高速公路路基路面病害檢測技術(shù)的合理選擇

【摘要】高速公路路基路面病害檢測技術(shù)的合理選擇對于道路系統(tǒng)的維護和安全至關(guān)重要。文中探討了幾種關(guān)鍵的檢測技術(shù)，包括傳感器網(wǎng)絡(luò)、無人機巡檢、云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以及綜合應(yīng)用技術(shù)。這些技術(shù)的合理選擇和整合可以提高病害檢測的準(zhǔn)確性、全面性和效率，有助于及時發(fā)現(xiàn)和解決路面問題，確保道路的安全暢通。

【關(guān)鍵詞】高速公路；路基；路面；病害檢測；傳感器網(wǎng)絡(luò)

【中圖分類號】U418" " " "【文獻標(biāo)志碼】A" " " "【文章編號】1673-6028（2024）02-0119-03

0引言

由于各種自然因素和交通負荷的作用，高速公路路基路面常常會出現(xiàn)各種病害，如裂縫、坑洞、龜裂等，這些問題不僅影響了行車的安全性，還增加了維護成本。為了確保高速公路正常運營，提高道路安全性，病害檢測和道路維修至關(guān)重要。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代化的檢測技術(shù)成為解決這一挑戰(zhàn)的有效手段。首先，傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種分布式系統(tǒng)，可以實時監(jiān)測路面的各種參數(shù)。這些傳感器可以追蹤路面的振動、溫度、濕度等數(shù)據(jù)，為路面病害的早期發(fā)現(xiàn)提供了重要信息。其次，無人機巡檢技術(shù)通過空中視角可以快速覆蓋大面積路段，捕捉高分辨率的圖像和數(shù)據(jù)，有助于檢測裂縫和坑洞等病害。此外，云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以將數(shù)據(jù)存儲在云端，實現(xiàn)遠程訪問和實時分析，支持決策制定。最后，綜合應(yīng)用技術(shù)可以將多種檢測方法整合，提高檢測的全面性和準(zhǔn)確性。通過綜合選擇和應(yīng)用這些技術(shù)，道路管理部門可以提高路面的安全性和可維護性，確保公路正常運行。本文將詳細討論這些技術(shù)的原理和應(yīng)用，為高速公路路基路面病害檢測提供更多有價值的信息和參考。

1 非接觸式檢測技術(shù)

非接觸式檢測技術(shù)主要特點是無需直接接觸路面，能夠迅速、準(zhǔn)確地獲取路面狀態(tài)信息。包括激光掃描技術(shù)、雷達技術(shù)和高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)，在高速公路路基路面病害檢測中都具有獨特的優(yōu)勢。它們能夠以高精度、高效率和全天候的方式獲取路面信息，有助于及時發(fā)現(xiàn)路面病害，提高道路維護效率，提升道路行駛安全性。這些技術(shù)可以單獨使用，也可以與其他檢測技術(shù)和數(shù)據(jù)處理方法結(jié)合，以實現(xiàn)更全面的路面狀態(tài)監(jiān)測和分析[1]。

1.1 激光掃描技術(shù)

激光掃描技術(shù)利用激光束掃描路面，通過激光雷達或激光測距儀測量路面高程和形狀數(shù)據(jù)。這種技術(shù)能夠以高精度獲取路面的三維信息，包括凹坑、凸起和龜裂等病害。激光掃描技術(shù)具有快速、精確和遠距離測量的優(yōu)勢，適用于大面積路段的檢測，并且可以實現(xiàn)全天候監(jiān)測。

1.2 雷達技術(shù)

雷達技術(shù)利用微波信號來探測路面特征，包括路面的厚度、密度和電磁性質(zhì)。通過分析反射信號的特征，可以識別路面病害，如裂縫和坑洞。雷達技術(shù)對于發(fā)現(xiàn)深埋在路面下的路基病害檢測也具有優(yōu)勢，可以檢測到隱蔽的結(jié)構(gòu)問題。此外，雷達技術(shù)不受天氣和光照影響。

1.3 高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)

高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)通過衛(wèi)星傳感器獲取路面圖像，提供全面覆蓋區(qū)域的數(shù)據(jù)。這種技術(shù)能夠監(jiān)測路面整體狀況，包括裂縫、坑洞和變形等。高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)具有全球范圍的監(jiān)測能力，可用于長距離路段的病害檢測。它還可以提供歷史數(shù)據(jù)，以進行病害變化分析和趨勢預(yù)測。

2 接觸式檢測技術(shù)

接觸式檢測技術(shù)是一種直接與路面物體接觸并獲取信息的方法。主要包括超聲波檢測技術(shù)、遙感測量儀器和攝像頭與圖像處理技術(shù)，這些技術(shù)能夠提供高精度的路面信息，但通常需要投入更多的人力和時間，還可能對交通產(chǎn)生一定的干擾。選擇合適的檢測技術(shù)應(yīng)考慮具體的檢測需求、預(yù)算和路面特點。這些技術(shù)也可以與非接觸式檢測技術(shù)結(jié)合，以實現(xiàn)更全面的路面狀態(tài)監(jiān)測。

2.1 超聲波檢測技術(shù)

超聲波檢測技術(shù)通過發(fā)送超聲波脈沖并測量其反射時間來判斷路面下的結(jié)構(gòu)和病害情況。當(dāng)超聲波遇到路面下的缺陷或材料不均勻時會發(fā)生反射。通過分析反射信號的時間和強度，可以識別路面下的病害問題，如空洞、松散土壤或裂縫。這種技術(shù)對于發(fā)現(xiàn)路面下隱蔽的結(jié)構(gòu)問題非常有效，但需要直接接觸路面，因此需要逐一檢測。

2.2 遙感測量儀器

遙感測量儀器包括激光測距儀、測距儀和其他傳感器，可以直接測量路面的高程、紋理和形狀。這些設(shè)備通常搭載在檢測車輛上，通過物理接觸路面來獲取數(shù)據(jù)。遙感測量儀器能夠提供高分辨率的路面信息，適用于檢測裂縫、坑洞、紋理變化等病害。它們的優(yōu)勢在于數(shù)據(jù)精確度高，但速度較慢且需要路面封閉，對交通影響較大[2]。

2.3 攝像頭和圖像處理技術(shù)

攝像頭和圖像處理技術(shù)是一種常用的接觸式檢測方法，使用攝像頭拍攝路面圖像，然后通過圖像處理算法來分析圖像中的路面特征。這些特征包括裂縫、坑洞、變形和紋理。圖像處理技術(shù)可以自動化對路面病害檢測和分類，提高檢測效率。此外，這種技術(shù)可以在不封閉道路的情況下進行檢測，減少交通干擾。

3 傳感器技術(shù)

傳感器技術(shù)能夠?qū)崟r監(jiān)測路面的各種參數(shù)，有助于及時發(fā)現(xiàn)病害并進行維護。主要包括高頻振動傳感器、溫度和濕度傳感器以及應(yīng)變傳感器，為高速公路路基路面病害檢測提供了重要的數(shù)據(jù)支持。這些傳感器能夠?qū)崟r監(jiān)測路面的振動、溫度和濕度，以及應(yīng)變情況，幫助運維團隊及時了解路面的狀況。這些數(shù)據(jù)可以用于制定維護計劃，提高路面的安全性和耐久性。同時，傳感器技術(shù)也可以與其他檢測技術(shù)和數(shù)據(jù)處理方法結(jié)合，實現(xiàn)更全面的路面狀態(tài)監(jiān)測和分析。

3.1 高頻振動傳感器

高頻振動傳感器用于監(jiān)測路面的振動情況。這些傳感器能夠測量路面上車輛的振動頻率和振動幅度，從而識別路面的平整度和坑洞。高頻振動傳感器通常安裝在道路上，通過感知車輛經(jīng)過時的振動來提供實時數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以用于評估路面的狀況，以及確定何時需要進行維護或修復(fù)[3]。

3.2 溫度和濕度傳感器

溫度和濕度傳感器用于監(jiān)測路面的溫度和濕度狀況。這些參數(shù)對于路面的穩(wěn)定性和耐久性非常重要。溫度傳感器能夠測量路面的溫度變化，幫助確定路基是否存在凍融問題。濕度傳感器則可以監(jiān)測路面的濕度水平，有助于防止路基因濕度引起的損害。這些傳感器提供的實時數(shù)據(jù)，可用于決策路面維護的時機。

3.3 應(yīng)變傳感器

應(yīng)變傳感器用于監(jiān)測路面的應(yīng)變情況，特別是在車輛通過時的變形。這些傳感器通常嵌入路面中，測量路面的變形程度。應(yīng)變傳感器可以檢測到裂縫、坑洞和其他病害引起的路面變形。通過分析應(yīng)變數(shù)據(jù)，可以確定路面的健康狀況，提前發(fā)現(xiàn)和解決問題。

4 數(shù)據(jù)處理和分析技術(shù)

數(shù)據(jù)處理和分析技術(shù)包括機器學(xué)習(xí)算法、圖像識別技術(shù)以及數(shù)據(jù)挖掘和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)等，能夠提供實時監(jiān)測和警報，自動檢測和分類路面問題，幫助維護團隊快速作出決策，提高路面的安全性和可維護性。

4.1 機器學(xué)習(xí)算法

機器學(xué)習(xí)算法工具可用于分析路面病害檢測數(shù)據(jù)，識別病害并進行分類。通過訓(xùn)練這些算法可以識別裂縫、坑洞、龜裂等常見的路面問題，實現(xiàn)自動檢測。通過使用大量標(biāo)記數(shù)據(jù)，機器學(xué)習(xí)算法可以不斷提高其準(zhǔn)確性和性能[4]。它們還能夠預(yù)測路面病害趨勢，幫助路面維護團隊作出精準(zhǔn)決策。

4.2 圖像識別技術(shù)

通過使用計算機視覺和深度識別技術(shù)，能夠識別縫、坑洞和其他病害以及路面的紋理和結(jié)構(gòu)。圖像識別系統(tǒng)能夠高效分析大量圖像數(shù)據(jù)，減少人工干預(yù)。還可以提供實時監(jiān)測和警報，幫助及時處理路面問題。

4.3 數(shù)據(jù)挖掘和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)

數(shù)據(jù)挖掘和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)可用于處理傳感器數(shù)據(jù)和其他來源的大規(guī)模數(shù)據(jù)集。這些技術(shù)能夠發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的模式、趨勢和異常，識別潛在的路面問題。通過分析歷史數(shù)據(jù)，預(yù)測路面病害的發(fā)展?fàn)顟B(tài)和維護需求，優(yōu)化維護計劃。此外，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)還可以支持決策制定，確保有限的資源得到最優(yōu)利用。

5 遠程監(jiān)測和實時監(jiān)控技術(shù)

遠程監(jiān)測和實時監(jiān)控技術(shù)包括無人機巡檢技術(shù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)以及云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，為高速公路路基路面病害檢測提供了強大的工具。它們能夠提供實時數(shù)據(jù)和遠程訪問，減少了人力和時間成本，提高檢測的準(zhǔn)確性和高效性。通過結(jié)合這些技術(shù)，道路管理部門可以更好地維護道路，提高路面的安全性和可維護性，確保公路系統(tǒng)的正常運行。

5.1 無人機巡檢技術(shù)

無人機巡檢技術(shù)是一種高效的遠程監(jiān)測方法，配備攝像頭、激光掃描儀或其他傳感器的無人機能夠從空中對道路進行巡檢。無人機能夠快速覆蓋大面積路段，捕捉高分辨率的圖像和數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以用于檢測路面裂縫、坑洞和龜裂等，同時還可以監(jiān)測交通流量和道路環(huán)境。通過使用無人機，道路管理部門可以快速獲得全面的路面信息，降低人工巡檢的成本和風(fēng)險。

5.2 傳感器網(wǎng)絡(luò)

傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種分布式系統(tǒng)，通過在道路上部署多個傳感器節(jié)點，實現(xiàn)對路面的實時監(jiān)測。這些傳感器包括高頻振動傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器等。通過傳感器網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)可以實時傳輸?shù)街醒肟刂浦行?，允許操作員監(jiān)測路面狀況并及時采取措施。傳感器網(wǎng)絡(luò)提供了全天候、全方位覆蓋的監(jiān)測，有助于更早地發(fā)現(xiàn)路面問題。

5.3 云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以將路面病害檢測數(shù)據(jù)存儲在云端，提供遠程訪問和分析功能。運維團隊可以遠程訪問實時數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)分析和決策制定。云計算還可以處理大量數(shù)據(jù)，進行病害趨勢分析和預(yù)測，確定最佳維護策略。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過連接各種傳感器和設(shè)備，實現(xiàn)實時監(jiān)測和自動化控制，提高道路維護效率。

6 綜合應(yīng)用技術(shù)

6.1 綜合多種技術(shù)進行路面病害檢測

在高速公路路基路面病害檢測中，綜合多種技術(shù)的應(yīng)用是一種有效的策略，可以提高檢測的全面性和準(zhǔn)確性。通過整合不同的檢測方法，更好地滿足路面維護工作需求。

（1）綜合多種技術(shù)應(yīng)用。綜合多種技術(shù)的應(yīng)用意味著同時或依次使用不同類型的檢測工具和傳感器，以獲取更全面的路面信息。例如，可以將無人機巡檢技術(shù)與傳感器網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，無人機用于快速覆蓋大面積路段，傳感器網(wǎng)絡(luò)提供實時監(jiān)測。通過這種方式，可以實現(xiàn)大范圍監(jiān)測和高精度實時數(shù)據(jù)收集，有助于發(fā)現(xiàn)裂縫、坑洞和其他病害[5]。

（2）數(shù)據(jù)融合和整合技術(shù)。數(shù)據(jù)融合和整合技術(shù)允許將來自不同檢測工具和傳感器的數(shù)據(jù)整合到一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫中，以進行綜合分析。這些技術(shù)可以將數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)，并消除不同傳感器之間的差異。通過整合數(shù)據(jù)，可以更容易識別病害位置、嚴(yán)重程度，并預(yù)測病害發(fā)展趨勢，有助于制定更加精確的維護計劃。

（3）地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)。GIS是一種能夠整合地理信息的工具，它將空間數(shù)據(jù)和地圖信息與路面病害檢測數(shù)據(jù)相結(jié)合。通過GIS可以將路面病害的位置精確地標(biāo)記在地圖上，同時標(biāo)記交通流量、天氣條件等各種信息。這有助于路面管理者更好地了解路面情況與周圍環(huán)境，支持提升決策質(zhì)量和效率。

6.2 綜合應(yīng)用技術(shù)的優(yōu)勢

綜合多種技術(shù)應(yīng)用能夠有效提升路面檢測的覆蓋面和準(zhǔn)確性。通過整合多種技術(shù)，可以獲得更豐富的數(shù)據(jù)，更好地了解路面問題，及時采取維護措施，降低道路維護成本。這種綜合方法也適用于大規(guī)模道路網(wǎng)，因為它可以高效地覆蓋廣泛的區(qū)域，確保道路使用的可持續(xù)性和安全性。因此，綜合應(yīng)用技術(shù)在高速公路路基路面病害檢測中具有重要的作用，有助于維護道路系統(tǒng)的完好性和安全性。

7 結(jié)語

在高速公路路基路面病害檢測技術(shù)的合理選擇中，強調(diào)了多種關(guān)鍵技術(shù)的重要性，包括傳感器網(wǎng)絡(luò)、無人機巡檢、云計算、物聯(lián)網(wǎng)和綜合應(yīng)用技術(shù)。這些技術(shù)的合理選擇和整合應(yīng)用可以提高檢測的準(zhǔn)確性、全面性和高效性，為道路維護提供了強大的工具。

隨著科技不斷進步，有信心在道路維護方面取得更大突破。通過將先進技術(shù)與智能管理相結(jié)合，可以更好地維護高速公路，確保道路使用的可持續(xù)性和安全性，提供舒適的行車體驗。同時，也應(yīng)該不斷推動技術(shù)研究和創(chuàng)新，不斷改進和完善路基路面病害檢測技術(shù)，使道路維護更加高效。

參考文獻

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[作者簡介]賈根選（1990—），女，漢族，青海西寧人，本科，研究方向：試驗檢測。