瀝青路面破損檢測技術的發展

（新疆農業大學 交通與物流工程學院，新疆 烏魯木齊 830052）

改革開放以來，中國經濟不斷發展，交通建設也取得了巨大的成果。交通運輸與經濟的發展是不同步的，通常包括適應、超前、滯后三種。中國先前的交通建設主要是超前型，即通過交通的規劃和建設來拉動地方經濟的發展，相信在不久的將來，交通建設將從超前型轉變為滯后型。如何應對這一轉變，需要更加充分地利用現有的基礎設施、高新技術，加強交通管理和道路系統整體優化。為了充分地利用現有的基礎設施，必須做好道路養護工作，加強道路檢測。基于此，本文針對瀝青路面破損的不同檢測技術進行了詳細介紹。

國內外道路路面破損檢測技術的發展均符合從傳統人工檢測到半自動化半人工檢測，進而發展成為自動化無損檢測的規律。傳統的人工檢測技術和半自動化半人工檢測技術存在較多不足之處，比如工作環境惡劣、工作人員人身安全得不到保障、影響交通正常運行、檢測周期長、檢測結果受人為因素影響大。隨著信息技術和檢測技術的發展，自動化無損檢測技術彌補了上述不足。

1 國外路面破損自動檢測技術的發展

1.1 傳統人工目測調查

在進行人工目測調查時，首先應按照一定的標準對工作人員進行統一培訓，然后進行現場實地檢測。在進行調查時，每個小組由兩三人組成，采用目測和簡單工具丈量相結合的方式沿路線步行進行檢測，按照統一的檢測標準鑒別道路上出現的破損類型和嚴重程度，并記錄在統一的表格上，最后再進行內業處理。傳統人工目測調查適用于交通量小、工程量小的低等級道路。但其存在檢測周期長、需要人力多、阻礙交通、人員安全得不到保障、檢測結果受人為因素干擾大等缺點，難以滿足大規模公路的檢測要求。

1.2 車載式自動化采集設備

1.2.1 基于攝影技術的路面破損檢測系統

基于攝影技術的路面破損檢測技術最早起源于20 世紀60 年代末期。該技術依靠定位系統與高速攝像機的同步運行得以實現，將路面破損圖像同步采集在35 mm 的電影膠片上，每張膠片上收錄了縱向6 m、橫向4.6 m 的路面面積，后在室內進行沖洗、判讀。此項技術的研制成功對公路養護來說有劃時代的意義，減小了檢測工作對正常交通的影響，減少了外業的工作量。但該系統僅能在夜間檢測，且針對病害單一，內業工作量巨大，未能普及。此階段具有代表性的主要是日本PASCO 公司和法國LCPC 道路管理部門研制的GERPHO 系統。

1.2.2 基于模擬視頻技術的路面破損檢測系統

基于模擬視頻技術的路面破損技術出現在20 世紀80 年代。該技術依靠模擬視頻技術、磁帶儲存技術得以實現，應用模擬視頻技術的高性能攝像機對路面進行采集，并以模擬電信號的形式記錄數據，最終應用磁帶儲存技術進行存儲。后期圖像數據處理軟件在功能上相比于第一代有很大改進，后期又逐步增加了對平整度、車轍、前方圖像等數據的檢測功能，但不能對裂縫進行分類。而且此類檢測設備依舊僅能在夜間工作，車速只能保持在10 km/h 以內，所以未能推廣。日本的Komatsu 系統代表了當時的最先進技術。

1.2.3 基于高速面陣數字相機的路面破損檢測系統

20 世紀90 年代中期，CCD（Charge-coupled Device）數字成像技術、計算機圖像處理技術得到了迅猛發展，在圖像采集速度、分辨率上得到了空前提升，采集速度已經可以達到80 km/h，遠遠高于模擬視頻攝像機；在后期數據處理過程中，因為數字相機將物體圖像的灰度、彩色信息直接轉換成像素矩陣形式的數據，省去了模擬到數字轉換的過程，從而大大提升了數據的處理速率和準確率。但是由于數字相機采集速率高、曝光時間短，需要增設人工照明光源方能達到預期的拍攝效果。車轍數據的采集依舊靠同一橫梁上的多個感應器，造價昂貴。此階段路面破損檢測系統的代表主要為加拿大Road Ware 公司開發的ARAN（Automatic Road Analyzer）系統。

1.2.4 基于高速線掃描數字相機和激光照明技術的路面破損檢測系統

進入21 世紀以來，線掃描的高速數字相機、紅外激光照明技術興起，使得路面破損檢測在圖像識別與輔助照明上有了巨大突破。該技術采用2 部高速線陣相機覆蓋4 m 寬路面，此時的采集速度已經可以達到100 km/h，且可以實現在白天正常檢測，消除了陰影對路面造成的干擾。此階段最具有代表性的是加拿大INO 公司研究生產的LRIS（Laser Road Imaging System）系統以及美國ICC 公司的多功能路況檢測系統。

1.2.5 基于熱成像技術的路面破損檢測系統

隨著紅外熱成像技術的發展，熱成像技術開始應用于路面破損的檢測系統的圖像采集過程中。因為路面破損部位比完好路面的感光率小，所以，破損處的表面溫度與完好路面形成溫差，通過熱成像相機采集圖像后，兩種圖像形成強烈對比。但是礙于紅外相機的成本高昂、采集速率偏低等問題，這類路面檢測系統并未得到應用。

1.2.6 基于3D 激光掃描技術的路面破損檢測系統

隨著3D 激光掃描技術的出現，基于3D 激光掃描技術的路面破損檢測系統得以實現。通過激光掃描技術對待檢測路面進行掃描，用激光垂直射向道路表面獲得路面各點高差的集合。同時，利用高速面陣相機拍攝激光投影在路面上的輪廓線，通過高差集合與輪廓線組合得到3D 激光掃描出的路面圖像。此階段產品較有代表性的有德國大學奧斯汀分校開發的CrackScope 系統和美國University of Arkansas 開發的DHDV 檢測車與猶他州立大學開發的路面損壞自動檢測系統。

2 中國路面破損自動檢測技術的發展

20 世紀80 年代末，中國開啟了大規模公路建設，養護工作也隨之起步，在檢測工作開展初期基本依靠傳統人工目測法或高價采購國外進口設備。近年來中國科研院校及技術開發公司開始自主研發路面破損圖像檢測系統，雖然起步相比于發達國家要晚，但是發展迅速，取得了不錯的成績。

2002 年南京理工大學研制出了中國首輛路面智能檢測車JG-1 型，這臺智能檢測車利用安裝在車上的高精度高速圖像采集設備與處理設備，在以70 km/h 的速度檢測時對路面圖像進行采集與儲存。采集儲存工作結束后進行圖像處理分析工作，提取路面破損、平整度數據。這套系統對3～5 mm的裂縫準確率大于90%，平整度檢測精度可達到0.1 mm。但是這套系統沒有實現多參數同步檢測，僅是子系統的簡單堆砌。

2004 年武漢大學開發了擁有自主知識產權的SINC-RTM 車載智能路面自動化檢測系統，至今進行了4 次技術升級，該系統可以滿足在100 km/h 的速度下進行檢測，同步檢測路面破損、平整度、車轍，且檢測完成后可以得到備件路段的幾何線形相關指標，在定位系統與測距儀器的作用下能對病害準確定位。但其對裂縫和平整度的檢測精度較差。

北京公路科學研究院下屬子公司——中公高科養護技術股份有限股份公司研發了路面檢測車CiCS，利用高速線陣相機對路面圖像進行采集，輔助以結構光照明，能夠達到橫向3.6 m 的檢測寬度，并以100 km/h 的速度對路面的裂縫、車轍、平整度進行檢測。與CiCS 配套的路面損壞識別系統CIAS（Cracking image Analysis System）可以實現對路面破損的自動分析處理，最高檢測精度達到1 mm，準確率達到了90%～95%。

3 結語

中國的路面破損自動化檢測技術起步較晚，但發展迅速，整體水平不斷提高，目前滿足了中國公路建設、驗收以及管養方面的需求。中國已經逐步從大建設階段轉入大養護階段，將陸續有大量的運營道路需要養護，部分新建成道路需要驗收，未來將會面臨大量的道路檢測工作。綜合多項路面檢測指標且能實現同步檢測的道路檢測車會在未來交通行業中得到廣泛推廣和應用。但目前基于圖像的路面損壞識別主要集中在裂縫類病害上，僅對裂縫種類有了初步的分類，并未對裂縫的輕重等級進行分類，存在對其他類型病害識別率低、效率低等問題。