公路檢測技術與檢測質量控制分析

黃智立

（廣東省公路工程質量監測中心，廣東廣州 510500）

0 引言

公路檢測技術在公路質量管理中具有重要地位，是公路建設和維修養護過程中不可或缺的環節，也是有效控制公路工程質量的依據。為了深入貫徹黨的二十大精神，以實際行動高質量推進交通強國戰略目標，需要采用更加先進、智能化、綜合化、數字化和信息化的公路檢測技術，為公路建設和維護提供更加精準、高效、安全、可靠的技術支持。

1 公路檢測技術

1.1 基于無人機的道路檢測技術

隨著路面信息采集技術的不斷進步，無人機信息采集系統在公路交通領域逐漸普及。無人機現階段在公路交通領域的應用主要有交通流量監控、高速公路周邊環境信息收集、高速公路自然災害評估與預報等方面的內容[1]。

隨著攝像技術和無人機技術的進步，無人機攝像設備已經可以完整地采集公路路面圖像，拍攝到的圖像可以清晰地反映病害信息。對于山區公路、農村公路等一些基礎設施，專業檢測車難以開展檢測業務，可采取基于無人機的道路檢測技術解決部分公路檢測難題。

無人機可搭載激光雷達系統，基于激光點云高程信息和反射強度信息，更好地刻畫坑槽、塌陷病害與健康路面之間的高程、激光反射強度差異，構建基于高程屬性的多尺度粗糙度和高斯曲率特征，建立瀝青路面坑槽、塌陷兩種病害類型的識別模型，進行路面病害目標提取和病害等級評價，進而對道路老化與病害等級進行分級評級，為道路養護部門提供決策支持。

利用無人機的飛行技術，搭載高精度視頻采集器、第五代移動通信以及北斗定位終端，可采集路面及附屬設施高清圖像，5G 移動通信技術能保存無人機姿態、工作狀態、飛行高度信息，將重新編碼命名的高分辨率路面及附屬設施照片發送至數據處理服務器，服務器將基于病害區域圖像和全卷積神經網絡的路面病害信息識別圖像的病害信息，并基于北斗定位信息對病害進行定位。

道路結構厚度是保障道路使用性能的基礎。在道路施工中，通常缺少對施工過程的檢測，因此道路整體結構厚度難以把握。而將無人機與探地雷達組合成單個集成系統，結合激光高度計，可對道路結構進行快速探測，不僅可以方便、快速地檢測道路結構厚度是否達標，還可以在道路運營過程中檢測道路結構的變化，為道路養護提供底層數據支撐。

采用無人機道路檢測技術，能夠避免以往檢測過程中對正常道路交通的影響，同時相較于道路檢測車，無人機道路檢測技術的整體成本更低，檢測時間更短且作業過程不易受地形影響，可為養護部門制訂養護決策提供數據支撐[2]。

1.2 基于便攜式路面及附屬設施病害識別設備的檢測技術

當前，道路病害檢測正在向自動化、智能化、高效化方向發展。在路面及附屬設施病害檢測作業中，基于便攜式路面及附屬設施病害識別設備的檢測技術是未來的發展方向，能夠更好地滿足養護單位檢測與管理的需求。

從道路檢測需求出發，基于便攜式路面及附屬設施病害識別設備的檢測技術，需要以易安裝、拆卸的病害采集裝置、軟硬件集成設備以及任務、命令操作裝置為支持，為道路數據管理提供支持。

1.2.1 吸附式高精度病害采集裝置

工業相機和高清鏡頭以螺旋式安裝在支架上，整體結構以三角式吸附在車尾或車前引擎蓋，車尾的相機和支架間設計有平衡裝置，與豎直方向呈30°角拍攝路面情況，車前的相機呈水平方向拍攝路側的附屬設施，且三角吸附式支架高度可調節，以適配不同高度的車輛。整體結構方便安裝和拆卸，便于檢測人員的操作。

單相機拍攝設備小巧，無龐大支架，結構簡單、安裝方便，可以滿足檢測指標較低的檢測需求。區別于目前已有的成熟病害檢測技術相關裝置，便攜式路面及附屬設施病害識別設備（見圖1）具有新穎性和便利性。

圖1 便攜式路面及附屬設施病害識別設備樣圖

1.2.2 集成式中控裝置

在道路智能檢測系統中，中控裝置作為便捷式道路檢測工作的中樞系統，可將GPS 數據處理模塊、電源模塊、嵌入式核心處理平臺、大容量固態硬盤等集成在完整的機械殼體中。同時，在機械殼體上可改裝連接孔，方便與外部相機數據接口、GPS 數據接口、顯示屏幕、操作鼠標、車載電源接口等進行連通。集成后的設備具有更好的電氣安全性、放置穩定性、操作簡便性、易攜帶、實用性等特點，日采集里程可達500km。

中控裝置嵌有圖像處理裝置，可實現邊采集邊處理，檢測人員完成檢測作業時，便攜式設備中的中控裝置可實時處理采集到的路面及附屬設施圖像，并通過無線傳輸至養護管理終端。集成式中控裝置如圖2所示。

圖2 集成式中控裝置樣圖

1.2.3 便攜式操作顯示器

基于管理人員便捷操作的需求，便攜式路面及附屬設施病害識別設備集成圖像采集系統，結合便攜式顯示器（見圖3），檢測人員通過鼠標、鍵盤以及顯示器即可控制檢測過程，且能通過顯示器實時觀察檢測過程。在傍山路段，GPS 定位偶有延誤現象，會造成病害定位誤差。而通過便攜式操作顯示器，檢測人員可通過手動輸入樁號進行輔助校準，保障檢測數據定位的準確性，有效提高工作效率。

圖3 便攜式操作顯示器樣圖

1.2.4 數據持續性支撐、便攜式安全檢測

相較于傳統的道路檢測車，便攜式路面及附屬設施病害識別設備價格低廉，便于攜帶、安裝及拆卸，適用于多種車輛，檢測人員可使用該設備及相關技術隨時開展道路檢測，借助所采集到的道路數據，掌握道路的持續變化情況。

相較于人工檢測方法，基于便攜式路面及附屬設施病害識別設備的檢測技術，能夠更好地保障交通的正常運營及檢測人員的安全。

1.2.5 平臺化管理

便攜式路面及附屬設施病害識別設備作為采集端，可通過無線技術將采集結果傳輸至養護管理平臺端。檢測時，數據存儲在集成式中控裝置中，中控裝置實時處理路面采集數據，并通過無線模塊與養護管理平臺終端對接，將病害數據傳輸至平臺病害信息數據庫，檢測人員通過平臺終端便可掌握路段的病害類型、病害嚴重程度及對應的位置信息。

由于上述設備易于安裝、攜帶，可大大提高路面及附屬設施檢測效率，管理單位可通過高頻檢測，持續采集道路檢測數據，通過養護管理平臺掌握路面及附屬設施病害的動態發展情況，并建立病害發展臺賬，進而更合理地進行養護決策。

2 公路檢測質量控制措施

2.1 無人機檢測質量控制措施

2.1.1 無人機測定公路情況的質量控制方法

使用無人機測定路面情況時，需制訂全面的質量控制措施。

第一，明確檢測任務（如測定公路路面平整性、路面橫縱裂紋與裂縫、路基不規律沉降等）和質量控制方法，保證檢測作業的執行效果。

第二，參照具體的檢測任務、質量控制要求，合理選擇檢測設備。

第三，檢測單位應全面落實人員培訓工作，確保其熟練掌握無人機操作技能。同時，進行必要的無人機預飛檢測，查看無人機性能，防止出現操作失誤問題，保證檢測數據真實、可靠。

第四，分析無人機測定結果時，選用專業設備，高效處理采集圖片與傳感信息，從中提取有價值的檢測數據。

第五，采取多種檢測方法對比形式，判斷各種方法的檢測誤差。結合無人機的檢測表現、檢測結果的誤差問題等因素，制訂相應的整改方案，以有效降低檢測誤差，達到質量控制目標。

2.1.2 實踐分析

第一，公路檢測方案。某項目進行路面檢測時，采用M200 無人機，側重檢測路面裂縫情況。

第二，圖像質量控制。彩色圖像的處理難度較大。無人機采集反饋的路面質量圖像，整體分辨率較高。如果采取直接分割閾值形式，會增加計算量，難以順應動態反饋裂縫問題、高效呈現檢測結果的要求。因此，該項目以檢測時效性為質量控制出發點，采取灰度比控制方法，并在灰度比處理后，進行圖像均衡、降噪各項處理。

第三，閾值分割質量控制法。針對路面裂縫問題，采取閾值分割計算方法。該算法共有兩種類型：一是邊緣算子檢測法。使用P 氏、拉氏等各類算子，配合降噪處理。二是像素閾值測定法。該算法是找出像素分割閾值的最佳結果，當參數大于閾值時，作為圖像檢測目標；當參數小于閾值，作為采集圖像的背景信息。該算法具有操作簡單、檢測計算速度快、質量控制效果極佳等特點。

該項目采用像素閾值測定法。檢測之前，需明確最佳閾值，確定閾值方可判定路面裂縫位置，區別背景要素。該技術操作要點如下。

其一，確定具有分割能力的閾值，將其標記為X，以此為圖像分割點，對各個圖像要素進行有效分割。參照閾值的各類像素，將其劃分成兩個類型，一是圖像背景；二是檢測目標（即路面裂縫）。

其二，以閾值為界限，高出的數值均轉化為“1”，其余均轉化為“0”。結合圖像中的1 和0 進行分割處理。閾值分割處理獲取的檢測影像如圖4 所示。

圖4 閾值分割處理獲取的檢測影像

處理完成的影像能夠更精確地展示裂縫長度、寬度、走向等各類信息，便于制訂更精細的裂縫處理方案。

2.2 便攜式設備檢測質量控制

第一，定期進行設備讀數校準、驗證檢測結果的準確性。

第二，加強采集數據管理。建立規范的數據采集控制體系，具體包括檢測中設備的放置點位、合理設定路面問題的采集時間、適當控制路面病害信息的采集速度。結合實際檢測結果，去除異常數據。

第三，制訂有效的設備運維機制，保證設備的運行能力，降低設備采集信息出現異常數據的可能性[3]。運維工作具體包括清潔、更換易損部件、查看電池容量等。

例如，某單位使用折疊車采集路面的各項信息。折疊車可自由折疊、體積較小、便于攜帶，在較窄路段內可自動檢測路面情況。在行車設備與采集影像設備的間隔位置，添加減振裝置，融合三軸防抖科技，保證采集過程的平穩性，降低車輛抖動帶來的不利干擾。在目標路段檢測中，采集圖像1000 張，去除不清楚、無用等類圖像，剩余850 張。數據處理結果，如表1 所示。

表1 數據處理結果

3 結語

總之，公路檢測工作有十分重要的作用，做好公路質量檢測工作，能夠提高公路工程建設及養護質量，為車輛安全行駛提供保障，同時有助于提高國家基礎設施整體建設水平，提高綜合國力。因此，相關部門需要提高對公路檢測工作的重視程度，加強對檢測技術的研究與優化，進而最大限度地發揮其作用，為交通行業高質量發展提供有力保障。