公路路面裂縫三維檢測技術(shù)的應(yīng)用與分析

【摘要】針對公路路面裂縫問題，采用三維檢測技術(shù)能夠提供更豐富、更精確的路面信息，具有顯著的優(yōu)勢和應(yīng)用潛力。文中簡要闡述了傳統(tǒng)路面裂縫檢測方法的局限性，并全面分析了路面裂縫三維檢測技術(shù)的優(yōu)勢、具體應(yīng)用、存在的問題以及改進(jìn)方向。充分發(fā)揮三維檢測技術(shù)的先進(jìn)性和準(zhǔn)確性，對于提升公路養(yǎng)護(hù)管理水平、確保道路交通安全具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】公路路面裂縫；三維檢測技術(shù)；數(shù)據(jù)可視化

【中圖分類號】U418.6" " " "【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A" " " "【文章編號】1673-6028（2024）02-0061-03

1 傳統(tǒng)公路路面裂縫檢測方法的局限性

公路路面裂縫是指公路路面上出現(xiàn)的裂縫現(xiàn)象，常見的公路路面裂縫類型見表1。隨著城市建設(shè)和科技的發(fā)展，傳統(tǒng)公路路面裂縫檢測技術(shù)的局限性逐漸顯露出來。傳統(tǒng)的路面裂縫檢測主要依靠人工完成，耗時耗力且精度有限，常見的方法有三種，一是步行人眼觀察法，二是坐車錄像屏幕測讀法，三是攝像測量法。相比于人工檢測法，攝像測量法可以提高效率和準(zhǔn)確性，降低人力成本。但在實際應(yīng)用中，需要克服一些挑戰(zhàn)，如光線變化、攝像設(shè)備的安裝和定位等[1]。與傳統(tǒng)的檢測技術(shù)相比，三維檢測技術(shù)更有優(yōu)勢。

2 公路路面裂縫三維檢測技術(shù)的優(yōu)勢

（1）高效準(zhǔn)確：三維檢測技術(shù)能夠通過高精度的測量和數(shù)據(jù)分析，快速準(zhǔn)確地檢測出公路路面上的裂縫情況。相比傳統(tǒng)的人工巡查方法，檢測效率和準(zhǔn)確性得到進(jìn)一步提升。

（2）非接觸式檢測：三維檢測技術(shù)可以采用激光掃描或攝影測量等非接觸式方法進(jìn)行路面裂縫檢測，無需直接接觸路面，避免了對路面造成的額外損傷和干擾。同時，大大提高了檢測的安全性和可靠性。

（3）多角度分析：三維檢測技術(shù)可以從不同的角度和視角對公路路面進(jìn)行全方位掃描和測量，全面了解路面裂縫的形狀、大小和分布情況，有助于及早發(fā)現(xiàn)和定位潛在的裂縫問題，采取修復(fù)措施，提高公路的安全性和可靠性。

（4）數(shù)據(jù)可視化：三維檢測技術(shù)可以將測量得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為直觀的圖像或模型，方便工程師和技術(shù)人員進(jìn)行分析和評估，能夠更好地理解和判斷路面裂縫的程度和影響范圍，制定更科學(xué)的維修方案[2]。

3 公路路面裂縫三維檢測技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 三維數(shù)據(jù)獲取

在公路路面裂縫檢測中，獲取準(zhǔn)確的路面數(shù)據(jù)是至關(guān)重要的第一步，可以采用激光掃描儀和攝像機對公路路面進(jìn)行掃描或拍攝，獲取公路路面的三維點云數(shù)據(jù)或圖像序列。這些數(shù)據(jù)不僅包含了路面的幾何形態(tài)信息，還能反映出路面的表面特性和紋理，可以為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和裂縫分析提供參考[3]。

3.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理與裂縫識別

在對公路路面進(jìn)行三維掃描或拍攝后，會得到大量的三維點云數(shù)據(jù)或圖像序列。為了確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，預(yù)處理環(huán)節(jié)顯得尤為重要。預(yù)處理的操作包括去噪、濾波、配準(zhǔn)等，旨在提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量，使得后續(xù)分析更加精確。其中，去噪操作可以消除數(shù)據(jù)中的冗余信息和干擾，使得數(shù)據(jù)更加干凈；濾波操作則可以進(jìn)一步平滑數(shù)據(jù)，去除小的波動和誤差，增強數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性；而配準(zhǔn)操作則是將不同來源或不同時間的數(shù)據(jù)進(jìn)行對齊和整合，確保數(shù)據(jù)的一致性和可比性，經(jīng)過預(yù)處理后的數(shù)據(jù)是進(jìn)行裂縫識別的關(guān)鍵。

3.3 裂縫參數(shù)提取與分析

裂縫參數(shù)提取與分析是公路路面裂縫檢測中的核心環(huán)節(jié)。在成功識別裂縫之后，需要進(jìn)一步深入研究裂縫的特征和屬性，包括裂縫的長度、寬度、深度和形狀等，可以利用形態(tài)學(xué)操作、邊緣檢測、曲線擬合等技術(shù)，對裂縫進(jìn)行參數(shù)提取。其中，形態(tài)學(xué)操作可以幫助分析和理解裂縫的形態(tài)結(jié)構(gòu)，從而提取相關(guān)的形態(tài)參數(shù)。邊緣檢測技術(shù)能夠捕捉裂縫的邊緣信息，進(jìn)而確定裂縫的邊界和尺寸。而曲線擬合技術(shù)則可以對裂縫的形態(tài)進(jìn)行擬合，提取出更加精確的形態(tài)參數(shù)。最后，運用統(tǒng)計分析方法對比不同裂縫的參數(shù)分布和統(tǒng)計特征，從而更全面地了解裂縫的性質(zhì)和特點，明確裂縫的成因和發(fā)展趨勢。

《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG5210—2018）中對裂縫類路面破損的寬度評價指標(biāo)、對深度類路面破損的深度評價指標(biāo)、對路面破損的長度評價指標(biāo)，提出針對裂縫三維信息的嚴(yán)重程度評估標(biāo)準(zhǔn)，見表2。參照此標(biāo)準(zhǔn)，可以對路面裂縫參數(shù)進(jìn)行更準(zhǔn)確分析，采取適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)措施。

3.4 裂縫的三維可視化與評估

通過將裂縫的參數(shù)和三維數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，可以實現(xiàn)裂縫的三維可視化。這樣可以直觀地展示裂縫的形狀、位置和分布情況。不僅增強了裂縫表現(xiàn)的形象性，同時也提高了裂縫理解的直觀性，使得觀察者能夠從不同角度、不同維度對裂縫進(jìn)行全面而深入觀察和分析。同時，利用所得的裂縫參數(shù)，并結(jié)合公路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，對裂縫進(jìn)行嚴(yán)重程度評估，判斷出裂縫對路面安全性的影響，從而為決策者何時以及如何進(jìn)行維修提供重要參考。對于嚴(yán)重影響路面安全性的裂縫，需要立即進(jìn)行修復(fù)，防止進(jìn)一步惡化；對于較輕微的裂縫，可以安排定期養(yǎng)護(hù)，防止其發(fā)展成更嚴(yán)重的問題，以此確保公路的正常使用，減少因路面問題而引發(fā)的交通事故，保障公眾安全出行。例如，如果裂縫的深度和寬度超過了公路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)所允許的范圍，那么就可以判斷出該裂縫對路面的安全性構(gòu)成了威脅，需要及時進(jìn)行維修。

3.5 儀器設(shè)備操作、檢測過程中的要點

在儀器設(shè)備操作方面，需要注意以下幾方面：

（1）儀器設(shè)備的選擇：選擇合適的儀器設(shè)備對于準(zhǔn)確地進(jìn)行路面裂縫三維檢測至關(guān)重要，需要深入考慮多種因素，以確保所選設(shè)備能夠符合實際應(yīng)用場景。例如，儀器的精度決定測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，分辨率則影響著對裂縫細(xì)節(jié)的捕捉能力，而適用范圍則決定是否適用于當(dāng)前的路面環(huán)境，綜合性的考慮有助于工作人員挑選出最符合實際需求的儀器設(shè)備。

（2）儀器設(shè)備的校準(zhǔn)：在進(jìn)行檢測之前，需要對儀器設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)，以確保其準(zhǔn)確度和可靠性。在每次檢測前，應(yīng)按照設(shè)備說明書的規(guī)范，對儀器進(jìn)行仔細(xì)校準(zhǔn)，包括各種參數(shù)的調(diào)整與校準(zhǔn)，以確保設(shè)備在最佳狀態(tài)下運行，從而提供可靠且準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

（3）環(huán)境條件的考慮：在進(jìn)行檢測時，需要考慮環(huán)境條件對儀器設(shè)備和檢測結(jié)果的影響。例如，天氣條件（如溫度、濕度）和光線條件（如明暗度）等因素都可能會對檢測結(jié)果產(chǎn)生影響，從而影響對裂縫的判斷，這都需要在實際操作中加以注意和控制。

在檢測過程中，需要重點注意以下問題：

（1）檢測位置的確定：選擇合適的檢測位置對于獲取準(zhǔn)確的檢測結(jié)果至關(guān)重要。需要考慮公路路面不同部位和特點，針對性地選擇檢測位置，確保能夠全面、客觀地評估路面裂縫狀況。例如，某些部位可能由于車輛荷載、排水情況或其他環(huán)境因素而更易出現(xiàn)裂縫，選擇這些關(guān)鍵位置進(jìn)行檢測，可以更精確、更全面地掌握路面狀況。

（2）數(shù)據(jù)采集的規(guī)范：在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時，需要按照規(guī)范和要求進(jìn)行操作。從采集點的布置密度到采集間隔，再到采集時間的確定，每一個細(xì)節(jié)都需要根據(jù)實際情況進(jìn)行深思熟慮，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可比性。

（3）數(shù)據(jù)處理與分析：在數(shù)據(jù)處理過程中，要注意排除干擾因素，并采用合適的算法和模型進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4 公路路面裂縫三維檢測技術(shù)應(yīng)用的問題

4.1 三維數(shù)據(jù)采集設(shè)備問題

在采集路面數(shù)據(jù)時，設(shè)備運作時產(chǎn)生的震動或自身的誤差，都可能直接對采集的數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。除此之外，外部環(huán)境因素，如光照的變化、雨水等，也會對數(shù)據(jù)采集造成干擾，導(dǎo)致圖像中的某些邊緣細(xì)節(jié)丟失，進(jìn)而影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。因此，需要對采集設(shè)備進(jìn)行精細(xì)調(diào)校，最大限度減少噪聲的干擾，并保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。同時，也需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行及時濾波處理，以更加準(zhǔn)確地還原路面的真實情況，為后續(xù)數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用提供可靠支持[4]。

4.2 因雜物填充出現(xiàn)裂縫漏檢問題

基于三維數(shù)據(jù)的檢測方法，其核心原理在于捕捉路面表面的深度信息變化，以識別裂縫的存在。然而，實際路況復(fù)雜多變，常常存在裂縫被沙土、碎石等雜物填充的情況。當(dāng)裂縫被這些雜物填充后，其表面的深度信息變化將受到干擾，難以準(zhǔn)確捕捉裂縫的特征，可能會引發(fā)裂縫漏檢問題。因此，需要結(jié)合其他檢測手段或算法增強對復(fù)雜路況的適應(yīng)能力，提高裂縫檢測的全面性，降低漏檢的風(fēng)險，從而更準(zhǔn)確地評估路面的狀況。

5 公路路面裂縫三維檢測技術(shù)應(yīng)用的改進(jìn)方向

5.1 優(yōu)化裂縫識別和分類算法

由于裂縫的形狀和尺寸存在多樣性，傳統(tǒng)的算法在裂縫識別中往往受到限制，只能識別出部分裂縫，而且誤判率較高。為了克服這一限制，可以引入深度學(xué)習(xí)的先進(jìn)算法技術(shù)。深度學(xué)習(xí)分類能力能夠自動提取裂縫圖像中的深層特征，并學(xué)習(xí)不同裂縫類型之間的細(xì)微差異，實現(xiàn)對各種形狀和尺寸的裂縫進(jìn)行更精準(zhǔn)識別和分類?；谏疃葘W(xué)習(xí)裂縫檢測方法，能夠較大程度地提高檢測的準(zhǔn)確性和可靠性，減少誤判率。因此，引入深度學(xué)習(xí)先進(jìn)算法是提升裂縫檢測性能的有效途徑，可以為道路維護(hù)和管理提供更準(zhǔn)確、可靠的檢測結(jié)果，助力及時發(fā)現(xiàn)和修復(fù)裂縫，保障道路的安全和通行順暢。

5.2 建立大數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)整合與對比

公路路面裂縫檢測所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量通常龐大且分散，這對于路面維護(hù)管理的決策產(chǎn)生了一定的局限。在面對如此大量的數(shù)據(jù)時，如何有效整合、分析并利用，成為一個亟待解決的問題。因此，建立一個專門的大數(shù)據(jù)平臺勢在必行，將來自不同路段、不同時段的裂縫檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，通過對比分析，從而更全面地評估各個路段在不同時間段的裂縫狀況[5]。基于大數(shù)據(jù)平臺，決策者能夠更準(zhǔn)確地了解各路段的裂縫情況，合理安排維護(hù)和修復(fù)工作，從而優(yōu)化資源分配，提高道路網(wǎng)絡(luò)的整體運營效率。

6 結(jié)語

綜上所述，通過對公路路面裂縫三維檢測技術(shù)的深入研究和應(yīng)用分析，發(fā)現(xiàn)其在提高檢測準(zhǔn)確性、效率及可靠性方面的優(yōu)勢。三維檢測技術(shù)不僅為公路管理和養(yǎng)護(hù)提供了科學(xué)依據(jù)，更展示了在公路維護(hù)管理領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。隨著技術(shù)的進(jìn)一步成熟和完善，相信三維檢測技術(shù)將成為公路路面裂縫檢測的主流方法，為保障道路交通安全，推動公路管理現(xiàn)代化和城市建設(shè)作出更大貢獻(xiàn)。

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[作者簡介]朱春明（1977—），男，江蘇泰州人，大專，工程師，研究方向：公路橋梁交通工程建設(shè)試驗檢測。