公路路面自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)展綜述

高盼雄

廣東云茂高速公路有限公司 廣東廣州 510000

根據(jù)交通運(yùn)輸發(fā)展現(xiàn)狀和規(guī)劃，公路基礎(chǔ)設(shè)施逐步進(jìn)人大規(guī)模養(yǎng)護(hù)周期，龐大的路網(wǎng)體量給開(kāi)展公路養(yǎng)護(hù)管理和使用性能檢測(cè)評(píng)價(jià)帶來(lái)更大挑戰(zhàn)，大規(guī)模的公路設(shè)施養(yǎng)護(hù)檢測(cè)需要科學(xué)先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)研究應(yīng)用作支撐。

1 路面破損檢測(cè)技術(shù)

根據(jù)JTGH20--2007公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，路面破損檢測(cè)的主要內(nèi)容包括裂縫類、變形類、松散類以及泛油和修補(bǔ)等其他類，針對(duì)水泥混凝土的檢測(cè)內(nèi)容，包括了裂縫類、接縫類、豎向位移類和表層類等。目前廣泛使用檢測(cè)技術(shù)可基本歸納為兩類別：一種是基于數(shù)字圖像技術(shù)的檢測(cè)，主要目的是對(duì)路表面裂縫類指標(biāo)的檢測(cè)，即通過(guò)拍攝獲取路表高清圖像，對(duì)圖像進(jìn)一步系統(tǒng)處理得到路面裂縫、修補(bǔ)以及泛油等破損指標(biāo)結(jié)果數(shù)據(jù)；第二類是基于激光技術(shù)的位移檢測(cè)，主要目的是對(duì)路面變形指標(biāo)的檢測(cè)，即通過(guò)對(duì)路表面相對(duì)變形指標(biāo)的檢測(cè)，對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)一步系統(tǒng)處理得到路面沉陷、坑槽等指標(biāo)結(jié)果數(shù)據(jù)。普及自動(dòng)化的路面檢測(cè)設(shè)備和系統(tǒng)研發(fā)應(yīng)用是當(dāng)前及今后公路路面性能檢測(cè)發(fā)展應(yīng)用的方向[1]。

2 路面平整度檢測(cè)技術(shù)

對(duì)路面平整度指標(biāo)的檢測(cè)設(shè)備和技術(shù)主要包括斷面類和反應(yīng)類兩大類，斷面類是基于檢測(cè)道路縱斷面獲取各種指標(biāo)評(píng)價(jià)計(jì)算，國(guó)內(nèi)外研究中，致力于對(duì)激光位移傳感器獲取路面縱向高程的數(shù)據(jù)質(zhì)量、獲取數(shù)據(jù)后處理和計(jì)算方法、設(shè)備檢測(cè)效率等的不斷研究改進(jìn)并取得一定成果；反應(yīng)類檢測(cè)設(shè)備實(shí)質(zhì)是測(cè)量記錄路面縱向高程變化影響的車輛振動(dòng)顛簸指標(biāo)，國(guó)際平整度指數(shù)IRI已成為國(guó)內(nèi)外研究應(yīng)用廣泛的平整度性能檢測(cè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，反應(yīng)類檢測(cè)核心是尋求建立檢測(cè)值同IRI指數(shù)間的關(guān)系。研究如何運(yùn)用反應(yīng)類測(cè)量設(shè)備的數(shù)據(jù)得到IRI指數(shù)是平整度指標(biāo)檢測(cè)技術(shù)方面的一個(gè)熱點(diǎn)研究，其中，包括對(duì)標(biāo)定反應(yīng)類測(cè)量設(shè)備的方法研究，IRI指數(shù)模擬及指標(biāo)映射轉(zhuǎn)換方程的研究，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)仿真方法及線性模擬映射的指標(biāo)檢測(cè)識(shí)別的研究以及相關(guān)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的研究等，目前，美國(guó)、澳大利亞等研究應(yīng)用的道路平整度儀、顛簸累計(jì)儀、慣性激光斷面儀等研究應(yīng)用水平較為先進(jìn)。國(guó)內(nèi)對(duì)平整度指標(biāo)的檢測(cè)還是以斷面類設(shè)備和技術(shù)為主，反應(yīng)類是研究熱點(diǎn)，能突破檢測(cè)速度適應(yīng)和自主激光位移傳感器研發(fā)應(yīng)用是研究的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。雖然當(dāng)前的設(shè)備都可以滿足平整度指標(biāo)的快速測(cè)量，但因設(shè)備的研發(fā)設(shè)計(jì)初期幾乎都是基于高等級(jí)公路、均速連續(xù)行駛條件下的檢測(cè)，對(duì)于如何滿足當(dāng)前日漸擁堵的交通環(huán)境及路口檢測(cè)停車等情況的非勻速、隨時(shí)停檢需求，仍是需進(jìn)一步研究?jī)?yōu)化的問(wèn)題。

3 路面彎沉(結(jié)構(gòu)強(qiáng)度)檢測(cè)技術(shù)

路面彎沉是由于機(jī)動(dòng)車行駛荷載作用于路面出現(xiàn)的路面垂直向下形變，是表征路基路面整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的重要指標(biāo)，研究實(shí)現(xiàn)快速、高精度、自動(dòng)化彎沉檢測(cè)以便評(píng)價(jià)路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和使用性能十分重要?？偨Y(jié)國(guó)內(nèi)出現(xiàn)最早且應(yīng)用相對(duì)較廣的貝克曼梁、落錘式彎沉儀、自動(dòng)彎沉儀，落錘式彎沉儀FWD等檢測(cè)技術(shù)設(shè)備，存在著檢測(cè)效率不高、檢測(cè)過(guò)程受交通情況限制、高級(jí)公路檢測(cè)作業(yè)安全性低、檢測(cè)結(jié)果對(duì)道路評(píng)價(jià)需要響應(yīng)度不足等等問(wèn)題，各學(xué)者多年研究不斷改進(jìn)方法技術(shù)。隨著探地雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用于道路無(wú)損檢測(cè)的發(fā)展，國(guó)外Marecos等學(xué)者結(jié)合運(yùn)用GPR探地雷達(dá)和FWD更加準(zhǔn)確研究分析路面結(jié)構(gòu)，Ahmed等驗(yàn)證采用GPR和FWD相結(jié)合檢測(cè)技術(shù)評(píng)估路面質(zhì)量的可靠性等。綜上，彎沉檢測(cè)技術(shù)向著高精度、自動(dòng)化、快速檢測(cè)方向逐步發(fā)展[2]。

4 路面抗滑能力檢測(cè)技術(shù)

路表抗滑性能主要體現(xiàn)在輪胎與路面間作用的摩阻系數(shù)上。行業(yè)現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范和方法中，表征路面抗滑性能的主要測(cè)試方法及測(cè)試指標(biāo)包括構(gòu)造深度類測(cè)試方法檢測(cè)路面構(gòu)造深度MTD指標(biāo)、橫向力系數(shù)測(cè)定車法檢測(cè)橫向力系數(shù)SFC指標(biāo)、擺式儀法測(cè)定摩阻擺值BPN指標(biāo)等，其中對(duì)構(gòu)造深度類測(cè)試方法及MTD指標(biāo)研究應(yīng)用最為廣泛，國(guó)內(nèi)外的各類先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)研究也是主要圍繞不斷優(yōu)化改進(jìn)對(duì)MTD指標(biāo)的測(cè)試方法設(shè)備研發(fā)上，包括二維／三維數(shù)字圖像法、激光構(gòu)造深度法等的研究。數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展及在公路領(lǐng)域的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者開(kāi)展基于對(duì)路表面二維圖像、三維構(gòu)造模型等分析的抗滑檢測(cè)技術(shù)設(shè)備研究，早期研究基于單個(gè)或雙目相機(jī)獲取路表面二維紋理圖像并提取圖像紋理特征，通過(guò)圖像灰度處理等計(jì)算出路表面測(cè)點(diǎn)構(gòu)造深度；隨著激光技術(shù)在公路檢測(cè)中的應(yīng)用，研發(fā)激光構(gòu)造深度測(cè)試設(shè)備，通過(guò)二極管接收到設(shè)備發(fā)射至路表面不同深度處后反射回的激光束，計(jì)算從光束發(fā)射到不同二極管被點(diǎn)亮間的時(shí)差得出測(cè)試路表面測(cè)點(diǎn)的MTD指標(biāo)值，激光法測(cè)試速度快、自動(dòng)化程度高，在檢測(cè)評(píng)價(jià)干燥瀝青路表面抗滑性能上優(yōu)勢(shì)突出，但對(duì)路表坑槽或裂縫較多的路段，其檢測(cè)效果受限。逐步研究中有學(xué)者基于多線激光視覺(jué)技術(shù)與數(shù)字圖像技術(shù)結(jié)合檢測(cè)方法設(shè)備，建立了基于三角測(cè)量原理的三維數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)了路表面剖面層的三維結(jié)構(gòu)重建，根據(jù)優(yōu)化的模型及方程計(jì)算得到三維平均紋理深度指標(biāo)檢測(cè)值，檢測(cè)結(jié)果的精度大大提高，驗(yàn)證中也基本滿足實(shí)驗(yàn)室及外場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)作業(yè)的測(cè)定要求[3]。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著高等級(jí)公路在近20年的大量建設(shè)，我國(guó)公路路面將面臨大規(guī)模的養(yǎng)護(hù)維修問(wèn)題。先進(jìn)的路面自動(dòng)檢測(cè)裝備及其配套技術(shù)可為路面養(yǎng)護(hù)工程維修決策、設(shè)計(jì)與施工提供大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。