目 录

摘 要.................................................................................................................... I

第 1 章 绪论......................................................................................................1

1.1 本课题的研究目的和意义 ......................................................................1

1.2 路面检测技术及养护决策方法国内外研究现状....................................3

1.2.1 路面检测技术及养护决策方法国外研究概况 .................................3

1.2.2 路面检测技术及养护决策方法国内研究概况 .................................8

1.3 本文主要研究内容...................................................................................11

第 2 章 沥青路面破损状况信息采集技术.....................................................13

2.1 目前路面破损信息采集的常用手段 ......................................................13

2.1.1 传统人工调查的方法及存在问题 ...................................................13

2.1.2 车载式自动化检测设备研究现状 ...................................................14

2.1.3 基于养护设计需要的新型的人工采集设备总体设计 .................16

2.2 JGLYH-001 型路面病害采集仪基于 GPS 的平面定位方法.................18

2.2.1 目前国内外主要卫星导航系统........................................................19

2.2.2 JGLYH-001 型路面病害采集仪 GPS 定位精度试验分析 ..............20

2.3 JGLYH-001 型路面病害采集仪距离测量装置 ......................................25

2.4 JGLYH-001 型路面病害采集仪病害信息的测量方法 ..........................27

2.4.1 病害类型及分类方法........................................................................27

2.4.2 JGLYH-001 型路面病害采集仪病害横向尺寸测量........................31ii

2.4.3 JGLYH-001 型路面病害采集仪病害纵向尺寸测量........................32

2.4.4 JGLYH-001 型路面病害采集仪病害检测精度分析........................33

2.5 JGLYH-001 型路面病害采集仪数码相机控制...................................34

2.6 Visual Basic 结合 matlab 混合编程的应用 .........................................35

2.7 本章小结...............................................................................................36

第 3 章 检测路段合理划分方法研究.............................................................39

3.1 养护决策最小路段的确定......................................................................40

3.1.1 考虑路面检测最小单元确定最小路段长度 ...................................40

3.1.2 根据养护施工经济方便的原则确定最小路段长度 .......................41

3.2 划分路段的具体方法 ..............................................................................42

3.2.1 系统聚类法进行路段划分 ...............................................................43

3.2.2 有序聚类法进行路段划分 ...............................................................46

3.2.3 累积差值法划分路段 ........................................................................48

3.3 本章小结 ..................................................................................................51

第 4 章 基于层次分析法的养护决策研究.....................................................53

4.1 层次分析法概述 ......................................................................................54

4.2 采用层次分析法进行养护决策 ............................................................59

4.2.1 建立层次分析模型 ............................................................................60

4.2.2 建立判断矩阵并进行一致性检验 .......................................................60

4.2.3 综合排序及计算结果 .......................................................................67

4.2.4 结果分析.............................................................................................68iii

4.3 本章小结 ..................................................................................................68

第 5 章 沥青路面病害检测和养护决策的计算机辅助实现.........................71

5.1 沥青路面养护设计辅助系统的结构组成..............................................71

5.2 路面病害检测模块 ..................................................................................74

5.3 路段划分模块 ..........................................................................................76

5.4 路况评价模块...........................................................................................77

5.5 维修养护对策模块 ..................................................................................80

5.6 回放核对模块 ..........................................................................................81

5.7 本章小结 ..................................................................................................82

第 6 章 运行实例 .............................................................................................83

6.1 交通量调查 ..............................................................................................83

6.2 取芯调查 ..................................................................................................85

6.3 路面弯沉调查 ..........................................................................................86

6.4 路面平整度、车辙调查 ..........................................................................88

6.5 路面抗滑检测 ..........................................................................................88

6.6 路面破损调查 ..........................................................................................89

6.7 路段划分 ..................................................................................................90

6.8 路面使用状况评价...................................................................................90

6.9 养护措施决策 ..........................................................................................92

6.10 本章小结 ................................................................................................94

第 7 章 结论......................................................................................................95iv

7.1 研究结论 ..................................................................................................95

7.2 展望 ..........................................................................................................96

参考文献............................................................................................................97

作者简介及科研成果......................................................................................105

致 谢................................................................................................................107

第 1 章 绪论
1.1 本课题的研究目的和意义
　　自二十世纪九十年代以来，我国的交通基础设施建设作为国家优先发展的战略目标，在规模总量上实现了快速增长，公路里程从 1978 年的 89.0 万公里增加到 2011 年底的 410.64 万公里，增长幅度达到 4.5 倍。高等级公路给人们的生产生活带来了极大的方便，但是随着公路里程的不断增长、交通流量的快速增加，公众需求也随之日益提高。如何使公路保持一个良好的运行状态，是公路养护管理工作者面临的十分艰巨的任务，也是人们十分关注的大事。公路建设是分段分期进行的，建设成就越大，养护管理任务越重。发达国家的公路发展经验告诉我们，大规模的公路建设之后会逐渐进入大规模的公路养护时代。目前我国已经开始步入养护时代，截止至 2011 年底，全国公路养护里程达到 398.04 万公里，占公路总里程的 96.9%。图 1.1 示出的是 2002-2011公路里程及养护里程对应关系，可以看出，到 2010 年，养护里程的增长速度已经超过了建设里程的增长速度。图 1.1 2002-2011 公路里程及养护里程对应表
　　由于公路养护工作是长期、持续和周期性的，因此在道路运营过程中，对其使用状况进行跟踪检测，并且给出一个合理的评价，选择科学合理的养护维修措施，从而用最小的资金投入保证路面在长时期内提供足够的服务水平十分必要。欧美发达国家，其沥青路面已经建设了上百年，这方面留下了大量的借鉴经验，图 1.2 为美国 1980 年至 2000 年的资金投入情况，从图中看，养护资金的投资金额以及占公路总投资的比例2都逐年增加。
　　我国近年养护资金的增长幅度也是非常快的，“十一五”期间，全国公路项目总投资为三万多亿，比“十五”增加约一倍，其中养护投资为八千多亿，超过“十五”期间的三倍。对于我们国家目前状况，正处于建设、养护同时投入的时期。020406080100120140十亿美元（）1980 1985 1990 1995 2000新建 养护 路政管理 还贷图 1.2 美国 1980--2000 年公路投资情况[1]
　　路面作为供车辆直接在其表面行驶的道路结构层，其技术状况的优劣直接影响公路的通行能力和服务水平，因此，路面在国内外大多数国家的公路养护管理工作中占有的比重经常超过 70%以上，路面养护需要的资金投入占养护工作总资金投入的比例理所当然也很高。现行《公路技术状况评定标准》之所以将路面使用性能（PQI）在公路技术状况评价中所占比重（权重系数）确定为 0.70（70%），就是考虑到上述因素，以明确路面养护工作的重要性。所以说公路养护的核心就在于路面的养护，做好路面的检测、评价、决策、养护设计，科学合理的实施养护和维修工程，更好的保持路面的使用性能和耐久性，在以后相当长一段时期内都会是路面技术人员面临的主要问题。
　　要想得到理想的养护维修效果，首先要有一个合理的养护设计。对于某个具体的路面养护项目而言，合理的养护设计方法要求覆盖检测、评价、决策、设计的各个阶段，并保证各阶段的成果能够有效地衔接起来。
　　通常的的沥青路面养护设计检测采用传统的人工调查方法，养护方案决策依靠经验，这就形成了设计周期长、效率低等问题。自动化检测设备在路面检测中的应用，改善了传统人工调查效率低的状况，但高昂的设备购置和维护费用导致自动化设备难以普及，而且针对养护设计而言，自动化设备不仅使用起来不够方便，还存在着病害不易全部识别、数据难以直接应用于养护设计后续过程等弊端，因此，开发一套费用3低廉，高效实用的病害采集设备具有极大的现实意义。伴随着项目级路面管理系统的不断发展，更多的科学分析及预测手段应用于养护决策中。但是，项目级路面管理系统的数据库要求包含的数据量非常多，常常包括建设资料、养护重建历史、交通量、费用信息、材料信息、道路几何特征、水文地质、路况及排水等内容， 使用的模型包括路况评价模型、使用性能预测模型、养护费用分析模型、结构分析模型等，模型运行结果的可靠性需要连续多年的大量详实的原始数据支持。局限于当前的养护现状，相当一部分的养护项目应用项目级路面管理系统进行养护决策较为困难。 因此，结合沥青路面养护设计实际需要，开发一套完整的软硬件系统，覆盖检测手段、评价决策、设计输出等方面，从而全面提高养护设计的工作效率和工作质量十分必要。
　　1.2 路面检测技术及养护决策方法国内外研究现状
　　1.2.1 路面检测技术及养护决策方法国外研究概况
　　1.2.1.1 国外路面病害检测手段研究现状在调查路面损坏状况的诸多方法中，人工检测作为最传统的方法目前在美国、英国等发达国家仍然应用广泛，它是美国路面设计指南(AASHTO)推荐的主要方法之一。在检测时，一个专业领域经验丰富的检查人员行走在路肩上或坐在慢速行驶的驾驶室里，通过视觉观察，将病害的准确位置记录在病害描述图上，同时在图上标注病害的类型、严重程度和数量[1]。近年国外针对人工检测的研究主要集中在定义良好的指导原则和判别标准、改进培训方法、减小调查的变异性、数据重复性检验和进行可靠度评价等方面，力求更大的提高人工检测的准确度[2][3][4]。
　　传统人工检测的方法对于人力资源丰富的和低交通量及低等级公路具有相当的优势，但在大交通量的高速公路和干线公路上使用时，实际操作中存在着封路、安全、速度、精度等诸多问题，同时存在着后期处理工作量巨大的缺陷，难以适应大规模公路检测的要求。
　　正因为检测存在着前述诸多问题，因此自二十世纪六十年代起，发达国家开始着手车载式自动化检测设备的研究。自动化设备具有提高安全性(调查人员不需要在繁忙的公路上停留)、尽可能少的避免行车干扰、通过在检测车上安装更多的设备能够在自4动测量路面破损的同时测量更多的路面的行驶性能和其它相关信息的优势。
　　伴随着研究的进展和技术的不断更新，自动化设备的代表产品主要有 20 世纪 70年代法国的 LCPC 道路管理部门研究开发的路面表面破损摄影车（GERPHO）[5]，20世纪 80 年代日本小松财团研究开发的路面损坏自动测量系统(APDS）[6]，20 世纪 90年代美国大地技术公司开发的路面裂缝评价系统（PCES）[7]，20 世纪 90 年代中期加拿大的 Roadware 公司开发的自动路面分析仪（ARAN），本世纪初由澳大利亚道路运输研究所(ARRB)研制开发的 Hakeye2000 快速检测系统等[8]。表 1.1 国外代表型自动设备状况一览表设备名称 国家 开 发时 间检测内容 检测方式适用环境检 测速 度识别方式裂缝识别精度GERPHO 法国 20世纪70年代裂缝 高速摄影机夜间 人工 3mmAPDS 日本 20世纪80年代裂缝、车辙、平整度激光扫描仪、电视摄像仪夜间 60km/h 人工 1mmARAN 加拿大20世纪90年代裂缝、车辙、平整度、坑槽、松散高分辨率数码相机全天 80km/h 自动 2mmHakeye2000澳大利亚本世纪初路面平整度、车辙、破损、沿线交通设施、路面横纵坡及几何线形高分辨率数码相机全天 80km/h 自动 0.5mm
　　近年来，欧美发达国家将 3D 激光、二维层析等技术引入路面检测中，并取得了一定的成果。
　　1.2.1.2 国外养护决策方法研究现状
　　路面养护决策方法是伴随着路面管理系统产生与发展的。美国全国公路合作研究计划(NCHRP)于 1966 年设立了改善路面设计方法的研究课题，意图在路面设计领域内取得突破。该课题在路面设计中引入了系统分析方法，并首次提出了路面设计系统的概念。到了 70 年代初期，更多研究者开始致力于引入系统分析和运筹学的方法以建立路面设计系统(如柔性路面设计系统 FPS 和路面系统分析方法 SAMP 等)，在逐步完善5的过程中，设计系统便扩展成了项目级路面管理系统，路面管理系统作为术语也在 1971年首次出现[9]。随着路面管理系统的发展和推广应用，大量工程经济分析方法和数学规划方法也得到广泛应用。
　　养护决策方法基本上可分为优先次序方法、运筹学方法两大类。
　　①优先次序方法优先次序方法是公路养护管理者最早使用的决策方法，其代表方法为决策树法。决策树法的决策过程是首先分析影响对策选择的各个因素，从中选择几项主要影响因素，并考虑好选择时的先后顺序，从而组成若干种可能的决策供选择，然后组织有经验的养护工程师，请他们对上述各种可能状况选择备选对策表中的对应对策，汇总他们的选择，据此整理出针对不同状况的养护和改建对策方案并采用树状图的形式表述。主要影响因素作为分枝的节点，在各个分枝的枝末, 给出各种组合条件限制下的项目可能采取的养护对策。由于决策树法简单直观，因此容易为养护管理和技术人员理解接受。而且在通过专家调查等方法确定对策时，可以结合考虑当地工程师的经验，有助于养护决策更好的适应当地具体情况。这种方法目前在国内外路面养护决策中应用很广泛，如美国多个州、加拿大安大略省等路面管理系统均采用决策树法[10] ～[12]。决策树法的缺点是无法综合考虑影响决策的多个因素。
　　② 运筹学方法
　　运筹学是一门诞生于 20 世纪 30 年代的新兴的学科,运筹学是用数学方法研究各种系统最优化问题的学科,应用运筹学解决问题的动机是为决策者提供科学决策的依据,目的是求解系统最优化问题,即制定合理的运用人力、物力、财力的最优方案。（摘自《现代科学综述大辞典》）
　　第二次世界大战期间英美成立了“运作研究”（ Operational Research）小组，通过科学方法的运用成功地解决了一系列非常复杂的战略和战术问题。战后，从事这项工作的许多专家转到了民用领域，从此运筹学作为一门新的学科逐步形成并得以迅速发展,到今天已成为分支学科众多的一个繁荣昌盛的大家族，包括线性规划、整数规划、非线性规划、动态规划、目标规划等，随机过程与排队论,, 效用理论,决策分析,对策论与对策模拟,搜索论,计算机模拟(仿真) , 数据网络分析, 库存论,可靠性,排序论等众多大分支。6
　　运筹学方法在养护决策领域上的应用是伴随着运筹学的发展而发展的，使用比较广泛的方法主要有以下几类。
　　⑴数学规划方法数学规划的概念出现于上世纪 40 年代末，最先是由美国哈佛大学的 RobertDorfman 提出的，其定义是在给定约束条件下求目标函数最大或最小值，实质上就是用数学模型来研究系统管理中的决策问题。养护维修方案的数学规划模型由一组目标函数和一系列约束条件组成，通过求解满足约束条件的目标函数方程来确定路段的养护修复方案，这样不需要完全逐一评价各个可能项目，就可得到满足约束条件的最终结果。但是当需要优化的路面养护决策规模较大时，存在决策时间长以及最终解不稳定的情况，不易满足公路路面养护的需求。1980 年开始运行的美国亚利桑那州(Arizona)路面管理系统是世界上较早采用数学规划方法的系统，它为公路养护管理系统的开发和研究开辟了新的途径。系统的路面条件预测采用马尔可夫转换矩阵，使用线性规划求算问题的最优解[13]。美国俄亥俄州的路面管理系统同样采用了线性规划模型来进行系统优化决策。20 世纪 50 年代初美国数学家 R.E.Bellman 等人在研究多阶段决策过程(multistepdecision process)的优化问题时，提出了著名的最优化原理(principle of optimality)，创立了动态规划这种解决过程优化问题的新方法。动态规划法对于多阶段过程，采用的是将其转化为一系列单阶段问题并利用各阶段之间的关系逐个求解的过程。采用静态或开放决策过程的确定型路面性能预测，没有考虑路面性能比预测的性能较好或较差的情况，因此不是最优决策，采用动态规划能在给定的政策等约束情况下，给出规划期内各路段最佳的养护策略，如 Koji Tsunokawa 等就提出了一个控制公路路面维护操作时机和强度的理论优化动态模型[14]。
　　⑵层次分析法层次分析法（简称 AHP）是美国运筹学家匹茨堡大学教授萨蒂(T.L.Saaty)为美国国防部研究“根据各个工业部门对国家福利的贡献大小而进行电力分配”课题时，提出的一种应用网络系统理论和多目标综合评价方法的层次权重决策分析方法。萨蒂提出将要研究的问题所含的各类因素按一定隶属关系分为相互联系的若干层次，再利用特定的数学方法来计算和确定每一层次的因素相对重要程度及其权重值，最后以计量值从高至低排出主次顺序来分析解决该问题的实质，得出正确的结论。这种方法可以处7理综合评价、选择决策方案、估计和预测等技术经济领域复杂的问题。运用层次分析法进行养护决策，大体可以分为四个步骤：根据养护对策、考虑因素、决策目标建立问题的递阶层次结构；构造两两比较判断矩阵；合成比较向量；一致性检验。层次分析法在路面养护决策方面应用的不多，Ramadhan R.H 等利用一个层次分析法(AHP)确定路面养护优先排名，并与不同组别的个人根据道路类型、路面条件、行驶质量、安全条件、维护成本、整体重要性等因素直接选择结果进行比较，确认层次分析法的结果具有可靠性[15]。J. Farhan 等采用层次分析法处理一个真实的网络级路面养护问题，发现它在处理大量的养护对策比较以便于生成优先级评估时具有良好的表现，他认为层次分析法是确定路面维修优先级首选的方法[16]。
　　⑶人工智能方法由于养护对策的选择需要综合考虑多个变量的存在，有时在整个决策过程完全采用传统方法不易达到理想的结果。在这种背景下，近年来其他领域的一些决策手段陆续被引入路面养护决策中，例如那些基于人工智能的技术,尤其是在人工神经网络和遗传算法。人工神经网络（artificial neural network）是一种非线性统计性数据建模工具，这种数学模型模仿生物神经网络的结构和功能，常用来解决输入和输出间复杂的关系进行建模和探索数据的模式等问题，它是受到人及其他动物神经网络功能的运作而启发产生的。神经网络由大量的“神经元“（或称节点）和之间相互连接构成，每个节点代表一种称为激励函数的特定输出函数。对应两个节点之间的连接则代表一个对于通过该连接信号的加权值（称之为权重），这相当于人工神经网络的记忆，网络的输出根据受网络的连接方式，权重值和激励函数的变化而不同。我们能够通过统计学的标准数学方法得到大量的可以用函数来表达的局部结构空间，而在人工智能学的人工感知领域，人工神经网络能够通过统计学的方法，表现出类似人一样的简单决定能力和简单判断能力，通常情况下这种方法比传统的的逻辑学推理演算具有更大的优势。近年在路面管理领域，人工神经网络得到了迅速的发展，已经被成功地应用于使用状况评估、劣化建模、使用性能预测、养护措施选择及优化和事故预测等方面。诸多国外研究人员进行了大量的研究工作，并取得了相当的成果[17]～[20]。
　　遗传算法是 1965 年由美国密歇根大学的 John H.Holland 教授提出，随后 DeJong8将其扩展到了最优化的应用中。遗传算法是依照达尔文关于自然界中物竞天择，适者生存的选择与进化观点形成其最优化的搜索策略，其主要特点是群体搜索策略和群体内个体之间的信息交换，其搜索不依赖于梯度信息，有很强的全局搜索能力和局部搜索能力，非常适合处理传统搜索方法难于解决的非线性问题，可求得全局最优解。采用遗传算法是解决较大规模养护方案决策的有力武器。从遗传算法出现开始，国外就开始针对应用遗传算法解决路面养护决策优化问题进行了大量的研究[21]～[25]。
　　1.2.1.3 国外沥青路面养护设计辅助软件研究现状
　　国外的养护设计辅助软件主要功能基本都是针对路面养护决策优化的，代表性的如美国的加州设计程序(CalME)。它是一个由美国联邦公路局 20 世纪 90 年代开发并且已经被加州公路局制定使用的用于设计新建及养护沥青路面的工具。它的一个主要目的是针对路面的维修和养护，因为这项费用已经超过新建的路面，占加州运输部路面工程资金投入的比例超过 90%。CalME 允许采用不同的养护维修对策模拟路面性能，使用该程序，可以选择最优养护技术和养护时间，这种设计方法能够达到延长路面寿命的目的[26]。Joao Santos 等提出了考虑成本优化和预防性养护的路面设计软件OPTIPAV，这种方法考虑到路面性能、施工成本、养护和改造的费用、用户成本、项目分析期间的路面残值、预防性养护和修复周期。这可以帮助路面设计人员为公路选择最优的路面结构。它通过现代数学方法和计算机技术，尽量找到成本最低,，同时满足工程需求的最优路面结构，通过该系统对葡萄牙路面结构手册中路面结构的运行分析，证明它能够为公路机构在项目级养护管理提供一个有效手段，为道路工程师添加了一个有价值的工具箱[27]。美国AASHTO沥青混凝土路面设计方法中介绍了路面设计程序Design Guide 2002的使用方法，Design Guide 2002 可以进行新建设计和养护维修设计。程序的流程图所示图 1.3[1]。
　　1.2.2 路面检测技术及养护决策方法国内研究概况
　　1.2.2.1 国内路面病害检测手段研究现状近 20 年来，伴随着我国公路建设和公路养护管理工作的不断发展，国内部分科研院所及企业通过引进设备与技术以及自主开发，在路面损坏检测技术的研究领域，取9得了长足的进步图 1.3 Design Guide 2002 程序流程图2002 年 11 月，由江苏省宁沪高速公路股份有限公司、南京理工大学和南京路达基础工程新技术研究所共同研制的 N-1 型路面状况智能检测车通过鉴定。该设备可以在70km／h 的检测速度下，自动完成表面裂缝、平整度、车辙等数据的采集与处理，平整度的检测精度可以达到 0.1mm，车辙检测精度可以达到 1mm。路面损坏采用自动识别，其中 3～5mm 的裂缝识别率可达 90％以上。该系统的研发成功，打破了国外检测设备在国内检测行业的垄断状况[28]。武汉武大卓越科技有限责任公司于 2004 年研制出第一台智能道路路面自动检测车。该系统检测速度可以达到在 100km/h，能够同时采集几何线形、路面病害、平整度、车辙、沿线道路设施等指标。裂缝识别精度为 1mm，在图像数据处理工程中，对横缝、纵缝等规则的裂缝采用计算机自动识别，对较为复杂的裂缝类型如块状裂缝等采用人工辅助识别[29]。哈尔滨工业大学交通学院成功开发完成了集检测、评价、决策、管理于一体，具有独立自主知识产权的 AUTO DETECTOR 多功能道路检测车。该设备检测速度可达100km/h,裂缝识别精度可以达到 1mm。由于采用人工照明系统，从而确保了系统获得10高质量的图像。该系统检测数据与公路信息化管理与决策子系统实现了无缝连接，可直接用于路面的养护决策。（2008/12/19 《科学时报》)交通部公路科学研究院研究开发出基于线扫描技术的路况快速检测系统 CiCS（图 1.5）。它能够在正常车流速度下快速、准确地采集路面损坏、道路平整度、路面车辙、路面纹理深度和前方景观图像数据,对采集的路面损坏图像能够自动识别和处理，能够找出裂缝位置，计算裂缝长度、宽度和路面损坏率，最小裂缝识别宽度为 1mm，损坏识别率可以达到 90-95%，检测结果可以直接导入路面管理系统（CPMS），用于路况评价和养护分析。(摘自产品介绍)
　　1.2.2.2 国内养护决策方法研究现状潘玉利等（1992）提出了一个养护投资优化模型，并结合杭州市郊区公路网的数据进行了初步分析，对于上述模型，最终采用了线性规划近似解法。经杭州实际运算证明，用这一方法可以获得满意的计算速度和精度[5]。赵晓凤等提出了一种利用 Internet网络来实现的制定公路养护计划的线性规划模型，据此制定合理的公路养护标准和策略，恰当地分配养护资金[30]。由于现实中诸如设施恶化和养护维修效果等非线性因素的存在，欧阳延峰等采用非线性混合规划模型，并提出了一个启发式方法避免大量的求解计算，经测试数值分析表明,该启发式计算方法可以给出接近最佳的解决方案[31]。赵尘等（1993）应用动态规划原理，针对林区道路系统的分段分期养护管理，建立了养护规划的优化模型，以期取得长远的养护和运营最佳总体效益[32]；高昌等针对清连高速公路路面养护采用动态规划，得出合理的资金规划[33]。何兆益等（1995）[34]、邹培国（1995）[35]、闻绍明等（2002）[36]先后采用层次分析法进行了路面养护决策的研究。部分研究人员还引入了模糊数学、区间关联方法[37][38]等综合方法，力求对层次分析法在养护决策中的应用进行更加全面和深化的研究。李志刚等（2001）针对高速公路行车特点，利用神经网络理论建立高速公路沥青路面项目级智能综合决策模型，并应用于河北省京石高速公路养护工程，该模型在实际中得到了验证[39]。卓建平等采用 BP 神经网络应用于沥青路面维修决策模型研究，得出利用神经网络建立沥青路面决策模型相对于其它数值模型来说无论从精度还是从方便易用的角度来说，都有较大的优势[40][41]。胡霞光等（2002）在技术应用时，将遗传算法决策优化方法集成于青藏公路路基11路面管理系统(QZ-PMS)中，实例研究表明，该方法能够加速计算速度，提高决策的精度，是研究路面养护决策的一种有效方法[42]。邹国平等（2007）引入多目标遗传算法用于高速公路路面多目标决策优化的尝试，仿真结果表明，该算法优于传统的数学规划优化方法[43]。邹群等（2007）提出了一种混合遗传算法用于高速公路路面养护决策优化，克服了简单遗传算法的过早收敛问题，较好地解决了高速公路路面养护决策优化问题[44]。台湾的 Jia-Ruey Chang 等研究了开发一个利用遗传算法的路面养护康复(M&R)决策模型，针对台湾高速公路管理局下属 7 个县的道路进行了研究[45]。还有很多其他的方法应用于路面养护决策中，诸如模糊集理论、灰色模糊决策以及一系列的综合决策方法，其中有的已经比较成熟，有的还在探索阶段。
　　1.2.2.3 国内沥青路面养护设计辅助软件研究现状国内的项目级路面管理系统目前还没有形成成熟的公路养护科学决策模式，但是浙江、山东、广东、四川等省市公路管理机构和高速公路经营企业，已经着手实践和完善公路养护科学决策模式。正在开展的工作包括建立路面损坏基础数据的长期观测机制、研究路面损坏的规律与修复技术、定期标定路面使用性能预测模型、研究路面大中修养护周期、分析不同路面养护方案对大中修养护的影响、 研究路面大中修养护设计技术，研究预防性养护的时机和方法等[46]。国内的张嘉林等（2011）开展了高速公路沥青混凝土路面中修养护辅助设计系统的研发工作，该辅助系统利用计算机建立关系数据库模型，对采集的路面信息数据（包括路面检测数据、取芯分析数据以及采用其他检测手段获得的数据等）进行处理，根据事先建立的中修养护设计方案库，对于不同的数据信息通过人机对话的方式调用养护设计方案库，初步选择 2-3 种设计方案，然后进行方案比选，最终确定最优设计方案，根据最终方案在经济、施工、工期等方面进行施工路段与材料的进一步优化设计，最后进行路面工程量的计算并生成相关图纸[47]。
　　1.3 本文主要研究内容
　　论文主要结合沥青路面养护设计的具体需要，研究与开发一套完整的软硬件系统，覆盖检测手段、评价决策、设计输出等方面，全面提高设计速度和决策的科学性。研究制作适合路面养护设计的路面病害检测设备，确定检测方法和硬件组成，研制出新型的病害检测设备辅助人工检测，以求方便、准确、快捷服务于养护设计工作。12设备行走在路肩上，大大减小了人工检测的危险性；病害空间位置的确定采用基于 GPS的平面定位方法，并引入分段多项式拟合提高平面定位精度；病害纵向尺寸通过安装在车轮上的距离编解码器自动确定，病害横向尺寸采用三角测量的方法通过读取角度完成，不必进入车道。分析研究最小路段长度的确定和路段划分的实用方法，运用累积差值法结合折线拟合的方法自动划分路段，并与聚类分析等常见的路段划分方法进行比较。归纳制定路面养护方案的科学决策方法，分析利用运筹学的层次分析法进行养护决策时考虑的影响因素和实用的计算方法。采用 VB 和 MATLAB 等语言的混合编程方法实现病害检测、养护决策等功能的计算机辅助设计。