化率；
15.s600、根据所述相对变化率或/和累计变化率确定预防性养护的时间及优先级。
16.进一步，所述步骤s200之后，还包括如下步骤：
17.s210、获取历史维护数据，该历史维护数据包括历史破损数据和历史维修数据；
18.s220、根据地理信息数据和衰退指标数据，绘制以车道里程为横坐标的曲线图，该曲线图包括以衰退指标数据为纵坐标的测试曲线，所述曲线图中标注有历史维护数据；
19.s230、判断所述测试曲线中是否具有异常变化点，若有，则根据所述历史维护数据，判断该异常变化点是否为测试异常，若是，则根据步骤s200，重新获取每个统计路段的测试数据。
20.进一步，所述纹理深度数据采用如下方法获得：
21.s211、连续采集测试路面的第一三维数据，该第一三维数据包括车道位置、纵向里程和深度；
22.s212、根据所述第一三维数据，获得所述测试路面的实际轮廓线，将所述实际轮廓线的凸起部位拟合成平滑曲线，得到所述测试路面的基准轮廓线；
23.s213、计算测试路面的实际轮廓线与基准轮廓线的平均距离，该距离为测试路面的纹理深度。
24.进一步，所述微裂纹数据采用如下方法获得：
25.s221、连续采集测试路面的第二三维数据，该第二三维数据包括平面位置、里程和深度；
26.s222、根据所述第二三维数据，重构所述测试路面的三维表面，该三维表面包括该测试路面的深度维度；
27.s223、根据预设裂纹延续条件，对重构的所述测试路面的三维表面进行裂纹定性、定位和定量的计算，得到所述测试路面的微裂纹数据。
28.进一步，所述步骤s100或s200之前，还包括：
29.s000、对测试设备进行标定，对测试设备进行标定包括对纹理测试设备进行标定或对微裂纹测试装置进行标定。
30.进一步，所述对纹理测试设备进行标定，包括如下步骤：
31.s011、制备多块具有标准纹理深度的试块；
32.s012、在静态下，采用具有标准纹理深度的试块对激光扫描装置进行静态标定；
33.s013、选定表面均匀的道路段落为标定试验路段，封闭交通后，采用已经静态标定的激光扫描装置进行车载状态下的纹理构造深度动态标定试验。
34.进一步，所述微裂纹测试装置进行标定，包括如下步骤：
35.s021、制备多块具有微裂纹的标准试块；
36.s022、在具有微裂纹的标准试块上，将测试车辆开启空档，采用电动牵引方式牵引
车辆以《5km/h的速度开启裂纹测试，标定测试参数。
37.本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
具体实施方式
38.下面将结合具体实施例对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
39.需要注意的是，除非另有说明，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
40.本技术一种基于早期衰退指标的沥青路面预防性养护路段确定方法，包括如下步骤，
41.s100、将测试路面划分为多个统计路段，获取每个统计路段的地理信息数据；
42.s200、获取每个统计路段的测试数据，所述测试数据包括衰退指标数据和测试时间数据，所述衰退指标数据包括纹理深度数据或/和微裂纹数据；
43.s300、将每个统计路段的衰退指标数据与预设绝对值阈值进行比较，若衰退指标数据值大于所述预设绝对值阈值，则将该统计路段确定为预防性养护路段。
44.本技术围绕半刚性路面表面的主要衰变模式，选择能够有效表征衰变的测试指标，根据该测试指标，确定预防性养护路段，以数据为基础，构建科学化预防性养护的设计方法，是预防性养护产业可持续发展、道路设施维护全寿命成本管控的技术内核之一。
45.具体的，本技术预防性养护路段确定方法如下：
46.s100、将测试路面划分为多个统计路段，获取每个统计路段的地理信息数据。
47.具体为，根据道路等级和路况本身的变化，按10-100米区间距离，将测试路面划分为多个统计路段。
48.统计路段的长度取决于养护设计精度要求，一般为10米、20米、50米、 100米。
49.地理信息数据包括该衰退指标数据所对应的中心里程桩号、所属车道和车道内位置；车道内位置是指该衰退指标数据对应的轮迹带位置以及两个轮迹带中央位置。
50.s200、获取每个统计路段的测试数据所述测试数据包括衰退指标数据和测试时间数据，所述衰退指标数据包括纹理深度数据或/和微裂纹数据。
51.在获取测试路面的衰退指标数据时，可按周期性获取同一测试路面的衰退指标数据。如一年一次，可安排在每年养护设计之前进行，宜在春秋两季进行，一旦确定测试时间，则每年的测试安排在同一时间进行，便于数据的周期性比较。
52.测试数据还包括获取衰退指标数据时的气候数据；气候数据包括天气、气温、风力等。
53.测试路面必须是干净和干燥的。本技术方法不适于测试污染严重或经常性受到污染的路段的测试。如路段遇偶发的轻度污染，在测试之前必须采用高压水枪进行彻底的清洁作业，直到纹理构造中不存在任何可以观察到的污染物为止。
54.测试时路面必须是完全干燥的。测试之前48小时内不能有降雨和洒水作业，行驶中车辆的液体泄漏也有可能造成数据的显著失真。
55.衰退指标数据可以为纹理深度数据、微裂纹数据或纹理深度数据加微裂纹数据。
56.沥青路面的磨耗层粗集料一般较硬，因此表面的基准轮廓面在交通荷载下变化很小，但在使用过程中，细集料会不断丢失，造成轮廓面以下的空洞越来越多，数学上来说就是路表的平均纹理深度不断增加，因此，可以通过监测纹理深度数据的变化来反映沥青路面衰变的细集料丢失的状况和发展趋势。
57.纹理深度数据可采用如下方法获得：
58.s211、连续采集测试路面的第一三维数据，该第一三维数据包括车道位置、纵向里程和深度。
59.连续采集测试路面的第一三维数据，具体为，采用单排或多排激光测距仪布局的扫描装置对测试路面进行连续测试，获得测试路面的第一三维数据。该扫描装置安装在测试车或行走架构上接近路面的位置。扫描测试的高程精度达到0.1mm以上。
60.具体的，在测试车的路面激光扫描范围至少覆盖两个轮迹带及两个轮迹带中间位置，同时采集至少三组第一三维数据。
61.测试可以是在正常行驶的车载状态下进行，也可以是采用步行等慢速测试的方式。当采用正常行车的车载状态下进行采集时，需要安装颠簸加速度仪，通过加速度仪积分累计消除行驶颠簸对深度信息的影响。或者采用单排多激光点自动修正的方式，消除行驶颠簸对深度信息的影响。
62.s212、根据所述第一三维数据，获得所述测试路面的实际轮廓线，将所述实际轮廓线的凸起部位拟合成平滑曲线，得到所述测试路面的基准轮廓线。
63.s213、计算测试路面的实际轮廓线与基准轮廓线的距离，该距离平均值为测试路面位置的纹理深度。
64.在计算测试路面的纹理深度时，可按照划分的统计路段，计算每个统计路段的实际轮廓线与基准轮廓线的平均距离，该平均距离为该统计路段的平均纹理深度。
65.半刚性路面表面经受气候变化的影响而不断反复发生温度收缩，表面微小裂纹会形成和发展，但因为半刚性基层保持完整时沥青层没有疲劳作用，裂纹发展为可见裂缝并进一步形成网裂的可能性很低，也就是说这类微裂纹会有数量和宽度的发展，但通常不会发展到肉眼可见的程度，人工和人工智能无法识别。因此，我国沥青路面衰变的另一个特征是大量微小裂纹的发生和发展，无法通过人工观察来获知其发生发展的程度，只有在获得带有深度信息的表面数字扫描图像，通过计算获得。
66.本技术通过如下方法获得测试路面的微裂纹数据：
67.s221、连续采集测试路面的第二三维数据，该第二三维数据包括平面位置、里程和深度。
68.连续采集测试路面的第二三维数据，具体为，采用密集多点激光扫描装置对测试路面进行连续测试，获得测试路面的第二三维数据。
69.具体的，在扫描时，需要对整条车道进行扫描，因而扫描装置安装高度较高；在扫描装置发射的激光点的数量尽可能多，在覆盖测试路面的一个车道情况下仍然能够达到1mm以上的扫描精度，高程精度达到0.3mm以上。采用高分辨率激光测距仪对每个激光点进行扫描，采集每个激光点的第二三维数据。
70.测试可以是在正常行驶的车载状态下进行，也可以是采用步行等慢速测试的方
式。当采用正常行车的车载状态下进行采集时，需要安装颠簸加速度仪，通过加速度仪积分累计消除行驶颠簸对深度信息的影响。
71.为了最大限度减少可见光阴影对测试的影响，激光光源的光谱避开可见光光谱的频段。
72.s222、根据所述第二三维数据，重构所述测试路面的三维表面，该三维表面包括该测试路面的深度维度。
73.s223、根据预设裂纹延续条件，对重构的所述测试路面的三维表面进行裂纹定性、定位和定量的计算，得到所述测试路面的微裂纹数据。
74.预设裂纹延续条件包括裂纹深度阈值dt、裂纹宽度阈值wt和长度阈值lt。裂纹深度阈值dt、裂纹宽度阈值wt和长度阈值lt可按经验预设，也可以根据特定的路面类型，由标定试验确定。
75.根据预设裂纹延续条件，对重构的所述测试路面的三维表面进行裂纹定性、定位和定量的计算，得到所述测试路面的微裂纹数据，具体包括如下步骤：
76.首先，识别测试路面的三维表面中实测裂纹深度大于裂纹深度阈值dt的连续区域。
77.然后，刨除上述连续区域中实测裂纹宽度小于裂纹宽度阈值wt的区域，得到实测裂纹宽度大于或等于裂纹宽度阈值wt的区域。
78.最后，量取上述区域中实测裂纹宽度符合要求的区域(实测裂纹宽度大于或等于裂纹宽度阈值wt的区域)的长度，并与长度阈值lt进行比较，若该区域的长度大于长度阈值lt，则确认微裂纹发生，同时记录微裂纹的长度和面积信息。
79.如道路为新近完工道路，应在该路上立即实施裂纹检测标定，确定合理的 dt/wt/lt的值。确定的方法是：
80.1)选定特定的段落，同时进行构造深度测试和裂纹的测试。
81.2)根据历史经验，以及实测的构造深度，按照构造深度的80-120％设置dt 值。对应的路面材料类型，查找获得参考值wt/lt。
82.3)代入dt/wt/lt参考值进行试算，在合理范围内调整dt/wt/lt的取值，直到裂缝率趋近于零，确定该项目的dt/wt/lt参数。
83.假设新修建的路面微裂纹趋近于零，在该假设下，对新修建的路面进行测试，测试后，采用上述微裂纹计算模型进行微裂纹的试算，并根据试算结果不断调整dt、wt和lt的数值，直到试算出裂纹趋近于零，从而获得三个参数的值，从而将该三个参数的值确定为适用该种类型路面的参数。
84.在步骤s100或s200之前，还包括如下步骤：
85.s000、对测试设备进行标定。
86.本技术所述的测试方法，均没有效率更高的测试方法和测试精度的测试方法可供标定，因此，需要建立自有的标定试块和标定方法。
87.对测试设备进行标定包括对纹理测试设备的标定方法和对微裂纹测试装置的标定方法。
88.具体的，对纹理测试设备的标定方法，包括如下步骤：
89.s011、制备多块具有标准纹理深度的试块。
90.具体的，通过人为设计的，具有既定的纹理构造深度，采用数控机床或3d 打印制作的标准纹理深度试块，试块应该有3块以上，能覆盖路面可能的纹理构造范围。
91.s012、在静态下，采用具有标准纹理深度的试块对激光扫描装置进行静态标定。
92.s013、选定表面均匀的道路段落为标定试验路段，封闭交通后，采用已经静态标定的激光扫描装置进行车载状态下的纹理构造深度动态标定试验。
93.具体的，采用步骤s012已经在静态下标定的激光扫描装置，按每5米一个点对两个轮迹带和轮迹带中间位置进行纹理构造测试。在标定试验路段不断提高测试车辆的行驶速度，标定不同行驶速度下，激光扫描装置对纹理深度的测试精度。
94.对微裂纹测试装置的标定方法，包括如下步骤：
95.s021、制备多块具有微裂纹的标准试块。该标准试块宽度为一个车道宽度，长度为能够完成标定测试的长度；人为设计3个以上微裂纹，微裂纹的构造尽可能覆盖路面可能存在的微裂纹范围。标准试块可通过精密数控机床或3d打印制作。
96.s022、在具有微裂纹的标准试块上，将测试车辆开启空档，采用电动牵引方式牵引车辆以《5km/h的速度开启裂纹测试，标定测试参数。
97.为了对测试数据进行检测，以确定测试数据的有效性，在步骤s200之后，还包括如下步骤：
98.s210、获取历史维护数据，该历史维护数据包括历史破损数据和历史维修数据。
99.历史破损数据和历史维修数据记录对于异常分析和养护段落划分有重要参考意义。应有定性、定位、定量的数据格式(包含上述的地理信息和时间、测试条件信息)，对于维修记录，除了技术方案、时间信息外，还应关联承包商、监理信息及施工过程质量控制数据。
100.s220、根据地理信息数据和衰退指标数据，绘制以车道里程为横坐标的曲线图，该曲线图包括以衰退指标数据为纵坐标的测试曲线，所述曲线图中标注有历史维护数据。
101.具体的，以衰退指标数据为y轴、分段的中心里程桩号坐标为x轴绘制测试曲线，形成曲线图。曲线图中标注有地理信息数据、历史破损数据和历史维修数据等。测试曲线中标注有测试时间数据，还可以标注测试条件数据。
102.s230、判断所述测试曲线中是否具有异常变化点，若有，则根据所述历史维护数据，判断该异常变化点是否为测试异常，若是，则根据步骤s200，重新获取每个统计路段的测试数据。并对重新获取的每个统计路段的测试数据进行检测，直至测试曲线中没有异常变化点或异常变化点为非测试异常。
103.测试数据绘图通常为平滑曲线，异常变化点通常意味着测试问题或者是局部破损或维修作业造成的突变。
104.通过核对历史维护数据，如历史破损数据、历史修复数据，确认异常变化点出现的具体原因，如核实历史维护数据，或者现场踏勘查找原因，同时要核对是否实施了维修工程。如无具体原因，则确认为测试异常，需要重新进行测试。
105.若测试曲线中不存在异常变化点或确认异常变化点为非测试异常，则进行下一步。
106.s300、将每个统计路段的衰退指标数据与预设绝对值阈值进行比较，若衰退指标数据值大于所述预设绝对值阈值，则将该统计路段确定为预防性养护路段。
107.衰退性指标的绝对值阈值是预防性养护关键设计依据，该绝对值阈值可根据经验
或试验进行设置。
108.预防性养护的设计依据主要是纹理深度和微裂纹两个衰退性指标，如当纹理深度和微裂纹长度指标超过一定值时(如纹理深度大于0.6mm，或微裂纹长度大于0.1m/m2)，可以开始采取预防性养护措施了，将该衰退指标数据对应的统计路段确定为预防性养护路段，需要进行预防性养护设计。
109.具体在确定预防性养护路段时，可根据绘制的曲线图，参考全段的纹理深度数据和微裂纹数据里程分布，根据两个指标绝对值阈值范围划分当前适合预防性养护的段落、尚不需要采用预防性养护的段落、需采用矫正性养护以上的养护手段的段落，从而确定预防性养护段落。
110.为了确定预防性养护时机及优先级，在步骤s300之后，本技术还包括如下步骤：
111.s400、获取每个统计路段的历史测试数据；所述历史测试数据包括历史衰退指标数据和历史测试时间数据，所述历史衰退指标数据包括历史纹理深度数据或/和历史微裂纹数据。
112.历史测试数据为历史周期上对该测试路面的测试数据，通过历史测试数据的分析，可以得到该测试路面的变化情况。
113.获取历史测试数据后，可根据地理信息数据和历史衰退指标数据，绘制以车道里程为横坐标、以历史衰退指标数据为纵坐标的历史测试曲线，并将该历史曲线叠加至曲线图中。
114.具体的，以历史衰退指标数据为y轴、分段的中心里程桩号坐标为x轴绘制历史测试曲线，并将该历史测试曲线叠加至曲线图中。历史曲线中标注有历史测试时间数据，还可以标注历史测试条件数据，如天气等。
115.通过将不同年份的历史测试数据叠加至同一曲线图中，可以直观的分析在不同段落各技术指标随时间变化的情况，数据来源标签为测试时间。
116.s500、根据所述历史衰退指标数据，计算每个预防性养护路段的衰退指标数据相对于所述历史衰退指标数据的相对变化率和累计变化率。
117.相对变化率为衰退指标数据相对于前一年得的历史衰退指标数据的相对变化率，累计变化率为该统计路段的衰退指标数据相对于初始测试值的变化率。相对变化率和累计变化率均可反应同一统计路段的指标变化速度。
118.计算后，将相对变化率和累计变化率分别以里程桩号为x轴绘制相对变化率图和历史累计变化率图。
119.s600、根据所述相对变化率或/和累计变化率确定预防性养护的时间及优先级。
120.变化率指标提示衰退的发展速度，变化率包括相对变化率(相比于前一年的变化率)以及累计变化率(相对于初始测试值的变化率)两种。
121.具体的，可根据经验预设变化率阈值，将每个预防性养护路段的相对变化率与预设变化率阈值进行比较，若相对变化率大于预设变化率阈值，则将该预防性养护路段确定为预防性养护备选段落。
122.若预防性养护备选段落具有多段的，对每段预防性养护备选段落根据累计变化率进行排名，排名越靠前，表示衰退速度越快，因此，可将排名靠前的路段优先启动预防性养护。
123.具体在确定预防性养护路段的优先级时，可根据绘制的相对变化率图和历史累计变化率图，按照两个指标出现加速发展趋势和累计变化率高者优先的办法，确定各预防性养护备选段落的养护时机优先次序。
124.针对优先次序靠前的预防性养护备选段落，可查询历史参考数据、历史破损数据、历史修复数据，根据上述历史数据的情况和常规预防性养护方法，选择适宜的预防性养护措施。
125.历史参考数据包括平整度、车辙、摩擦系数等，其对于养护方案的选择具有重要的参考意义。为每个历史参考数据匹配对应的地理信息数据和测试时间条件数据。
126.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
127.本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、系统和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
128.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、系统、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、系统、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
129.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。