现代公路上的鹰眼：记动态轴载监测设备在分析交通特征中的应用

2016-07-28 10:39:25 来源：辽宁省交通厅公路管理局评论：人

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　 关键词：当量轴次；交通情况调查；超载；路面结构；交通特征；普通干线公路。

　　1引言

　　近年来，随着社会经济的发展，普通公路交通组成出现大型化及重型化的发展趋势，国省道干线公路交通量大且重载车辆多，对路面造成的损害较为严重，导致干线公路的大修任务异常繁重。

　　多年来，全国交通公路建设者、管理者们仍停留在只注重路面材料使用、结构厚度、施工工艺方面研究，对路面以上部分交通流特征却忽视研究。一项路面工程设计之前交通组成如何？每年通过的机动车辆换算成标准轴次多少？各类型车的作用轴次分布规律如何？如果这些数据不掌握或分析不清楚，即设计前期交通预测工作就存在了缺陷，由此完成的设计必然会脱离实际，选用再好路面材料或采用先进的施工工艺施工，也不会达到预期效果，影响公路建设投资效益，所以说做好交通轴载情况调查意义重大。

　　2路网交通流量调查的现状与不足

　　辽宁省目前干线公路共设交通量调查站点445个，其中国道147个，省道298个。按观测方式分：连续式站点132个（包含8个轴载站点），其中国道75个，省道57个；间隙式站点313个，其中国道72个，省道241个。

　　目前交调数据以小客车作为标准车型换算当量数，注重车辆轮廓尺寸；而路面设计以轴重为依据，换算时以后轴10吨黄河车作为标准车型换算当量轴次。前者反映拥挤度情况，后者反映作用荷载情况。在路面结构设计时，只参考使用现有设备采集的历年数据推算出的年交通量增长率，其他数据用不上，这些设备不能提供车辆总重和轴重核心数据。

　　由于目前国内还没有专门用于路面设计的轴次数据采集设备，所以无论高速公路还是普通公路设计时仍需要人工分车型调查交通量，其弊端是投入人力大、周期短、车型掌握的少，特别是夜间天黑车型或同类型车辆空驶、超载根本分不清，采集的数据不能符合实际。长期以来由于调查手段落后，公路设计人员一直就不能掌握即将设计的公路交通流的特征，导致完成的路面设计脱离实际，影响建设投资效益。

　　因此说目前急需解决的主要问题是尽快补齐交通情况调查设备功能不足的短板，新型交通轴载设备研发、使用迫在眉睫。

　　2新型轴载设备介绍与应用

　　2.1新型设备研制

　　随着交通“大数据”广泛应用，推进“互联网+公路”管理，建设公路的信息化基础设施，发展车路协同技术，促进交通信息技术与公路交通协调发展，为路网运行精细化管理及高品质出行服务提供保障。面对新形式，先后邀请了省院及行业内有关专家给厂家技术人员讲课，主要讲授机电设备采集的数据与路面设计规范中数据对接问题，所以设备研发的主攻方向是能自动采集不同车型轴重数据并换算成设计需要的当量轴次，突出为设计服务的理念。

　　2014年我局与辽宁金洋集团成功研制研发出国内首台动态计重轴载观测设备，并在黑大线小张郎养护站安装试用。2015年4月通过了国家交通安全设施质量监督检验中心的检测，其外观质量、功能、电器安全性能、防护性能和环境适应性能五项主要指标均满足交通运输行业标准JT/T817-2011《公路机电系统设备通用技术要求及检测方法》要求。

　　轴载设备使用的石英传感器可直接布设在沥青路面里，不受路面大修改造限制，可以随时拆装重复使用，满足一些大型路面工程项目前期工作中临时调查、分析交通流特征使用。

　　2.2设备使用情况

　　2015年先后在绥中京哈线高岭、营口庄林线水源、朝阳京沈线凌北、鞍山黑大线甘泉、辽阳沈营线蔡庄、营口岫水线邱坎子、铁岭彰桓线城西和沈阳沈营线于家九处重载车辆集中的路段安装了轴载设备，目前使用状况良好。

　　2.3设备主要特点

　　1）数据精度高

　　设备根据轴重、轴型、轴距、轴总重及车辆底盘结构等多个参数判断车辆类型，比传统设备分类更加准确。

　　经采用预先标定好载重量不同的机动车以不同行车时速反复通过动态称重传感器，经比对动态称重的精准率在95%以上。

　　2）采集信息全

　　车辆通过监测断面时，系统可以采集该车通过时间、车速、行驶方向、总重、单轴重、轴数等信息，同时可通过设备软件进行当量轴次换算、视频监控和自动超载车辆车牌抓拍。

　　3）监控实时性

　　设备全天候运行，可以实时对现场视频监控。各级公路管理部门可通过网页远程访问，实现在办公室即可监控、查询、管理的目的。

　　3通过轴载重设备对交通特征的分析

　　动态计重轴载观测设备弥补了目前交通情况调查手段功能不全的短板，能够全面掌握、分析公路交通特征。

　　统计当量轴次，用于实际路面结构设计；

　　统计超载车辆信息，辅助路政部门超限车辆治理；

　　统计公路运输量，用于地区经济运行指标分析。

　　3.1在公路路面设计中的作用

　　1）.满足新设计规范提出的设计理念需要

　　交通部即将颁发的新规范设计分为三个设计水平：

　　第一设计水平是完全根据项目现场采集的实际数据进行设计，这是最精确的方法；

　　第二设计水平是根据本地区轴载谱的典型值进行设计；

　　第三设计水平是根据规范的推荐值进行设计，对于不同地区，甚至同一地区的不同道路，交通荷载参数会有较大的差别。采用平均水平的推荐值进行设计，会带来较大的误差。只有在不得已的情况下才使用的。

　　动态计重轴载设备可以采集现场真实、全面的数据，能够满足第一设计水平需要，解决了设计与实际交通状况吻合的问题。客观准确、实事求是，是未来进行规范设计的必然趋势。

　　2）.为公路路面设计服务

　　动态计重轴载观测设备可采集不同车型的轴重并换算为当量轴次，为路面设计提供客观真实数据。

　　2015年邱坎子当量轴次汇总年报表(上行)

　　3）.复核常规设计存在的不足

　　常规设计中根据经验采用代表车型及轴重换算成当量轴次与实际情况相差较大。以岫水线邱坎子2015年10月21日三轴15型货车实际轴载轴次数据比对为例，采用动态计重轴载设备实测轴载数据最终计算的累计轴次远远大于常规设计中所采用的代表车型推算的累计轴次，日平均当量轴次相差达20倍以上。
　

　　实测轴载数据完全建立在动态轴重称重系统上，数据具有真实、可靠、持续性强的特点，能够准确的反映出道路交通荷载情况。

　　轴载调查站点采用实测轴载数据可以在同一地区、不同路线结构设计中参考使用。

　　4）.提高对超载车辆危害性的认识

　　没安装轴载设备前，大家不清楚超载车辆最大载重多少吨货物。安装轴载设备后，就可掌握了实际超载量。特别是总重200多吨以上车辆，单轴达39吨，后面三个轴合计115吨。我们的桥梁设计最大承受荷载：大桥55吨，小桥36吨，因此说超载车辆早已对沿线桥梁安全使用构成巨大威胁，应引起相关部门高度重视。安装轴载设备，今后类似田庄台大桥坍塌事件发生，我们事先就能做到有据可查了。超载车辆由于过重，行驶中遇突发情况需要急刹车，刹车装置按标准载重设计的，超载达280%以上，是刹不住的，前面什么车辆肯定会被追尾，已对路上行车安全构成威胁。所以说超限运输车辆对我们的公路、桥梁及行车安全构成巨大威胁。

　　5）.为建完的路面工程后期评价提供数据支撑

　　以前对已建完的工程出现早期破坏分析时，习惯从施工质量上查找原因，有些专家知道是超载车造成，但影响到什么程度不清楚。现在可以用轴次数据、车型特征进行分析了。辽阳设计院做了黑大线交通量及轴载数据的分析，结论是“交通荷载是影响路面性能和使用寿命的关键因素之一，超载运输是促使路面早期产生病害的重要原因之一”。利用2015年采集半年数据计算黑大线累积设计轴次时就发现超载车辆影响很大。若考虑超载车辆设计累计当量轴次为5000万次，若不考虑才1000万。高速公路设计由于无超载车辆通行，当量轴次非常均匀，相当于普通公路剔除超载车辆的轴次。

　　举例说明，若有两条路要设计，一条路交通量自然数2万台/日，另一条6000台/日。经车型换算，设计年限内累计轴次都是1000万轴次。第一条线说明小车多，第二条线肯定是重车多。现实生活中第一条就是高速，第二条就是我们普通公路。高速公路上各类型车当量轴次均都不超过30，数据非常“干净”。而普通公路完全是神州行，多重车都上去行驶，大到200多吨。200吨（单轴40吨）通过与标准载车（单轴10吨）通过产生的弯沉值是不一样的，前者造成路面疲劳强度迅速衰减，直接表现路面建完后过早出现破损现象。

　　营口岫水线2014年大修工程按规范推荐值进行设计，面层结构为3cmSBS沥青砼上面层+4cm沥青砼下面层+60cm水泥稳定碎石三层基层+20cm旧路破碎粒料垫层，此结构为目前全省范围最高结构标准。通行三个月后水源方向路面已出现轨迹处网裂、唧浆，经挖验面层已经破坏，渗水导致水稳基层顶面溢浆。