路面破损检测技术现状与发展

徐惠明

（福建发展高速公路股份有限公司泉厦分公司　厦门　361021）

路面破损检测技术现状与发展

徐惠明

（福建发展高速公路股份有限公司泉厦分公司厦门361021）

通过对路面破损检测技术现状和发展动态的介绍和比较，提出了在大交通量通车路段，在满足检测数据精度要求的前提下，兼顾高效、安全、自动化和经济性、实用性的路面破损检测技术选择意见和建议。

路面；破损检测；技术

1　前言

我国公路建设经过二十年的快速发展，养护里程迅速增长。截止2014年底，全国公路总里程达到446.39万km，公路养护里程435.38万km，占公路总里程97.5%，高速公路里程11.19万km，二级及以上公路里程54.56万km[1]，交通运输“十二五”公路规划确定的公路建设发展目标[2]已基本完成，标志着以高速公路为重点的大规模公路建设时期的逐步结束和持久的、大规模公路养护时代的来临。

路面养护既是公路养护工作的重中之重。自20世纪70年代北美发达国家首先提出基于现代检测、评价与决策技术的路面管理系统概念以来，路面管理系统被世界主要国家的公路管理部门、科研院所、学校、国际金融组织等机构采用[4]。伴随着路面管理系统的推广应用，路面破损检测技术也从传统的人工调查为主，逐步向自动化、快速化检测方向发展，新的检测仪器设备也层出不穷。

2　路面技术状况检测指标及要求

按照《公路技术状况评定标准》的要求，路面检测包括路面损坏、平整度、车辙、抗滑性能和结构强度五项指标，其中路面结构强度为抽样检测指标。检测时，按照上行方向和下行方向分别检测，每个检测方向至少检测一个主要行车道；二、三、四级公路可不分上下行。各项指标的最低检测与调查频率如表1。

表1　最低检测与调查频率[3]

3　路面破损检测技术现状与发展

路面破损可分为裂缝类、变形类、松散类及其他类共四大类，21种病害（水泥路面为20种）。我国早期的有关规范把车辙作为路面破损诸多病害中的一种，与其它破损指标合并计算与评价，《公路技术状况评定标准》首次将车辙作为路面性能状况的一项单独评定的技术指标。由于路面破损状况复杂，类型多样，需判断破损的轻重程度并计算破损面积，因此目前市场上设备也参差不齐，自动化程度及精确度各不一样。

3.1路面破损传统检测方法

传统的路面破损检测方法是通过人工徒步调查，记录病害种类、数量，最后计算路面破损率，得出破损状况指数PCI。由于技术手段落后，工作效率低，检测和养护耗时较长，不得不长时间封闭交通，导致降低了道路的通行能力，增加了公路运输成本，不仅带来巨大的经济损失，而且造成了不良的社会影响。同时，由于在检测、养护时存在大量人工作业，作业过程中时有交通事故发生，给人民的生命财产带来了不必要的损失。传统的检测养护技术已无法满足社会对检测、养护的要求，快速检测与养护技术的需求日益迫切。

3.2路面破损自动化检测技术

路面破损自动化检测是就是通过专业检测设备在路面上快速行驶的同时对路面上的各种破损病害进行采集、分析、计算，得出路面破损状况指数。目前自动化路面破损检测技术主要把病害分为三类检测：二维病害类、车辙和路面变形类。

3.2.1二维病害检测

二维路面病害指在二维平面上可以看到的路面病害种类，主要指裂缝类，松散类、其它类等。目前国内外基本都是采用在检测车上安装高精度数码黑白摄像机，配合同步闪光灯快速拍摄路面图像，然后通过人机对话的方式，把图像上的病害分类汇总，计算数量，因此路面图像质量对于检测结果准确性至关重要。决定路面图像质量的因素主要有：摄像机的分辨率、拍摄时的亮度和拍摄方式。

（1）摄像机分辨率越高，拍摄的图像精度越高。随着计算机技术迅猛发展，路面摄像机CCD分辨率也越来越高，目前CCD在横向的分辨率一般都采用2048象素，基本可以满足路面病害检测的需要。路面单车道的宽度通常为3.75m，假设图像拍摄宽度为4m，那么每个象素对应的路面宽度约为2mm，又由于路面与病害之间存在不同对比度，光在裂缝等病害中发生了散射、折射等现象，图像上实际可以看到的最小宽度可以达到1mm，即1mm以上宽度的裂缝在图像中都可以识别。如果采用更高的4096象素CCD，虽然可以得到更高分辨率的图像，但是由于产生的图像数据量庞大，处理速度缓慢，直接影响到检测效率，且成本较高，因此较少有厂家使用。

（2）外界光线越好，图像效果越好。由于在检测过程中常常出现自然光线不足，树木、构造物、车辆等在路面产生阴影等现象，为了消除这些阴影，必须配备与摄像机同步的闪光灯，保证拍摄亮度均匀。

（3）不同的拍摄高度和角度，也对后期破损识别的准确性产生影响。由于单车道路面宽度为3.75m，因此拍摄的宽度一般在4m以上，这样就导致摄像机的安装高度较高，正常须在3m左右，因此对车身高度要求比较苛刻。为了降低摄像机的安装高度，解决方法一般有：斜角拍摄、采用广角镜头、分两个摄像头拍摄等措施。各种拍摄方式的优缺点和实际效果对比详见表2。

表2　各种拍摄方式优缺点

各种拍摄方式的实际效果对比详见表3。

表3　各种拍摄方式实际效果对比

3.2.2车辙检测

车辙也是属于路面变形类病害之一，车辙检测之所以单独列出，主要是由于车辙检测方法的多样性及车辙指标的独立性。传统的车辙测试工具如路面横断面仪，需要横向摆放在车道上，这种测试方法只适合在车流量小的路段上少量抽检使用，而且存在现场维护安全的问题。

目前自动化车辙检测设备一般可分为两种：①横梁多点车辙断面采集仪，即在车辆前方安装一个横梁，横梁上分布多个激光或超声波传感器，利用每个传感器测出横断面各测点高程，经过严格的算法运算，获得车辙深度指标。②利用结构光片扫描技术，通过结构光片光与路面形成的交线，得出路面横断面曲线，送至车载工业专用机进行数据处理，经过计算得出车辙深度，这是今后车辙检测技术发展的方向。两种方法的优缺点如表4。

表4　自动化车辙检测方式优缺点

3.2.3路面变形类检测

路面变形类检测又称路面三维检测。路面变形类病害主要指在路面上有形成高差的病害，例如沉陷、波浪、拥抱等。一直以来，对于路面变形类病害的自动化检测都存在一定难度，目前国内已有机构研究推出了利用多条结构光扫描路面，识别出变形状况，通过计算得出病害的高程和面积，如图1。图1中利用五条结构光扫描路面，通过摄像机拍摄得到路形图像。五条直线平行则表示路面平坦，五条直线上凸或者下凹，则代表路面有沉陷或者拥抱，路面高差和面积值则通过严格标定试验，根据图像变形量换算得出。

图1　路面变形检测图像

4　结语

总体来看，近来年我国路面破损自动化检测技术及应用都有了非常大的进步。但是，由于我们的公路养护管理特别是大中修养护计划的制订大都还停留在追求短期养护效果为主，养护方案以经验为主的管理模式，对于路面管理系统的作用在认识上还有一定的差距。同时，由于目前自动化检测设备价格高，也影响了自动化检测技术在国内的大面积推广应用。随着我国公路养护管理工作的日益繁重和社会对道路交通服务质量要求的提高，简洁、快速、精确的自动化检测手段将成为今后发展的趋势。

[1]2014年交通运输行业发展统计公报.中华人民共和国交通运输部.

[2]交通运输“十二五”发展规划.中华人民共和国交通运输部.

[3]中华人民共和国行业标准.《公路技术状况评定标准》（JTGH20-2007）.北京：人民交通出版社，2008.

[4]潘玉利.路面管理系统.北京：人民交通出版社，1998.

U416.2

A

1673-0038（2015）19-0212-02

2015-4-20