路面破損檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展

徐惠明

（福建發(fā)展高速公路股份有限公司泉廈分公司　廈門　361021）

路面破損檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展

徐惠明

（福建發(fā)展高速公路股份有限公司泉廈分公司廈門361021）

通過對(duì)路面破損檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)的介紹和比較，提出了在大交通量通車路段，在滿足檢測(cè)數(shù)據(jù)精度要求的前提下，兼顧高效、安全、自動(dòng)化和經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性的路面破損檢測(cè)技術(shù)選擇意見和建議。

路面；破損檢測(cè)；技術(shù)

1　前言

我國(guó)公路建設(shè)經(jīng)過二十年的快速發(fā)展，養(yǎng)護(hù)里程迅速增長(zhǎng)。截止2014年底，全國(guó)公路總里程達(dá)到446.39萬km，公路養(yǎng)護(hù)里程435.38萬km，占公路總里程97.5%，高速公路里程11.19萬km，二級(jí)及以上公路里程54.56萬km[1]，交通運(yùn)輸“十二五”公路規(guī)劃確定的公路建設(shè)發(fā)展目標(biāo)[2]已基本完成，標(biāo)志著以高速公路為重點(diǎn)的大規(guī)模公路建設(shè)時(shí)期的逐步結(jié)束和持久的、大規(guī)模公路養(yǎng)護(hù)時(shí)代的來臨。

路面養(yǎng)護(hù)既是公路養(yǎng)護(hù)工作的重中之重。自20世紀(jì)70年代北美發(fā)達(dá)國(guó)家首先提出基于現(xiàn)代檢測(cè)、評(píng)價(jià)與決策技術(shù)的路面管理系統(tǒng)概念以來，路面管理系統(tǒng)被世界主要國(guó)家的公路管理部門、科研院所、學(xué)校、國(guó)際金融組織等機(jī)構(gòu)采用[4]。伴隨著路面管理系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，路面破損檢測(cè)技術(shù)也從傳統(tǒng)的人工調(diào)查為主，逐步向自動(dòng)化、快速化檢測(cè)方向發(fā)展，新的檢測(cè)儀器設(shè)備也層出不窮。

2　路面技術(shù)狀況檢測(cè)指標(biāo)及要求

按照《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》的要求，路面檢測(cè)包括路面損壞、平整度、車轍、抗滑性能和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度五項(xiàng)指標(biāo)，其中路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度為抽樣檢測(cè)指標(biāo)。檢測(cè)時(shí)，按照上行方向和下行方向分別檢測(cè)，每個(gè)檢測(cè)方向至少檢測(cè)一個(gè)主要行車道；二、三、四級(jí)公路可不分上下行。各項(xiàng)指標(biāo)的最低檢測(cè)與調(diào)查頻率如表1。

表1　最低檢測(cè)與調(diào)查頻率[3]

3　路面破損檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展

路面破損可分為裂縫類、變形類、松散類及其他類共四大類，21種病害（水泥路面為20種）。我國(guó)早期的有關(guān)規(guī)范把車轍作為路面破損諸多病害中的一種，與其它破損指標(biāo)合并計(jì)算與評(píng)價(jià)，《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》首次將車轍作為路面性能狀況的一項(xiàng)單獨(dú)評(píng)定的技術(shù)指標(biāo)。由于路面破損狀況復(fù)雜，類型多樣，需判斷破損的輕重程度并計(jì)算破損面積，因此目前市場(chǎng)上設(shè)備也參差不齊，自動(dòng)化程度及精確度各不一樣。

3.1路面破損傳統(tǒng)檢測(cè)方法

傳統(tǒng)的路面破損檢測(cè)方法是通過人工徒步調(diào)查，記錄病害種類、數(shù)量，最后計(jì)算路面破損率，得出破損狀況指數(shù)PCI。由于技術(shù)手段落后，工作效率低，檢測(cè)和養(yǎng)護(hù)耗時(shí)較長(zhǎng)，不得不長(zhǎng)時(shí)間封閉交通，導(dǎo)致降低了道路的通行能力，增加了公路運(yùn)輸成本，不僅帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且造成了不良的社會(huì)影響。同時(shí)，由于在檢測(cè)、養(yǎng)護(hù)時(shí)存在大量人工作業(yè)，作業(yè)過程中時(shí)有交通事故發(fā)生，給人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來了不必要的損失。傳統(tǒng)的檢測(cè)養(yǎng)護(hù)技術(shù)已無法滿足社會(huì)對(duì)檢測(cè)、養(yǎng)護(hù)的要求，快速檢測(cè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)的需求日益迫切。

3.2路面破損自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)

路面破損自動(dòng)化檢測(cè)是就是通過專業(yè)檢測(cè)設(shè)備在路面上快速行駛的同時(shí)對(duì)路面上的各種破損病害進(jìn)行采集、分析、計(jì)算，得出路面破損狀況指數(shù)。目前自動(dòng)化路面破損檢測(cè)技術(shù)主要把病害分為三類檢測(cè)：二維病害類、車轍和路面變形類。

3.2.1二維病害檢測(cè)

二維路面病害指在二維平面上可以看到的路面病害種類，主要指裂縫類，松散類、其它類等。目前國(guó)內(nèi)外基本都是采用在檢測(cè)車上安裝高精度數(shù)碼黑白攝像機(jī)，配合同步閃光燈快速拍攝路面圖像，然后通過人機(jī)對(duì)話的方式，把圖像上的病害分類匯總，計(jì)算數(shù)量，因此路面圖像質(zhì)量對(duì)于檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性至關(guān)重要。決定路面圖像質(zhì)量的因素主要有：攝像機(jī)的分辨率、拍攝時(shí)的亮度和拍攝方式。

（1）攝像機(jī)分辨率越高，拍攝的圖像精度越高。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展，路面攝像機(jī)CCD分辨率也越來越高，目前CCD在橫向的分辨率一般都采用2048象素，基本可以滿足路面病害檢測(cè)的需要。路面單車道的寬度通常為3.75m，假設(shè)圖像拍攝寬度為4m，那么每個(gè)象素對(duì)應(yīng)的路面寬度約為2mm，又由于路面與病害之間存在不同對(duì)比度，光在裂縫等病害中發(fā)生了散射、折射等現(xiàn)象，圖像上實(shí)際可以看到的最小寬度可以達(dá)到1mm，即1mm以上寬度的裂縫在圖像中都可以識(shí)別。如果采用更高的4096象素CCD，雖然可以得到更高分辨率的圖像，但是由于產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)量龐大，處理速度緩慢，直接影響到檢測(cè)效率，且成本較高，因此較少有廠家使用。

（2）外界光線越好，圖像效果越好。由于在檢測(cè)過程中常常出現(xiàn)自然光線不足，樹木、構(gòu)造物、車輛等在路面產(chǎn)生陰影等現(xiàn)象，為了消除這些陰影，必須配備與攝像機(jī)同步的閃光燈，保證拍攝亮度均勻。

（3）不同的拍攝高度和角度，也對(duì)后期破損識(shí)別的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。由于單車道路面寬度為3.75m，因此拍攝的寬度一般在4m以上，這樣就導(dǎo)致攝像機(jī)的安裝高度較高，正常須在3m左右，因此對(duì)車身高度要求比較苛刻。為了降低攝像機(jī)的安裝高度，解決方法一般有：斜角拍攝、采用廣角鏡頭、分兩個(gè)攝像頭拍攝等措施。各種拍攝方式的優(yōu)缺點(diǎn)和實(shí)際效果對(duì)比詳見表2。

表2　各種拍攝方式優(yōu)缺點(diǎn)

各種拍攝方式的實(shí)際效果對(duì)比詳見表3。

表3　各種拍攝方式實(shí)際效果對(duì)比

3.2.2車轍檢測(cè)

車轍也是屬于路面變形類病害之一，車轍檢測(cè)之所以單獨(dú)列出，主要是由于車轍檢測(cè)方法的多樣性及車轍指標(biāo)的獨(dú)立性。傳統(tǒng)的車轍測(cè)試工具如路面橫斷面儀，需要橫向擺放在車道上，這種測(cè)試方法只適合在車流量小的路段上少量抽檢使用，而且存在現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)安全的問題。

目前自動(dòng)化車轍檢測(cè)設(shè)備一般可分為兩種：①橫梁多點(diǎn)車轍斷面采集儀，即在車輛前方安裝一個(gè)橫梁，橫梁上分布多個(gè)激光或超聲波傳感器，利用每個(gè)傳感器測(cè)出橫斷面各測(cè)點(diǎn)高程，經(jīng)過嚴(yán)格的算法運(yùn)算，獲得車轍深度指標(biāo)。②利用結(jié)構(gòu)光片掃描技術(shù)，通過結(jié)構(gòu)光片光與路面形成的交線，得出路面橫斷面曲線，送至車載工業(yè)專用機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過計(jì)算得出車轍深度，這是今后車轍檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的方向。兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)如表4。

表4　自動(dòng)化車轍檢測(cè)方式優(yōu)缺點(diǎn)

3.2.3路面變形類檢測(cè)

路面變形類檢測(cè)又稱路面三維檢測(cè)。路面變形類病害主要指在路面上有形成高差的病害，例如沉陷、波浪、擁抱等。一直以來，對(duì)于路面變形類病害的自動(dòng)化檢測(cè)都存在一定難度，目前國(guó)內(nèi)已有機(jī)構(gòu)研究推出了利用多條結(jié)構(gòu)光掃描路面，識(shí)別出變形狀況，通過計(jì)算得出病害的高程和面積，如圖1。圖1中利用五條結(jié)構(gòu)光掃描路面，通過攝像機(jī)拍攝得到路形圖像。五條直線平行則表示路面平坦，五條直線上凸或者下凹，則代表路面有沉陷或者擁抱，路面高差和面積值則通過嚴(yán)格標(biāo)定試驗(yàn)，根據(jù)圖像變形量換算得出。

圖1　路面變形檢測(cè)圖像

4　結(jié)語

總體來看，近來年我國(guó)路面破損自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用都有了非常大的進(jìn)步。但是，由于我們的公路養(yǎng)護(hù)管理特別是大中修養(yǎng)護(hù)計(jì)劃的制訂大都還停留在追求短期養(yǎng)護(hù)效果為主，養(yǎng)護(hù)方案以經(jīng)驗(yàn)為主的管理模式，對(duì)于路面管理系統(tǒng)的作用在認(rèn)識(shí)上還有一定的差距。同時(shí)，由于目前自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備價(jià)格高，也影響了自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)在國(guó)內(nèi)的大面積推廣應(yīng)用。隨著我國(guó)公路養(yǎng)護(hù)管理工作的日益繁重和社會(huì)對(duì)道路交通服務(wù)質(zhì)量要求的提高，簡(jiǎn)潔、快速、精確的自動(dòng)化檢測(cè)手段將成為今后發(fā)展的趨勢(shì)。

[1]2014年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào).中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部.

[2]交通運(yùn)輸“十二五”發(fā)展規(guī)劃.中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部.

[3]中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTGH20-2007）.北京：人民交通出版社，2008.

[4]潘玉利.路面管理系統(tǒng).北京：人民交通出版社，1998.

U416.2

A

1673-0038（2015）19-0212-02

2015-4-20