路面多維高頻檢測裝備和智能養護技術應用

唐宗明

摘 要：隨著養護道路里程不斷增長，傳統道路巡檢模式已無法滿足實際需求，文章基于新形勢下的人工智能技術和大數據分析技術，自動識別道路病害及病害分級，對道路健康狀況分析、養護決策分析及養護績效評估應用進行研究，以期能為道路養護技術發展提供一些參考。

關鍵詞：高頻檢測;可視化;自動化

中圖分類號：U41 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2020）11-023-04

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2020.11.012

1 研究背景

上海市管養道路里程已超過5 000km，新建道路增速逐漸趨于平緩，大量已有道路設施需要不斷的養護維修來保證全壽命周期內的正常運營。由于道路設施體量大、交通負荷重，傳統道路檢測方法復雜、檢測數據覆蓋度低、更新時間長，難以有效支持養護維修決策使用。道路設施養護運管工作亟需一套經濟高效、智能可靠的一體化集成解決方案。

因此，運用路面多維高頻檢測的大數據智能分析技術體系，結合傳統道路巡檢工作，豐富巡檢內容、降低巡檢成本、實現全壽命周期養護，提高道路養護科學決策水平，提高道路管養效率，優化公眾出行質量，對推動城市精細化管理具有重要意義。

2 路面多維高頻檢測裝備

路面多維高頻檢測裝備可以基于輕量化復合傳感器及人工智能算法，進行路面病害及附屬設施的快速巡檢，建立高頻、快速、全覆蓋的道路設施健康巡檢體系，實現路面裂縫、坑槽、網狀裂縫、顛簸等病害以及路側標志標牌的識別及準確定位，降低路面健康巡檢對設備的高精尖要求，減輕人工巡檢的工作量[1]。同時，在采集的多維度路面健康數據基礎上，建立城市道路健康診斷平臺，構建“路面損傷演化機理—多維高頻檢測裝備—智能養護運維系統”的閉環體系，在上海整體道路設施網絡及多地區高速公路系統中得到大規模推廣應用，路面多維高頻檢測裝備如圖1所示。

路面多維高頻檢測裝備的檢測流程如下：運用前端設備進行數據采集后，數據通過Wi-Fi上傳至信息中心服務器，進一步對數據進行篩選、整理，得到結構化數據。之后，對數據進行分析處理，識別路面圖像中的病害內容，數據處理流程圖如圖2所示。

3 路面多維高頻檢測裝備智能巡檢技術特點

該裝備通過專業相機、振動傳感器及高精度組合導航接收機，可采集路面病害數據、路面修補數據、路面顛簸數據、定位數據等，具體采集內容如下：

采集路面裂縫并預估裂縫長度、寬度;采集路面坑槽并預估坑槽尺寸;采集路面網狀裂縫，并預估網狀裂縫影響面積;采集路面修補，包括修補裂縫、修補坑槽、修補網狀裂縫;采集路內窨井、識別伸縮縫;采集路面平整度數據及異常跳車點;采集路面高精度定位信息，設備采集內容如圖3所示。

所采集的數據通過系統分析識別，將自動生成路面破損情況、路面顛簸情況及道路健康巡檢報表，識別結果也可以根據實際需求導入可視化平臺進行展示。具體內容包括：

路面破損情況：根據識別的路面表觀病害，預估路面破損狀況;路面顛簸情況：根據車載加速度傳感器，預估路面顛簸狀況;道路健康巡檢報表：導出路面病害巡查報表，包括病害的類型、圖片、預估的尺寸等信息。

4 路面多維高頻檢測裝備技術創新及優勢

4.1 養護巡檢模式智能化、精細化

路面多維高頻檢測裝備突破了傳統人工巡檢模式效率低、周期長等局限性，能立即獲取路面坑槽數、坑槽面積、裂縫數、裂縫長度、最大裂縫寬度、網狀裂縫數、網狀裂縫面積、路面破損狀況、路面平整度狀況等道路技術狀況數據，為進一步養護施工部署提供理論依據。

4.2 實現路面養護決策的科學化

相比于人工巡檢，路面多維高頻檢測裝備對道路病害數據（數量、尺寸）的判定更為精確，可有效推動道路養護決策，提升路網整體質量，為養護單位養護決策、資金合理分配等提供可靠的理論及數據分析平臺。

4.3 價格優勢實現路面檢測的全覆蓋化、高頻化

基于路面多維高頻檢測裝備的價格優勢與適用性，實際應用中可進行多車多點并行測量以滿足大體量的測量要求。由于檢測設備具有輕量、廉價的特點，可在我國各級公路及城市、鄉鎮道路檢測中廣泛推廣應用，實現路面檢測全覆蓋化、高頻化。

5 S20外環高速應用案例分析

5.1 設施概況

S20外環高速公路（浦西段）自徐浦大橋至外環隧道（K53+315-K97+111），全長約44km，全線設雙向8～10車道，設計時速80km/h～100km/h，日均車流量180 000輛/日。近年來，外環線車流量日益增加及客貨分離實施，導致路面病害日趨加重。

外環高速公路病害巡視主要以人工巡視為主，存在數據采集效率低、準確性不高等問題。同時，外環高速巨大的車流量也給巡視增添了難度。

綜合上述情況，路面多維高頻檢測裝備可以在外環高速公路進行深入的實際應用，提升路面病害的識別能力，并與傳統巡視方式進行結合，在使用過程中逐漸完善智能巡查模式的探索，形成一套經濟、科學、有效、循環的維修養護機制。

5.2 路面多維高頻檢測裝備技術應用情況

外環高速項目部共配備2輛巡檢車安裝檢測裝備，每輛巡視車各配備1名駕駛員和1名設備操作人員。每日開展道路病害數據采集，巡視里程數超200km。每天采集的數據將被上傳至數字化管理中心服務器，次日中午前完成病害報告提交工作，設備安裝示意圖如圖4所示，外環數據采集點如圖5所示。

5.3 檢測數據分析及維修處置

根據每日巡檢后生成的數據，針對道路病害影響較大的坑槽和裂縫，可以安排技術人員對檢測裝備識別的病害照片進行人工對比和篩查，篩查內容包括病害類型、病害尺寸、病害準確率等。隨后對病害實行分級管理，復核后對影響車輛安全行駛的坑槽和裂縫病害，以任務單方式及時組織維修，經驗收合格后實現病害的銷項。對于絞縫、連續縫等病害，以申報整治計劃的方式，結合專項、小修、大修工程維修。

根據2輛巡檢車全線2號車道84km檢測數據統計周報顯示，檢測裝備識別定位與現場位置誤差為±10m，基本符合現場排查定位需求。2020年9月，在路面平整度整治工程中，根據檢測數據對2號車道的路面裂縫、小型坑槽病害等進行了集中整治，共計整治病害40項，大大提高了路面質量，外環線浦西段每日巡檢數據匯總如表1所示，外環高速路面整治前后災害數據對比如圖6所示。

5.4 應用效果評價

5.4.1 社會效益

路面多維高頻檢測裝備項目充分借助云計算的技術優勢，依托在市政道路維護和智慧城市建設中的多年大量經驗，為道路巡檢和數據應用等方面效益的提升提供強有力的支持，在預期產生可觀經濟效益的同時，也具有良好的社會效益，主要包括：

順應企業規模擴大、產業升級、產業轉移和勞動力市場競爭加劇的需求，以更快速、更低廉的方式為社會培養高素質人才，為促進地方就業做出貢獻。

通過本項目龐大的道路維護數據庫，向平臺用戶提供更合理的道路養護計劃，使道路養護更科學、更經濟。

依托該平臺進行道路巡檢可節省人力、更高效，是建設智慧路網的重要組成部分。且不僅可以減少項目成本，也能為社會起到節能減排的作用，是一種綠色環保的應用方式。

該平臺借助可伸縮開放的云計算技術整合了各種資源，為道路數據資源的共享提供了一種更加節能的方式。而且通過云計算平臺也可以為企業節省很多后期的運維成本，做到更高效、更經濟。

5.4.2 經濟效益

在同等巡視頻次下，將傳統人工巡檢模式與路面多維高頻檢測裝備巡檢模式進行對比，結果如表2所示。

可以發現，傳統人工巡檢模式需要大量人員、巡檢頻次高、周期長，直接成本及管理成本均較高，病害數據資料、匯總資料難于保存，缺乏量化病害描述，不便于管理總結。而路面多維高頻檢測裝備巡檢模式可顯著簡化巡檢隊伍、車輛、物資等成本的消耗，且具有靈活、快速、準確等特點，病害數據匯總直觀、有序、與圖像視頻結合，便于管理總結。

6 結語

針對傳統路面性能檢測技術耗時費力、價格昂貴等問題，在路面損傷與車路耦合振動機理研究的基礎上，建立了路面平整度、路表損傷、裂縫發育等多項關鍵評價指標的快速檢測方法，研發了輕量化路面行駛性能檢測裝備[2]。設備集成了基于車路耦合振動機理的車載分布式傳感模塊，建立了高頻多維的路面性能數據采集機制，實現了分布式傳感裝置的輕量化部署，提高了適用性。

路面多維高頻檢測裝備和智能養護技術，在S20外環高速公路（浦西段）進行了應用試驗。結果表明，新設備技術在提高道路病害檢測效率、精度的同時可以降低成本，具備良好的社會、經濟效益。因此，建議在更多的道路設施中推廣應用。

參考文獻

[1] 常光照.車載輕量化道路智能巡檢系統產品研發及應用[J].中國公共安全（綜合版），2020（06）：28.

[2] 張清.杜豫川團隊協同創新大數據智能技術為我國道路養護保駕護航[J].中國科技產業，2020（06）：08.