CiCS檢測車在瀝青路面檢測中的應用分析

摘要：CiCS檢測車作為瀝青路面檢測工作的重要構成，能夠更高效快速地完成路面檢測工作，支持道路養護工作的開展，為交通安全和人們出行奠定基礎。文章介紹了CiCS道路檢測車技術，結合案例深入研究路面檢測中CiCS檢測車的應用，梳理運用要點，以期為相關工作或人員提供有效參考。

關鍵詞：瀝青道路；路面檢測；CiCS道路檢測車

U418.3+2A190603

0 引言

我國高速公路里程已經超過12×104 km，公路總里程超過457×104 km。隨著我國城市建設和公路事業逐漸發展完善，對于道路路面的檢測工作量也越來越大，養護檢修任務越來越重，對道路檢測技術和養護技術提出了更高要求。道路檢測逐漸從人工檢測發展為設備自動檢測，從單一儀器檢測發展為多項設備綜合檢測，提高了道路監測技術水平。目前國內省干線公路以及高速公路均已采用CiCS檢測車展開道路檢測任務，能夠對瀝青路面結構深度、平整度、車轍等情況展開快速檢測。道路檢測車是以車輛為基礎，在此基礎上綜合應用計算機技術、光電技術等先進技術，安裝高分辨率相機對路面進行圖像采集，準確識別路面坑槽、裂縫等病害。采集路面信息后均集中保存在計算機系統中，計算機軟件將根據采集數據計算平整度、路面破損深度等數據，快速而高效地完成路面檢測任務。本文從CiCA檢測車的技術特征以及具體應用展開研究。

1 CiCS檢測車

1.1 檢測原理

CiCS檢測車是以機動車為基礎，同時應用多種技術實現路面檢測工作；安裝線陣相機進行路面圖像的采集任務，發現路面坑槽等路害問題；安裝面陣相機捕捉公路側景觀影像；安裝激光測距傳感器連續性檢測路面平整度情況；安裝激光測距傳感器測量車轍情況。檢測車完成數據影像采集后，所有數據均被保存至計算機硬盤系統中，計算機軟件自動展開數據分析，計算平整度、車轍深度、路面破損率等指標。同時，軟件可根據圖像和數據還原路面圖像，更直觀地呈現出路面情況。

1.2 檢測系統

CiCS檢測車檢測系統主要由平整度檢測系統、路面圖像采集相機、車轍圖像采集相機、測距系統、GPS系統構成。其中平整度檢測系統在右側中門腳踏部分，能夠對縱斷面高程進行檢測，并按照以式（1）對平整度進行計算。激光位移傳感器、路面圖像采集相機采取高分辨率的線陣相機安裝于后方，車輛駕駛期間，下方光源設備可滿足相機照明需要，保證路面圖像清晰［1］。車轍圖像采集相機安裝于保險杠前端，相機激光測距功能能夠對橫斷面高程進行檢測，并計算得到車轍深度。測距系統主要在右后輪外側，安裝距離定位器進行道路測量，并安裝光學增量編碼器進行定位。GPS系統主要在車頂位置安裝GPS天線，對病害以及道路定位，記錄病害具體位置。見圖1。

RQI=1001+α0eα1IRI（1）

式中：IRI——國際平整度指數；

α0——系數，一級公路和高速公路取值0.026，其他等級取值0.018；

α1——系數，一級公路及高速公路取值0.65，其他等級取值0.58。

1.3 檢測指標

按照《公路技術狀況評定標準》（JTG5210-2018）中對路面技術指數（PQI）的規定，使用CiCS檢測車進行以下指標的檢測工作：

（1）路面駕駛質量（RQI）。CiCS檢測車正常行駛過程中，能夠利用車輛前后安裝的測距設備檢測路面平整度，再根據加速度計補償輸出IRI數值。計算公式如式（1）所示，能夠計算得出檢測路面的平整度數值。

（2）路面破損率（PCI）。CiCS檢測車駕駛過程中借助于照明設備以及圖像掃描技術能夠檢測路面破損情況，使用軟件對病害問題展開精準分析，并計算PCI參數對路面情況進行評價。計算公式為：

PCI=100-α0DRα1（2）

式中：DR——路面破損率；

α0——參數，一級路面和高速公路取值15；

α1——參數，一級公路和高速公路取值0.412。

（3）路面車轍（RDI）。CiCS檢測車行駛過程中能夠利用車轍檢測系統自動化測量路面變形情況，紅外激光發射器能夠探查路面變形以及不平整的病害問題，CCD相機能夠對變形和車轍進行拍攝，從而測量車轍深度。RDI計算公式如下：

RDI=100-α0RD （RD≤RDα）

60-α1RD-RDα （RDαlt;RD≤RDb）

0 （RDlt;RDα）（3）

式中：RD——車轍深度；

RDα——車轍深度的參數，一般取值20 mm；

RDb——車轍深度最大數值，一般取值35 mm；

α0——模型參數，一般取值2；

α1——模型實際參數，一般取值4。

（4）路面技術指數（PQI）。經過對上述指標的檢測，計算PQI對路面質量進行綜合評價。計算公式為：

PQI=WPCI·PCI+WRQI·RQI（4）

式中：WPCI ——PCI的權重；

PCI——路面破損指數；

WRQI——RQI權重；

RQI——路面行駛質量指數。

2 CiCS檢測車在道路瀝青路面檢測中的應用

2.1 應用案例

本文以我區某高速公路檢測工作為例。該公路全長90 km，寬度為24.5 m，采取雙向四車道，設計速度為120 km/h。將每100 m作為一個檢測區間，使用CiCS檢測車進行全線路的路面檢測工作。

2.2 車轍檢測

在道路路面上的車轍作為最常見的一類路害，通過對車轍深度進行檢測，能夠對公路承載能力以及強度進行判斷，從而對路面養護提供數據支持。CiCS檢測車能夠準確找到車轍路段，并以車轍兩端作為起點，向兩側進行測量，改距離為檢測段［2］。將車輛駕駛到檢測段的一側，啟動CiCS檢測車，設定加速度為40 km/h，對檢測段進行勻速檢測，檢測過程中紅外激光發射器以及CCD相機能夠對各個點位進行檢測，經過對比監測點位高程以及位置，計算得到車轍深度。相較于其他測量設備和技術方法，基于紅外激光發射器以及CCD相機的CiCS檢測車可以保證在行車測量方向有較高的采樣率，能得到幾乎連續的橫斷面，有利于車轍長度的計算。從檢測原理來看，這一測量方法在國內高端設備中的應用較為廣泛，通過一側激光線在特定角度下的投射，另一側由SICK等CCD相機采集道路表面圖像，觀察測量對象表面是否存在形變，若存在且數據提取繪制為曲線，則可通過曲線行列信息得到路面實際起伏數據。需要注意的是，選用該技術開展道路車轍測量作業前，需標定相機像素級別，提前得到像素級表定標，然后根據測量結果換算得到物方實際坐標，從而精準計算車轍。

本文先通過CiCS檢測車進行車轍檢測，再由人工到現場對車轍進行測量。經過檢測，在200 m路段內，CiCS檢測車測量車轍深度分別為左側2.05 mm、右側1.73 mm，人工測量車轍深度分別為左側1.95 mm、右側1.45 mm，存在誤差為0.2 mm/0.28 mm，均處于允許誤差值2 mm之內。在400 m路段內，CiCS檢測車測量車轍深度分別為左側2.14 mm、右側1.87 mm，人工測量車轍深度分別為左側1.92 mm、右側1.65 mm，存在誤差為0.12 mm/0.22 mm，均處于允許誤差值2 mm之內。可見CiCS檢測車檢測值具有較高精確度，同時也能避免由于人為測量失誤引起的數據錯誤，在精準度、效率等方面具有明顯優勢。

2.3 結構深度

通過檢測結構深度能夠了解路面粗糙程度，如果路面粗糙過于嚴重，可能會影響到車輛正常駕駛，相反的如果路面過于光滑，將影響車輛駕駛過程中的正常剎車，增加剎車距離，影響到安全駕駛。CiCS檢測車通過對檢測段長度進行測量，選擇2組以上路段進行檢測，駕駛過檢測段后采集路面影像，將影像信息以及數據保存在計算機中，軟件能夠自動生成結構深度。同樣地，對比人工測量值以及CiCS檢測車測量值，在200 m路段內，CiCS檢測車測量結構深度為0.75 mm，人工測量結構深度為0.68 mm，存在誤差為0.07 mm，均處于允許誤差值5 mm之內。在400 m路段內，CiCS檢測車測量結構深度為0.81 mm，人工測量結構深度為0.78 mm，存在誤差為0.03 mm，均處于允許誤差值5 mm之內。可見CiCS檢測車通過對路面結構進行拍攝，能夠在計算機軟件的輔助下測量結構深度，提供更為詳細的檢測資料。

2.4 路面平整度

路面平整度作為路面評價的重要指標，不僅影響到駕駛舒適度，還會影響到駕駛安全性，和路面壽命也存在密切關聯性［3］。與其他檢測指標不同，路面平整度是一個涉及人、車、路三方面的指標。根據AASHTO道路試驗研究表明，大約95%的路面服務性能來自于道路表面的平整度。現行公路工程質量檢測評定標準中各級道路及其結構層平整度指標的檢驗標準包括三方面，分別為平整度儀測定的標準差σ（mm）、三米直尺與路面的最大間隙h（mm）、國際平整度指數IRI（m/km）。目前，國內廣泛使用的道路測量設備都具備快速測量路面平整度并計算IRI指標的功能，其中包括CiCS道路檢測車技術。

CiCS檢測車從檢測段一段開始駕駛，前后輪均安裝激光測距器以及加速度計，測距機至少測量到左右輪跡帶，搭配使用DMI/GPS定位模塊、控制計算機，以此得到測量系統，實現對車輪痕跡平整度的精準測量。測量期間，由數據采集卡同步采集數據，包括測距數據、加速度計數據等，使檢測人員準確掌握加速度值G、GPS信息等。需要注意的是，測量過程中要注重使用加速度計二次積分消除顛簸影響，用DMI數據及其測算的速度信息消除測量中停車、加減速等帶來的影響等。根據測量獲取的道路縱坡面信息，結合使用標準IRI計算方法（世界銀行提供）得到自定義間隔數據下的IRI值，比如20 m、100 m等。計算公式為：

IRI=1（n-1）∑ni=1RSi（5）

式中：n——測量路段區域（≥11 m，測量間隔為25 cm）待計算平整度值中內側點個數；

RSi——測量路段內第i個測點的矯正斜率。

在CiCS道路檢測車實際運用過程中，測光測距傳感器實則建立在慣性基準之上，測量得到的道路縱斷面數據也可以在路面損耗判斷、構造深度等方面發揮指標性作用，實現道路平整度的低成本、高效率檢測。本文經過對比人工測量以及檢測車測量的數據，計算平整度指標。在200 m路段內，檢測車測量偏差百分比為2.5%，人工測量偏差百分比為2.4%；在400 m路段內，檢測車測量偏差百分比為1.9%，人工測量偏差百分比為2.2%，均處于允許偏差范圍內。可見檢測車測量具有較高的進度，能夠提供路面平整度數據支持。

2.5 路面破損

公路路面破損會直接影響到駕駛車輛的安全性。根據《公路技術狀況評定標準》（JTGH20-2007）規定，瀝青路面裂縫、沉陷、泛油、修補等均算作損壞，在利用CiCS檢測車進行路面破損檢測時，主要將路面損壞檢測系統安裝在測量載車平臺尾部，相較于其他檢測方法，這一測量技術更能精準定位路面破損的具體位置。該測量系統包括采集硬件（面陣工業相機/CCD線掃描相機）、輔助照明（線激光器等）組成。其中，相機多用通用RJ45接口或CameraLink接口，根據實際測量場景靈活優選；照明系統以及高分辨率的相機的安裝能夠快速收集路面破損圖像，相機能夠提供高分辨率的圖像，同時結合人眼觀察路面裂縫病害，運用交叉補光方法全面測量，多臺高分辨率線掃描相機和兩臺大功率線激光器同步工作，若具有破損光線照射將產生陰影，方便對破損路面進行對比分析，準確定位破損位置，指導管理單位進行針對性維修管理。本文選用紅外808 nm激光器，采用線掃描相機結合線激光器的方式，采集1 nm分辨率的圖像，經過對比人工測量以及檢測車測量的數據，計算路面破損率。在200 m路段內，檢測車測量路面破損率為1.20%，人工測量路面破損率為1.31%；在400 m路段內，檢測車測量路面破損率為1.85%，人工測量路面破損率為1.42%，均處于允許偏差范圍內。

2.6 路面跳車和磨損檢測

根據公路技術情況標準，路面跳車以及磨損是新增檢測指標，為了提高對路面檢測質量的評價，更需要從這兩個方面展開檢測［4］。在CiCS檢測車上應用激光傳感器能夠測量縱橫斷面的高程差，從而評價路面跳車情況。對于路面磨損的檢測，在左輪和右輪輪跡帶安裝傳感器設備以及相機，能夠對路面磨損進行統計和拍照，再根據軟件計算磨損率，綜合評價路面質量。CiCS檢測車行駛過程中，相機能夠拍攝路面磨損位置的高分辨率圖像，精準獲取現場磨損圖片。本文經過對路面磨損率和跳車段的統計對比，在200 m路段內，檢測車測量跳車段為2個，路面磨損率為1.54%，人工測量跳車段為2個，路面磨損率為1.44%；400 m路段內，檢測車測量跳車段為6個，路面磨損率1.87%，人工測量跳車段為5個，路面磨損率1.60%，均處于允許偏差范圍內。相比于人工檢測，檢測車設備的測量范圍更為廣泛，也能避免由于人工失誤造成的誤差，更具有優勢。

3 結語

綜上所述，隨著道路路面檢測技術的升級，CiCS檢測車在道路瀝青路面檢測中的應用愈發廣泛、深入，已成為現代檢測技術中十分重要的方式以及設備。經上述運用分析發現，現有路面檢測技術正向自動化、智能化、快速化的方向發展，相關人員需正視現有檢測技術，了解檢測指標物理意義、測量特征，及時引進新檢測技術。本文圍繞道路CiCS檢測車技術核心與運用展開分析，闡述了瀝青路面平整度、車轍、損壞等方面的快速檢測方法、技術路線，并結合案例總結其運用效果，分析技術操作重點。在道路路面質量評價以及檢測工作中，道路CiCS檢測車能夠更完全且全面地評價瀝青路面質量，對路面存在的病害問題進行準確評估，最大程度上發現路面病害問題、平整度問題等，及時發現影響路面質量以及駕駛安全性的威脅。搭配使用相機、傳感器等設備，能夠更全面地采集路面數據以及信息，獲取一手影響資料，在后續路面養護管理中，也能根據數據和影像資料制定更精準而詳細的維護管理方案，提高道路維護管理效率。相比于人工檢測工作，CiCS檢測車在檢測效率、精準度以及檢測時間上均具有明顯優勢。

但是，就技術發展方向引領而言，公路地理環境多樣，產品升級換代周期長，因此還需不斷設計完善道路CiCS檢測車，仔細了解各檢測指標的各種特性并進行總結，靈活優化檢測方案，借助引進人工智能等先進技術手段，進一步提高CiCS檢測車性能和優勢，以此推動道路檢測技術的發展。

參考文獻：

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［2］陳滿軍，張 萌，劉澤鋒，等.輕量化便攜式路面病害智能檢測系統設計與實現［J］.工程質量，2022，40（10）：74-79.

［3］劉梓然.基于多傳感器融合的路面平整度檢測方法研究［D］.阜新：遼寧工程技術大學，2022.

［4］張杰文.道路綜合檢測車在公路檢測中的推廣應用［J］.大眾標準化，2022（10）：187-189.