國內(nèi)路面自動檢測系統(tǒng)研究歷程及展望

摘要:文章介紹了國內(nèi)公路路面自動檢測系統(tǒng)發(fā)展的歷程,以及有代表性的檢測裝備,同時指出了存在的問題,并探討了公路路面破損自動檢測技術(shù)未來的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞:路面破損;自動檢測;車轍;平整度;線掃描

中圖分類號:TP274

文獻標識碼:A

文章編號:1009-2374(2009)19-0195-02

路面狀況檢測技術(shù)是公路建設與管理中的關(guān)鍵性、基礎性技術(shù),它不僅對檢驗和控制工程質(zhì)量至關(guān)重要,而且還決定著道路養(yǎng)護決策的科學化程度和養(yǎng)護資金的優(yōu)化分配。國外在路面檢測技術(shù)方面的研究已經(jīng)有30多年的歷史,并且隨著高新技術(shù)的發(fā)展已逐漸趨于成熟。我國從20世紀80年代后期開始,通過設備和技術(shù)引進與自主研發(fā),在路面檢測領域也取得了較大的發(fā)展。本文在對國內(nèi)路面自動檢測技術(shù)分析的基礎上,詳細介紹了國內(nèi)公路路面自動檢測系統(tǒng)發(fā)展的歷程,對有代表性的檢測裝備進行了詳細的介紹,同時指出了存在的問題,并探討了公路路面破損自動檢測技術(shù)未來的發(fā)展方向。

一、國內(nèi)路面自動檢測技術(shù)發(fā)展歷程

我國對路面自動檢測技術(shù)的研究最早可追溯于20世紀80年代后期,由于當時公路建設的快速發(fā)展,使我國公路養(yǎng)護里程迅速增長,與此同時,重載交通和交通量的快速增長和快速出現(xiàn)的路面大中修養(yǎng)護需求,使我國公路養(yǎng)護管理部門承受了巨大的壓力。因此為滿足公路養(yǎng)管工作的需要,國內(nèi)由部分企業(yè)及科研院所如江蘇省寧滬高速公路股份有限公司、武大卓越科技有限責任公司和交通部公路科學研究院等通過設備與技術(shù)引進和自主開發(fā),開始了路面檢測技術(shù)的研究工作,并取得了巨大的發(fā)展。

二、我國路面快速檢測系統(tǒng)介紹

2002年11月,由江蘇省寧滬高速公路股份有限公司、南京理工大學和南京路達基礎工程新技術(shù)研究所共同研制的N-1型路面狀況智能檢測車通過鑒定。該設備可在70km/h的速度下,快速檢測路面平整度、路面車轍、路面破損的數(shù)據(jù),其中3～5mm的裂縫識別率可達90%以上,平整度的檢測精度達0.1mm,車轍檢測精度為1mm。

這是國內(nèi)首臺路面快速檢測系統(tǒng),它的誕生,打破了國外檢測設備在國內(nèi)檢測行業(yè)的壟斷局面,同樣也有效地遏制了國外廠家的漫天要價。雖然該系統(tǒng)在某些功能上已達到國際先進水平,但在路面破損定位和破損信息傳輸方面的研究還有很大欠缺。

2004年11月23日,南京理工大學的賀安之、徐友仁、賀寧、賀斌等共同研制出了“JG-1型激光三維路面狀況智能檢測系統(tǒng)” 。該系統(tǒng)在多項關(guān)鍵技術(shù)方面擁有國際首創(chuàng)的專利成果,同時完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán),并通過交通部技術(shù)認定。

三、路面快速檢測系統(tǒng)的技術(shù)原理

該系統(tǒng)的平整度子系統(tǒng)完全按照國際通行的設計體制——加速度傳感器修正的激光高程縱斷面檢測系統(tǒng),高程測量精度達0.035mm,同時可按照我國部頒規(guī)程自動、快速輸出國際平整度指數(shù)IRI、均方差σ和道路行駛質(zhì)量RQI報表。

車轍檢測子系統(tǒng)采用首創(chuàng)的激光單片光全車道車轍斷面檢測系統(tǒng),真實而定量的給出車轍斷面曲線,車轍斷面高程檢測精度達1mm,檢測寬度達4m,行駛速度可達120km/h。與之配套的數(shù)據(jù)處理軟件可按國際慣例給出最大車轍深度及路段平均值,同時也能按我國交通部規(guī)程要求給出計算PCI所必須的車轍長度。

路面破損檢測子系統(tǒng)采用激光結(jié)構(gòu)光路線三維顯示技術(shù),用多片激光組成的平行或正交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)光形象顯示與定量給出路面三維變形破損數(shù)據(jù),測量精度:坑槽檢測精度5mm、裂縫檢測精度1mm、錯臺檢測精度2mm,同時其配套軟件可生成符合交通部規(guī)程要求的變形類破損面積與PCI報表。如圖1所示:

“JG-1型激光三維路面狀況智能檢測系統(tǒng)”的研制成功,迫使國外同行在短短半年時間內(nèi)將進入中國的產(chǎn)品進行了兩次技術(shù)升級,同時價格降低了一半,該檢測系統(tǒng)還被國家交通部列為車載式公路路面檢測系統(tǒng)的國家標準。但該設備只是各個子系統(tǒng)簡單的累加,對同一條道路,每次只能檢測一項指標的數(shù)據(jù),沒有實現(xiàn)所有指標的同步檢測,同時在后期破損圖像的識別方面仍需改進。

武漢武大卓越科技有限責任公司自2004年研制出第一臺智能道路路面自動檢測車至今,共經(jīng)歷了四次技術(shù)升級,其第四代智能檢測系統(tǒng)ZOYOM-RTM已達到國內(nèi)先進水平,該系統(tǒng)可在100km/h的速度下,同時檢測路面平整度、路面車轍、路面破損、沿線道路設施和幾何線形等指標。其沿線道路設施檢測系統(tǒng)采用近景立體測量技術(shù),實現(xiàn)目標的幾何尺寸測量,同時與車輛定位與定姿數(shù)據(jù)融合,實現(xiàn)被測目標的線性參考坐標與大地坐標的相關(guān),給出目標的空間坐標,確定絕對位置關(guān)系。

圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)采用自動分離處理技術(shù),可將完好的路面圖像和存在破損的圖像進行分離,同時可以對橫裂、縱裂等較規(guī)則的裂縫進行計算機自動識別,識別率可達到95%,但對較為復雜的裂縫類型如龜裂、網(wǎng)裂等尚需人工識別。如圖2所示:

交通部公路科學研究院在西部交通建設科技項目和國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)研究成果的基礎上,研究開發(fā)了基于線掃技術(shù)的路況快速檢測系統(tǒng)CiCS(Cracking image Collection System)。在實施CiCS研發(fā)的過程中,充分吸收了英國和歐洲其他國家的現(xiàn)行標準和規(guī)范,采用了立足國內(nèi)、面向國際的技術(shù)思路。

CiCS是我國第一套具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)和世界先進技術(shù)水平的多功能路況快速檢測裝備,是目前國內(nèi)最先進的路面檢測設備,它能夠在正常車流速度下快速、準確地采集路面損壞、道路平整度、路面車轍、路面紋理深度和前方景觀圖像數(shù)據(jù)。與CiCS配套的路面損壞識別系統(tǒng)CiAS(Cracking image Analysis System)能夠自動識別和處理由CiCS采集的路面損壞圖像,對裂縫、坑槽等路面損壞進行自動分析和處理,找出裂縫位置,計算裂縫長度、寬度和路面損壞率。CiAS能夠識別1mm以上的瀝青路面和水泥混凝土路面裂縫,自動剔除水泥混凝土路面接縫,損壞識別率達到了90%～95%,滿足《公路技術(shù)狀況評定標準》(JTGH20-2007)的要求,檢測結(jié)果可以直接導入路面管理系統(tǒng),用于路況評價和養(yǎng)護分析。如圖3所示:

四、展望

國內(nèi)路面自動檢測技術(shù)發(fā)展到今天,其數(shù)據(jù)采集技術(shù)和功能已相當成熟和完備,某些功能甚至已經(jīng)達到世界領先水平。但在后期數(shù)據(jù)處理尤其是路面破損圖像自動識別方面尚有欠缺。如何實現(xiàn)破損圖像的完全自動識別且保證自動識別的高準確率,以及采集的數(shù)據(jù)與路面管理系統(tǒng)的自動對接,是目前需要攻克的技術(shù)難題。

五、結(jié)語

經(jīng)過20多年的努力,我國公路通車里程已位居世界前列,尤其是高速公路通車總里程已突破5萬公里,居世界第二位,但相應的公路檢測手段仍較為落后,多數(shù)地區(qū)的公路檢測仍以人工為主,進而極大的影響了養(yǎng)管工作的效率。路面自動檢測技術(shù)水平的提高,將極大地提升我國公路特別是高速公路的檢測效率。本文詳細介紹了國內(nèi)外公路路面自動檢測系統(tǒng)的發(fā)展歷程,并對有代表性的檢測設備進行了詳細的介紹,同時指出了存在的問題,并探討了公路路面破損自動檢測技術(shù)未來的發(fā)展方向。

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作者簡介:啜二勇(1982-),男,河北秦皇島人,天津市市政工程研究院助理工程師,研究方向:公路路面破損自動檢測系統(tǒng)、公路檢測與維修加固技術(shù)。