路面三维检测技术浅析

靳维海

(黑龙江省公路工程造价管理总站)

随着社会经济的高速发展，我国的公路建设也得到了飞速发展。截止2009年底我国公路总里程已达377.1万km，高速公路6.47万km，新增公路通车里程9.8万km，其中高速公路4 719 km。2010年中国高速公路的通车总里程已达7.4万km，截止2011年底，高速公路总里程达8.5万km。

公路的网络结构化发展，促进了我国经济的不断增长，加快了社会的发展。伴随着公路铺设技术的不断提高，公路建筑水平提升、交通运输业蓬勃发展、公路承载能力的迅速增长，汽车运行速度的提高，出行者出行时对道路的服务水平提出更高的需求。保证车辆运行安全、便捷同时，驾驶的舒适度和周边环境协调等方面要求也在不断提高，这些更具人性化需求都与道路表面特性紧密联系，即路面表面的不规则度(irregularity)。由此，公路面表面特性在交通运输中越来越重要。

随着公路运营时间的推移、交通量的增长和设施使用频率的增加，且由于沥青路面的使用年限为10年左右，公路路面及其配套设施出现了一定程度的损坏，而且后期的道路表面日常养护工作不到位，致使路面破损严重，降低了交通运输能力。因此，随着我国公路网的逐步建成，早期建设的一些公路已经逐步步入维修阶段，需要定期对公路路面质量进行调查、评价，并做出相应的养护策略。我国公路建设的主要任务已逐步从建设向管理转变，为了适应这种转变，适应现代化、大规模、高速度和高质量的公路养护管理需求，许多交通管理部门都实施了路面管理系统。

对公路沥青路面和水泥混凝土路面的检测内容、质量评价指标、检测方法，以及对检测数据的处理方式已经在交通部颁发的公路行业标准中给出了详细明确的规定。沥青路面和水泥混凝土路面它们的评价指标是有区别的，路面的平整度和车辙是衡量路面的重要指标。沥青路面的评价指标还包括沉陷、波浪、拥包、搓板、冻胀、坑槽等，而水泥混凝土路面的沉陷、胀起、错台、拱起等也都是路面质量评价的重要指标。路面检测技术采集了大量的路面数据，如何有效利用检测技术采集到的检测数据，并对道路进行快速准确地评价和维护呢?解决这一问题需要实现对公路路面的三维可视化重构。

在这种背景下提出了三维可视化数字路面系统，该系统首要研究的问题就是路面的三维重构模型，这就要充分利用路面数据检测模型建立合理的三维重构模型，再将其转换为三维立体的形式表达出来，并进行交互处理。运用这种技术，三维可视化图形和图像逼真地呈现出道路保养情况，给路面管理工作者直观的参考，可以直观地观察到路面使用破损的情况，从而为管理者对道路通行安全评估、路面养护等工作提供决策的依据。针对道路路面使用情况的管理，美国等一些国家提出了路面管理系统。路面管理系统所提供的客观数据有助于公路管理人员快速准确地对公路所存在的问题及时地提出合理的公路养护方法。

随着公路通车里程的大规模增长，公路交通的发展重点已经有所转变，从最初的公路修建到目前已经转变为公路养护维修。因此，基于GIS的公路管理系统已经不能满足当前公路发展的需求，开发全新的三维可视化公路路面养护系统提高公路养护水平是当前公路交通发展的趋势所在。

在路面养护管理中，首先需要对路面质量评价指标路面破损、路面平整度、路面抗滑性能等进行准确、高效、客观的检测。根据路面检测数据，三维立体显示技术将检测的实际路面显示出来，从而为管理者对路面的管理提供真实依据。

目前，路面三维检测技术发展迅速，数据采集系统已经达到接近成熟和完备水平，但是路面重构技术研究还不是很完善，无法把检测数据直观显示出来，应用到实际的道路养护维修中。传统的路面三维重构模型的数据来源大致分为三种:(1)GPS或全站仪野外测量的离散数据;(2)公路设计数据;(3)从影像中提取的道路特征数据。运用这些数据所建立的三维重构模型也只能反映道路的宏观信息，如公路附属设施的定位及查询，公路周边地形环境等。

随着信息科学发展和应用的不断深入以及信息管理的数字化和虚拟现实技术的快速发展，三维仿真系统的发展也日新月异。同时，交通事业的飞速发展，对道路的可视化需求也愈发迫切。融合三维检测数据，通过三维建模实现路面三维重构，进一步建立三维可视化数字路面系统，有助于公路系统更加科学地管理大规模公路路面。通过三维路面可视化重构可以查看路面车辙以及道路轨迹，精确地定位路面各种病灶并给出病灶的各种数字信息(经纬度、高程、里程、车辙、平整度、容积、体积等)，尤其是针对路面坑槽和拥包进行了准确定位，为计算路面坑槽的容积和拥包的体积提供了依据，为进一步制定养护方案提供重要的数据信息。三维可视化数字路面系统的开发有助于便捷、高效地制定科学合理的路面养护方案，提高公路服务水平。

综上所述，三维数字路面信息的显示技术有利于道路检测技术向系统化、智能化的方向发展。