陳奇奇， 龍小勇， 蔡良才， 王觀(guān)虎， 李 柯， 陳正磊

(空軍工程大學(xué)航空工程學(xué)院， 西安， 710038)

水泥混凝土道面在使用過(guò)程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生各種損壞，其使用性能受到機(jī)輪荷載和環(huán)境影響等因素的共同作用會(huì)逐漸衰減，導(dǎo)致飛機(jī)加速損壞，飛行安全風(fēng)險(xiǎn)增大。預(yù)防性養(yǎng)護(hù)是一種先進(jìn)的養(yǎng)護(hù)理念，在公路瀝青路面領(lǐng)域已經(jīng)取得良好的應(yīng)用效果。然而，現(xiàn)階段我軍機(jī)場(chǎng)道面養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)仍然比較落后，預(yù)養(yǎng)護(hù)尚未在我軍機(jī)場(chǎng)道面管理工作得到有效的推廣應(yīng)用，其中一個(gè)很重要的原因就是缺乏科學(xué)合理并可以量化指導(dǎo)預(yù)養(yǎng)護(hù)實(shí)施的判定標(biāo)準(zhǔn)。因此，有必要深入揭示水泥混凝土道面預(yù)養(yǎng)護(hù)的內(nèi)涵，針對(duì)軍用機(jī)場(chǎng)水泥混凝土道面的養(yǎng)護(hù)需求，建立科學(xué)的、可量化的預(yù)養(yǎng)護(hù)判定標(biāo)準(zhǔn)體系。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)預(yù)養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了大量研究[1-3]，李麗蘋(píng)針對(duì)水泥混凝土路面特點(diǎn)，從抗滑能力、平整度與路面破損狀況3個(gè)方面進(jìn)行分析，確定了水泥混凝土路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)宏觀(guān)標(biāo)準(zhǔn)[4]。李源淵等結(jié)合公路瀝青路面早期病害的類(lèi)型和特征，在現(xiàn)有評(píng)價(jià)指標(biāo)體系基礎(chǔ)上，提出瀝青路面預(yù)養(yǎng)護(hù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[5]。王麗君等針對(duì)目前規(guī)范缺乏具體的預(yù)養(yǎng)護(hù)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，從抗滑性能、行駛質(zhì)量和強(qiáng)度等方面進(jìn)行了深入研究，界定了瀝青路面進(jìn)行預(yù)養(yǎng)護(hù)的路面使用性能指標(biāo)范圍[6]。張逆針對(duì)高速公路瀝青路面預(yù)養(yǎng)護(hù)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，探討并明確路面使用性能關(guān)鍵指標(biāo)如路面狀況指數(shù)、國(guó)際平整度指數(shù)、路面車(chē)轍等的臨界值范圍[7]。QIAO等通過(guò)水泥路面性能模型，開(kāi)發(fā)了一種優(yōu)化方法計(jì)算路面國(guó)際平整度指數(shù)與抗滑性能指標(biāo)的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)[8]。FAN等提出了一種綜合評(píng)價(jià)模型，該模型結(jié)合了國(guó)內(nèi)技術(shù)規(guī)范中路面和材料性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，用于瀝青路面的預(yù)防性維護(hù)[9]。

分析國(guó)內(nèi)外預(yù)養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)研究可知，目前，預(yù)養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)研究主要針對(duì)公路瀝青路面，針對(duì)機(jī)場(chǎng)道面的研究較少，關(guān)于水泥混凝土道面的研究更少，而關(guān)于軍用機(jī)場(chǎng)水泥混凝土道面的研究更是少之又少。大部分研究者采用定性或半定量的方法確定預(yù)養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，采取定量方法精準(zhǔn)計(jì)算預(yù)養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的研究很少，且成果零散而不成體系。因此，本文從定性分析與定量計(jì)算相結(jié)合的角度，綜合采用規(guī)范類(lèi)比法、導(dǎo)數(shù)拐點(diǎn)法、破損指數(shù)法及混淆矩陣法等多種方法對(duì)預(yù)養(yǎng)護(hù)需求判定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)研究，建立一套可以量化指導(dǎo)軍用機(jī)場(chǎng)水泥混凝土道面預(yù)養(yǎng)護(hù)的判定標(biāo)準(zhǔn)體系。

1 預(yù)養(yǎng)護(hù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 預(yù)養(yǎng)護(hù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

本課題組利用目標(biāo)層次分解-多元統(tǒng)計(jì)綜合方法，篩選出摩擦系數(shù)、道面破損指數(shù)(L)、國(guó)際平整度指數(shù)(IRI)及主導(dǎo)病害單項(xiàng)指標(biāo)作為預(yù)養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)的控制指標(biāo)，構(gòu)建了軍用機(jī)場(chǎng)水泥混凝土道面預(yù)養(yǎng)護(hù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(如圖1所示)。本文在此基礎(chǔ)上作進(jìn)一步研究，以期得到水泥混凝土道面預(yù)養(yǎng)護(hù)判定標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 水泥混凝土道面預(yù)養(yǎng)護(hù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文通過(guò)調(diào)查東北冬季凍區(qū)若干個(gè)機(jī)場(chǎng)道面使用性能狀況，獲取該地區(qū)水泥混凝土道面預(yù)養(yǎng)護(hù)評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)。在預(yù)防性養(yǎng)護(hù)指標(biāo)判定標(biāo)準(zhǔn)求解的過(guò)程中，需得到同一個(gè)機(jī)場(chǎng)某一區(qū)域的連續(xù)累積指標(biāo)序列。本文通過(guò)分析各項(xiàng)指標(biāo)匯總數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)個(gè)別數(shù)據(jù)存在缺項(xiàng)或者異常的情況，若不對(duì)其加以處理，則會(huì)降低數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性。為解決該問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)的研究，孫立軍等提出了時(shí)間-空間轉(zhuǎn)換法(用空間代替時(shí)間)，把同一類(lèi)型的機(jī)場(chǎng)道面在不同壽命時(shí)間點(diǎn)的道面性能狀況(空間分布)當(dāng)作同一道面在不同壽命時(shí)間點(diǎn)的表現(xiàn)(時(shí)間變化)，以延長(zhǎng)數(shù)據(jù)的時(shí)間序列[10]。

本文應(yīng)用此方法，對(duì)于某一機(jī)場(chǎng)缺乏連續(xù)的指標(biāo)數(shù)據(jù)等問(wèn)題，找到其同類(lèi)相似機(jī)場(chǎng)，即需滿(mǎn)足機(jī)場(chǎng)等級(jí)類(lèi)型、機(jī)場(chǎng)規(guī)模、氣候條件等較為相似的機(jī)場(chǎng)，通過(guò)比較該機(jī)場(chǎng)與其相似機(jī)場(chǎng)的指標(biāo)數(shù)據(jù)，將其相似機(jī)場(chǎng)的指標(biāo)數(shù)據(jù)補(bǔ)充到該機(jī)場(chǎng)所缺乏的指標(biāo)數(shù)據(jù)(需在同一壽命時(shí)間點(diǎn))，得到某軍用機(jī)場(chǎng)連續(xù)的預(yù)養(yǎng)護(hù)評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)，以進(jìn)行后續(xù)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)判定標(biāo)準(zhǔn)的研究。

2 預(yù)養(yǎng)護(hù)判定標(biāo)準(zhǔn)確定

2.1 摩擦系數(shù)判定標(biāo)準(zhǔn)

2.1.1 路面抗滑性能評(píng)價(jià)指標(biāo)分析

本節(jié)通過(guò)參考瀝青路面抗滑性能預(yù)防性養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)制定的思路，為軍用機(jī)場(chǎng)水泥混凝土抗滑性能指標(biāo)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)確定提供參考依據(jù)?！豆窞r青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》[11]規(guī)定采用橫向力系數(shù)(SFC)作為路面抗滑性能評(píng)價(jià)指標(biāo)；《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》[12]規(guī)定采用路面抗滑性能指數(shù)(SRI)作為路面抗滑性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，二者對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 SFC與SRI的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

總結(jié)公路領(lǐng)域路面抗滑性能指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)范圍研究成果，如表2所示。

表2 路面抗滑性能評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)范圍

注：括號(hào)內(nèi)SRI數(shù)據(jù)根據(jù)表1由SFC轉(zhuǎn)換所得。

根據(jù)表1中SFC與SRI的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將SFC標(biāo)準(zhǔn)范圍轉(zhuǎn)換為SRI標(biāo)準(zhǔn)范圍，并對(duì)表2中所有的SRI標(biāo)準(zhǔn)范圍的上下限取平均值，得到SRI的平均標(biāo)準(zhǔn)范圍為(39.08,49.42)，上限值49.42大致對(duì)應(yīng)“優(yōu)”和“良”的界限值48；下限值39.08大致對(duì)應(yīng)“良”和“中”的界限值40。大部分研究者認(rèn)為當(dāng)抗滑性能評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)從“優(yōu)”變成“良”時(shí)，適合進(jìn)行預(yù)養(yǎng)護(hù)；當(dāng)抗滑性能評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)從“良”變成“中”時(shí)，則不適合進(jìn)行預(yù)養(yǎng)護(hù)。

2.1.2 摩擦系數(shù)判定標(biāo)準(zhǔn)確定

《軍用評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定采用摩擦系數(shù)評(píng)價(jià)水泥混凝土道面抗滑性能，采用“跑道摩阻測(cè)試車(chē)+擺式摩擦儀”的方法對(duì)機(jī)場(chǎng)道面摩擦系數(shù)進(jìn)行測(cè)試[3]。跑道和滑行道等部位直線(xiàn)段區(qū)域的抗滑性能采用跑道摩阻測(cè)試車(chē)測(cè)試，當(dāng)不具備測(cè)試條件及其他道面區(qū)域采用擺式摩擦儀進(jìn)行測(cè)試。摩擦系數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

表3 道面摩擦系數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

分析路面抗滑性能評(píng)價(jià)指標(biāo)預(yù)養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)范圍可知，大部分研究者將評(píng)價(jià)等級(jí)“良”和“中”的界限值取作預(yù)養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的下限值。由表3可知，擺式摩擦儀測(cè)定的摩擦系數(shù)的最高的評(píng)價(jià)等級(jí)為“良”，“中”的評(píng)定意見(jiàn)為“道面正常制動(dòng)”，“可”的評(píng)定意見(jiàn)為“制動(dòng)有困難”，可以看出，軍用機(jī)場(chǎng)跑道道面摩擦系數(shù)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)趨于嚴(yán)格。因此，本文取“中”和“可”的界限值0.51作為摩擦系數(shù)(擺式摩擦儀)的判定標(biāo)準(zhǔn)。同理，取“中”和“差”的界限值作為跑道摩阻測(cè)試車(chē)測(cè)定的摩擦系數(shù)的判定標(biāo)準(zhǔn)，具體判定標(biāo)準(zhǔn)如表4所示。

表4 道面摩擦系數(shù)判定標(biāo)準(zhǔn)

2.2 道面國(guó)際平整度指數(shù)判定標(biāo)準(zhǔn)

2.2.1 基于導(dǎo)數(shù)拐點(diǎn)的IRI判定標(biāo)準(zhǔn)求解

不平整是水泥混凝土道面的固有特性，當(dāng)飛機(jī)行駛在不平整的道面上時(shí)，將對(duì)道面產(chǎn)生附加的動(dòng)荷載。道面越不平整動(dòng)荷載越大，則道面損壞速率越快，形成惡性循環(huán)。道面處于該臨界值時(shí)，道面損壞發(fā)展的加速度最大。若求出臨界值并在其附近采取對(duì)應(yīng)的預(yù)養(yǎng)護(hù)措施，就可以最有效地減緩道面使用性能的衰減。孫立軍[10]等人綜合國(guó)內(nèi)外路面使用性能研究的成果，結(jié)合對(duì)國(guó)內(nèi)部分地區(qū)路面使用性能變化的分析，提出了經(jīng)典的路面衰變方程：

G=G0{1-exp[-(α/y)β]}

(1)

式中：G為使用性能指數(shù)；G0為初始使用性能指數(shù)；y為路齡；α和β為模型參數(shù)。參數(shù)α反映路面使用壽命的長(zhǎng)短；參數(shù)β決定路面的衰變模式。

周文獻(xiàn)[18]采用該模型形式，對(duì)路面狀況指數(shù)(式中簡(jiǎn)記IPCI)與路面平整度指數(shù)(式中簡(jiǎn)記IIRI)之間的關(guān)系進(jìn)行研究，二者的關(guān)系為：

IPCI=100{1-exp[-(7.54/IIRI)2.82]}

(2)

本文參照孫立軍和周文獻(xiàn)的做法，并結(jié)合水泥混凝土道面自身特點(diǎn)，建立道面IRI-L的關(guān)系式為

L=100{1-exp [-(a/IIRI)b]}

(3)

式中:a和b為模型參數(shù)。

基于目前我軍仍采用三米直尺進(jìn)行平整度測(cè)試的現(xiàn)狀，而本文擬采用IRI來(lái)描述道面平整狀況，因此為便于建立L與S之間的擬合關(guān)系，對(duì)我軍若干個(gè)同類(lèi)型的水泥混凝土道面分別采用三米直尺和IRI測(cè)試車(chē)(自動(dòng)式激光平整度測(cè)量?jī)x)進(jìn)行平整度測(cè)試，得到若干組IRI和S數(shù)據(jù)，如圖2所示。

圖2 道面IRI與S之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系

IIRI=0.904 3S-0.060 6

(4)

R2=0.716 4，說(shuō)明式(4)具有較高的精度。

要建立符合我軍機(jī)場(chǎng)道面實(shí)際情況的L-IRI關(guān)系式，需要獲取道面長(zhǎng)期性能的數(shù)據(jù)。然而我軍機(jī)場(chǎng)道面歷史數(shù)據(jù)較少，且數(shù)據(jù)的時(shí)間序列不長(zhǎng)。因此引入時(shí)間-空間轉(zhuǎn)換法，獲取50組L與IRI的數(shù)據(jù)并進(jìn)行擬合，得到L與IRI的關(guān)系，如圖3所示。

圖3 IRI與L之間的關(guān)系

通過(guò)對(duì)L與IRI數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到擬合關(guān)系式為：

L=100{1-exp [-(8.42/IIRI)-2.46]}

(5)

R2=0.887 4，說(shuō)明式(5)具有較高的精度。

為了求得L變化速率最大的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的IRI，對(duì)式(5)二次求導(dǎo)，可知，當(dāng)IRI達(dá)到3.2時(shí)，L衰減速度達(dá)到最大值，此時(shí)進(jìn)行預(yù)養(yǎng)護(hù)效果最佳。

2.2.2 道面IRI判定標(biāo)準(zhǔn)確定

平整度作為反映道面平整性能的一項(xiàng)宏觀(guān)性指標(biāo)，通常情況下，其衰減速率比較緩慢。若選取上限值判定道面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)需求，則判定結(jié)果可能有悖于實(shí)際情況。因此，本文建議對(duì)于IRI的判定標(biāo)準(zhǔn)只設(shè)定下限標(biāo)準(zhǔn)，用于單獨(dú)從IRI角度對(duì)道面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)需求進(jìn)行初步判定，最終是否進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，還需結(jié)合其他指標(biāo)綜合判定。

由2.2.1節(jié)可知，道面衰減最快時(shí)的IRI為3.2 m/km，將其代入式(4)，反算出S=3.605 mm，大致對(duì)應(yīng)GJB 2264—1995標(biāo)準(zhǔn)中“良”和“中”的界限值3.6。因此，本文取3.2 m/km作為道面IRI判定標(biāo)準(zhǔn)的下限值，最終得到IRI的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)判定標(biāo)準(zhǔn)為IRI≤3.2 m/km。

于是他把傀儡扶起，整理傀儡身上那件破舊長(zhǎng)衫，又從衣下取出兩只假腿來(lái)，把它縛在自己褲帶上，一切弄妥當(dāng)后，就把傀儡舉起，彎著腰，鉆進(jìn)傀儡所穿衣服里面去，用衣服罩好了自己，且把兩只手套進(jìn)假腿里，改正了兩只假腿的位置，開(kāi)始獨(dú)自來(lái)在灰土坪里扮演兩人毆打的樣子。他用各樣方法，移動(dòng)著傀儡的姿勢(shì)，跳著，躥著，有時(shí)又用真腳去撈那雙用手套著的假腳，裝作摜跤盤(pán)腳的動(dòng)作。他自己既不能看清楚頭上的傀儡，又不能看清楚場(chǎng)面上的觀(guān)眾，表演得卻極有生氣。

2.3 道面破損指數(shù)判定標(biāo)準(zhǔn)

2.3.1 路面PCI的標(biāo)準(zhǔn)范圍分析

目前尚無(wú)關(guān)于道面PCI預(yù)防性養(yǎng)護(hù)需求判定標(biāo)準(zhǔn)的研究，而國(guó)內(nèi)外瀝青路面PCI預(yù)防性養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)研究較為成熟，因此本文通過(guò)對(duì)路面PCI預(yù)養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)研究的梳理總結(jié)，提出適用道面PCI的判定標(biāo)準(zhǔn)。為結(jié)合部隊(duì)實(shí)際，將道面PCI轉(zhuǎn)化為道面破損指數(shù)，建立起道面破損指數(shù)判定標(biāo)準(zhǔn)。總結(jié)國(guó)內(nèi)外部分路面PCI的標(biāo)準(zhǔn)研究成果，如表5所示。路面破損狀況評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表6所示。

表5 路面PCI標(biāo)準(zhǔn)范圍

表6 路面破損狀況評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

資料來(lái)源：文獻(xiàn)[11]。

分析上述路面PCI標(biāo)準(zhǔn)研究成果可知，當(dāng)路面損壞等級(jí)為“優(yōu)”和“良”時(shí)，是進(jìn)行預(yù)養(yǎng)護(hù)的合適時(shí)機(jī)。由于道面PCI與路面PCI評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)一致，本文參照道面PCI標(biāo)準(zhǔn)，初步將下限值定為“良”和“中”分界值，即取70作為PCI的判定下限值；進(jìn)一步考慮到大部分公路領(lǐng)域PCI標(biāo)準(zhǔn)的下限值≥70，且道面較路面要求更嚴(yán)格，故本文從嚴(yán)取75作為道面PCI判定標(biāo)準(zhǔn)的下限值，取95作為上限值，最終確定道面PCI判定標(biāo)準(zhǔn)范圍為(75,95)。本節(jié)借鑒瀝青路面PCI預(yù)防性養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)制定思路及其經(jīng)驗(yàn)方法，通過(guò)道面IRI-L關(guān)系式與道面IRI-PCI關(guān)系式進(jìn)行迭代，確定道面PCI-L關(guān)系式，進(jìn)而得到道面破損指數(shù)L預(yù)防性養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的上下限。

2.3.2 道面PCI與L的轉(zhuǎn)換關(guān)系

目前沒(méi)有關(guān)于道面PCI與L轉(zhuǎn)化關(guān)系的研究成果，為建立道面PCI與L之間的相關(guān)關(guān)系，本文引入IRI作為中間變量，并通過(guò)道面IRI-L關(guān)系式與道面IRI-PCI關(guān)系式確定出道面PCI-L關(guān)系式。由式(5)可知，建立了道面IRI-L的關(guān)系式。凌建明[19]等人通過(guò)對(duì)2000—2003年上海虹橋機(jī)場(chǎng)主跑道各調(diào)查單元的PCI值和IRI值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)回歸分析，得到了PCI與IRI的相關(guān)關(guān)系式為：

IIRI=23.007-4.684lnIPCI

(6)

然而，該公式主要適用于瀝青道面的情況，目前并沒(méi)有文獻(xiàn)直接對(duì)水泥混凝土道面的PCI與IRI之間的關(guān)系進(jìn)行大量回歸統(tǒng)計(jì)。因此，本文以凌建明PCI-IRI關(guān)系模型為藍(lán)本，取4個(gè)軍用機(jī)場(chǎng)的50組PCI-IRI數(shù)據(jù)，對(duì)該模型加以修正擬合，得到水泥混凝土道面PCI-IRI關(guān)系式為：

IIRI=18.82-3.64lnIPCI

(7)

R2=0.976 3，說(shuō)明擬合效果較好。

結(jié)合式(5)與式(7)，經(jīng)計(jì)算得到PCI-L的關(guān)系式為：

L=121.9-26.11lnIPCI

(8)

2.3.3 道面破損指數(shù)的判定標(biāo)準(zhǔn)確定

經(jīng)上述分析得到道面PCI的判定標(biāo)準(zhǔn)范圍為(75,95)，通過(guò)道面PCI-L的相關(guān)關(guān)系式轉(zhuǎn)換，可以初步得到L的判定標(biāo)準(zhǔn)為(3%,10.5%)。由軍用機(jī)場(chǎng)水泥混凝土道面外觀(guān)質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)可知(見(jiàn)表7)，“優(yōu)”和“良”的界限值為2.0%。

表7 軍用機(jī)場(chǎng)道面破損指數(shù)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

由L-PCI轉(zhuǎn)換關(guān)系可知，軍用機(jī)場(chǎng)道面外觀(guān)質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)嚴(yán)格，若采用L=2.0%作為判定標(biāo)準(zhǔn)的上限值，則會(huì)導(dǎo)致預(yù)養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)過(guò)于提前，不利于預(yù)養(yǎng)護(hù)最佳時(shí)機(jī)的確定，結(jié)合實(shí)際情況，本文取3.0%作為L(zhǎng)判定標(biāo)準(zhǔn)的上限值。將2.2節(jié)所得到的IRI下限標(biāo)準(zhǔn)值3.2代入式(5)得到對(duì)應(yīng)的L=10.16%，與初步得到的10.5%相吻合，本文取整將10%作為L(zhǎng)判定標(biāo)準(zhǔn)的下限值。最終確定L的判定標(biāo)準(zhǔn)為(3%，10%)。

2.4 主導(dǎo)病害單項(xiàng)指標(biāo)判定標(biāo)準(zhǔn)

2.4.1 混淆矩陣模型介紹

混淆矩陣是機(jī)器學(xué)習(xí)中總結(jié)分類(lèi)模型判定結(jié)果的情形分析表，可描繪樣本數(shù)據(jù)的真實(shí)屬性與識(shí)別結(jié)果類(lèi)型之間的關(guān)系[20]，結(jié)合本文實(shí)際問(wèn)題，判定是否需要預(yù)防性養(yǎng)護(hù)與實(shí)際是否需要預(yù)防性養(yǎng)護(hù)屬于混淆矩陣二分類(lèi)模型，且屬于最佳閾值的判定，因此本文選擇混淆矩陣模型。其基本模型如表8所示。

對(duì)于混淆矩陣模型，一般采用ROC曲線(xiàn)與KS曲線(xiàn)，分別從分類(lèi)能力與模型判定準(zhǔn)確性?xún)煞矫鎸?duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。

ROC曲線(xiàn)中包括TPR(式中簡(jiǎn)記為RTPR)和FPR(式中簡(jiǎn)記為RFPR)2個(gè)指標(biāo)。RTPR=TP/(TP+FN)，表示將正例判對(duì)的概率；RFPR=FP/(FP+TN)，表示將負(fù)例判錯(cuò)的概率。在ROC曲線(xiàn)中，每一個(gè)點(diǎn)的橫坐標(biāo)為FPR，縱坐標(biāo)為T(mén)PR。最佳的分類(lèi)閾值為左上角(0,1)點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)表示將負(fù)例判錯(cuò)的概率為0，將正例判對(duì)的概率為1，即模型判定值與實(shí)際值完全一致。一個(gè)完全隨機(jī)的判定點(diǎn)的組合會(huì)得到一條右對(duì)角線(xiàn)，這條線(xiàn)上的任一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)確率都是50%。KS曲線(xiàn)以TPR和FPR作為判定依據(jù)，TPR和FPR都作為縱坐標(biāo)，而樣本閾值作為橫坐標(biāo)。按照順序選取閾值，并計(jì)算TPR和FPR，得到KS曲線(xiàn)，TPR和FPR曲線(xiàn)差值中絕對(duì)值最大值為KS值，所對(duì)應(yīng)的閾值即為最佳閾值，通常大于0.2即認(rèn)為模型判定準(zhǔn)確性較好，ROC與KS曲線(xiàn)示意圖如圖4所示。

圖4 ROC與KS曲線(xiàn)示意圖

2.4.2 混淆矩陣模型的建立與求解

結(jié)合本文研究問(wèn)題，定義“1”表示需要進(jìn)行預(yù)養(yǎng)護(hù)，“0”則不需要進(jìn)行預(yù)養(yǎng)護(hù)。根據(jù)采集到的主導(dǎo)病害單項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)，結(jié)合樣本閾值，該樣本閾值以下數(shù)據(jù)需要預(yù)養(yǎng)護(hù)，在該樣本閾值以上數(shù)據(jù)則不需要預(yù)養(yǎng)護(hù)。選取不同的邊角剝落率閾值，可得到相應(yīng)ROC與KS曲線(xiàn)，并經(jīng)綜合分析確定P邊的預(yù)養(yǎng)護(hù)最佳判定閾值。表面剝落率(P表)、表面裂縫率(P裂)與板間錯(cuò)臺(tái)率(P錯(cuò))判定閾值的確定方法同上。

2.4.2.1 邊角剝落率判定閾值求解

作P邊的ROC曲線(xiàn)如圖5所示。

圖5 P邊ROC曲線(xiàn)

由圖5可知，(0,0)到(1,1)對(duì)角線(xiàn)上的任一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的ACC都是50%。沿著無(wú)識(shí)別率線(xiàn)進(jìn)行平移，直到得到FPR最小且TPR最大的點(diǎn)，可得到最接近左上角的點(diǎn)為(0.41,1)，1-特異度為0.41，即判定值與實(shí)際值一致的樣本占實(shí)際不需要預(yù)養(yǎng)護(hù)的比重為0.41。TPR為1，反算出該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)最佳閾值閾值為35%。

作P邊的KS曲線(xiàn)如圖6所示。當(dāng)P邊處于(25%，45%)區(qū)間，1-特異度與TPR差值的絕對(duì)值大于0.2，模型判定較為準(zhǔn)確。當(dāng)P邊=35%時(shí)，二者差值達(dá)到最大值0.59，此時(shí)模型判定最為準(zhǔn)確，P邊的判定效果最佳，其最佳閾值為35%。

圖6 P邊KS曲線(xiàn)

綜合以上對(duì)ROC與KS曲線(xiàn)的求解分析，本文認(rèn)為將35%作為P邊的判定閾值最合適。

2.4.2.2 表面剝落率、表面裂縫率及板間錯(cuò)臺(tái)率閾值求解

P表、P裂及P錯(cuò)閾值求解方法同P邊，繪制該3項(xiàng)指標(biāo)的ROC曲線(xiàn)與KS曲線(xiàn)如圖7所示，綜合得到P表、P裂及P錯(cuò)的判定閾值分別為30%、8%及0.5%。

圖7 P表、P裂、P錯(cuò)各評(píng)價(jià)指標(biāo)變化曲線(xiàn)

經(jīng)上述分析，確定了P邊、P表、P裂及P錯(cuò)的判定閾值下限值。當(dāng)該4項(xiàng)指標(biāo)大于等于其相應(yīng)判定閾值時(shí)，道面破壞速度加劇，不適合進(jìn)行預(yù)養(yǎng)護(hù)。當(dāng)該4項(xiàng)指標(biāo)處于良好水平時(shí)，由于其相應(yīng)指標(biāo)只代表了道面病害的一種類(lèi)型，不能整體反應(yīng)道面損壞狀況，因此設(shè)置上限值沒(méi)有實(shí)際意義。經(jīng)過(guò)綜合分析，主導(dǎo)病害單項(xiàng)指標(biāo)的判定標(biāo)準(zhǔn)為P邊、P表、P裂及P錯(cuò)分別小于等于其相應(yīng)判定閾值下限值(35%、30%、8%及0.5%)。

3 預(yù)養(yǎng)護(hù)需求判定標(biāo)準(zhǔn)體系

摩擦系數(shù)作為判斷性維度指標(biāo)，是道面預(yù)養(yǎng)護(hù)的先決判斷條件。當(dāng)摩擦系數(shù)(擺式摩擦儀、跑道摩阻測(cè)試車(chē)65 km/h、跑道摩阻測(cè)試車(chē)95 km/h)分別大于等于0.51、0.50與0.41時(shí)，道面制動(dòng)性能正常，適合進(jìn)行預(yù)養(yǎng)護(hù)，當(dāng)摩擦系數(shù)分別小于其相應(yīng)判定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，道面制動(dòng)性能較差，不適合進(jìn)行預(yù)養(yǎng)護(hù)。道面破損指數(shù)作為綜合性維度指標(biāo)，可以從整體上反映道面損壞狀況。當(dāng)L<3%，道面損壞狀況輕微，不需要進(jìn)行預(yù)養(yǎng)護(hù)，當(dāng)L>10%，道面整體損壞狀況較嚴(yán)重，不適合進(jìn)行預(yù)養(yǎng)護(hù)。國(guó)際平整度指數(shù)與主導(dǎo)病害單項(xiàng)指標(biāo)作為控制性維度指標(biāo)，能從某一方面具體地反映道面損壞狀況。當(dāng)?shù)烂鍵RI≤3.2 m/km，道面平整度良好，適合進(jìn)行預(yù)養(yǎng)護(hù)，當(dāng)?shù)烂鍵RI>3.2 m/km，道面平整度較差，不適合進(jìn)行預(yù)養(yǎng)護(hù)。當(dāng)P邊≤35%、P表≤30%、P裂≤8%及P錯(cuò)≤0.5%，說(shuō)明相應(yīng)的主導(dǎo)病害損壞情況較輕，適合進(jìn)行預(yù)養(yǎng)護(hù)；當(dāng)各項(xiàng)主導(dǎo)病害單項(xiàng)指標(biāo)分別大于相應(yīng)判定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，道面加劇損壞，不適合進(jìn)行預(yù)養(yǎng)護(hù)。

以上從判斷性、綜合性及控制性3個(gè)維度對(duì)預(yù)養(yǎng)護(hù)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了分析，形成了軍用機(jī)場(chǎng)水泥混凝土道面預(yù)養(yǎng)護(hù)需求判定標(biāo)準(zhǔn)體系，如表9所示。

表9 水泥混凝土道面預(yù)養(yǎng)護(hù)需求判定標(biāo)準(zhǔn)體系

4 結(jié)論

1)分析了軍用機(jī)場(chǎng)水泥混凝土道面預(yù)養(yǎng)護(hù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的組成及含義；針對(duì)軍用機(jī)場(chǎng)道面缺乏性能檢測(cè)歷時(shí)數(shù)據(jù)的問(wèn)題，引入了“時(shí)間-空間”轉(zhuǎn)換法；參考了路面性能指標(biāo)預(yù)養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)研究的經(jīng)驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上，開(kāi)展了軍用機(jī)場(chǎng)水泥混凝土道面預(yù)養(yǎng)護(hù)需求判定標(biāo)準(zhǔn)體系研究。

2)采用歸納類(lèi)比法，確定了摩擦系數(shù)與道面破損指數(shù)的預(yù)養(yǎng)護(hù)需求判定標(biāo)準(zhǔn)；基于導(dǎo)數(shù)拐點(diǎn)模型，對(duì)道面IRI-L關(guān)系式進(jìn)行求解，得到了L衰變最快時(shí)的道面IRI臨界值，經(jīng)過(guò)分析得到道面IRI的預(yù)養(yǎng)護(hù)需求判定標(biāo)準(zhǔn)；基于混淆矩陣模型采用ROC曲線(xiàn)與KS曲線(xiàn)確定了邊角剝落率、表面剝落率、表面裂縫率及板間錯(cuò)臺(tái)率的預(yù)養(yǎng)護(hù)需求判定標(biāo)準(zhǔn)。

3)通過(guò)對(duì)判斷性維度指標(biāo)、綜合性維度指標(biāo)及控制性維度指標(biāo)的分析，建立了一套基于軍用機(jī)場(chǎng)水泥混凝土道面自身特點(diǎn)的預(yù)養(yǎng)護(hù)需求判定標(biāo)準(zhǔn)體系。此外，該體系可為軍用機(jī)場(chǎng)水泥混凝土道面預(yù)養(yǎng)護(hù)最佳時(shí)機(jī)的確定提供相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，為道面養(yǎng)護(hù)管理者提供決策支撐，并為下一步此類(lèi)方面的研究奠定基礎(chǔ)。