路面快速检测设备检测技术性能评价研究

李志强

（山西省交通科学研究院 黄土地区公路建设与养护技术交通行业重点实验室，山西 太原 030006）

0 引言

随着公路里程的不断增加，高速公路将逐步进入养护维修期，同时部分干线公路也面临着升级改造的问题，快速检测技术成为沥青路面的快速检测、合理评价及科学决策的技术支撑。目前路面快速检测设备已经普遍应用在我国路面检测工作中，其中路面病害、平整度、车辙3项指标是路面技术状况评定的主要检测指标[1]，该类设备除可通过计量部门的检定或测试外，还可通过比对或模拟试验进行设备的准确性验证。结合我国沥青路面性能评价要求及近年来多功能检测设备的使用实践，对该类设备的快速检测技术性能进行分析，主要有图像采集和识别技术性能、平整度检测技术性能及车辙检测技术性能。

1 路面破损图像识别技术性能分析

1.1 路面病害分类

《公路技术状况评定标准》（JTG H20—2007）[1]将沥青路面损坏划分为龟裂、块状裂缝、纵向裂缝、横向裂缝、坑槽、松散、沉陷、车辙、波浪拥包、泛油、修补11类。孙立军教授将沥青路面损坏现象分为四大类[2]：

a）裂缝类 面层结构完整性破坏，如龟裂、块状裂缝、纵向裂缝、横向裂缝。

b）变形类 面层虽然保持结构完整但形状改变，如车辙、沉陷、波浪拥包。

c）表面损坏类 表面局部或部分材料，如沥青、细集料、粗集料或混合料的散失或磨损，如磨损、坑槽。

d）其他类 泛油、修补。

1.2 路面病害识别方法

快速道路检测设备可对以上裂缝类、表面损坏类、其他类病害进行识别，对变形类病害则不易进行识别。图1为路面连续拍摄的合成图像。路面后期处理软件可对裂缝类进行自动识别，但无法自动识别块状裂缝、龟裂等网状类裂缝，对面积类统计的其他病害也无法自动识别。针对这一情况，可在自动识别的基础上辅以人工识别，人工识别可自定义病害类别后进行准确标注，对自动识别的错误进行纠正，两者结合既可减少工作量，又能满足规范要求。

图1 路面采集合成图片

1.3 路面图像识别准确性试验

为测定快速检测状态下路面摄像系统的图像识别准确性，可通过设计路面模拟图样（见图2）进行验证，图样事先固定在地面上，且保证图像在检测过程中不被移动和变形。固定之后进行图像采集，采集完后用处理软件对图像进行处理，识别图样尺寸，通过人工测量图样尺寸与路面摄像系统拍摄图像尺寸进行比较，检验图像识别的准确性。

图2 路面图样

路面摄像系统图像识别与图样实测数据分析见表1。从表中可以看出，图形尺寸长度或宽度的相对误差在±3%之内，裂缝分辨率小于等于1 mm，图像效果良好。

2 路面平整度检测技术性能分析

2.1 国际平整度指数比对试验

《公路技术状况评定标准》（JTG H20—2007）中，道路平整度的检测指标是采用世界银行制定的国际平整度指数（IRI），被定义为：模拟1/4车在80 km/h速度下，车身悬挂系总位移与行驶距离之比（单位m/km），目前已被大多数国家采用。在我国沥青路面技术状况评定及对公路的交竣工验收中，均采用国际平整度指数。由于国际平整度指数真值的设定较为困难，一般采用设备间的比对进行验证，可根据设备间的比对试验进行检测值的修正。由于沥青路面国际平整度值主要分布在0.6～2.4 m/km，比对试验过程中选择不同值域范围的路段，往往实际中较难选取，因此可通过人工设定不同路况的模拟试验路段进行试验。

2.2 国际平整度指数模拟试验

考虑到真值确定的难度，仅对设备的重复性进行模拟试验研究。试验方案为：在600 m测试路段上以不同间距设置模板来模拟IRI测试环境，检测时车轮从模板上陆续通过，根据车辆的颠簸情况记录模拟路段的平整度。具体为：在600 m路段上每100 m设置不同高度模板块，同一断面左右轮迹带处高度一致，要求检测车平整度系统能够检测到模拟的路面状况，给出IRI测值。重复采集10次。

2.3 国际平整度指数重复性试验结果分析

多功能道路测试车进行了10次重复性测试，测试结果见表2。

表2 国际平整度指数IRI模拟试验数据采集结果及误差分析m/km

从表中可知，随着模板高度与数量的增加，平整度指数也逐渐增大，标准差均小于0.1 m/km，变异系数均小于3%。左、右侧测值基本接近，但也出现一侧较大一侧较小的现象，这与车辆的载重分布、测试速度、行驶轨迹有一定关系，还需进一步开展相关研究。

3 路面车辙深度检测技术性能分析

3.1 路面车辙检测试验

《公路技术状况评定标准》（JTG H20—2007）中沥青路面车辙不同于其他病害，作为单项指标进行评价，说明该指标的重要性。国内采用多个激光头进行全断面测试，也有采用线激光进行采集。相比点激光，线激光对车辙检测更为先进，可精准测定车道宽度内的车辙轮廓，线激光车辙检测宽度可达到4 m，满足规范要求。根据《公路路基路面现场测试规程》（JTG E60—2008）给出的7种断面类型[3]，计算软件可计算出路面左、右轮迹带的车辙深度。

3.2 路面车辙检测性能验证试验

由于路面车辙的形式多样化，进行车辙的准确性检验中，选择基准的原地面线较为困难，一般采用3 m直尺辅以深度尺进行检验，但与检测软件计算结果可能存在差别。因此在进行车辙测试试验中，需要预先设定原地面基准线，再设定不同的高度车辙，进行模拟试验。具体测试方案为：选择平整的路段600 m以上，在不同100 m测试路段上以相同间距设置模板来模拟车辙深度的测试环境，车辙板块尺寸应满足检测采集要求，进行重复试验，对车辙检测结果的准确性和稳定性进行检验。

3.3 路面车辙验证试验结果分析

表3 车辙深度模拟试验数据采集结果及偏差分析

在设定的车辙试验路段进行了8次数据采集，检测结果及偏差分析见表3。从表中可知，5段模拟检测车辙平均深度偏差小于1.5 mm。偏差率小于15%，重复性试验变异系数除个别段落（2左）外，均小于15%。测值与标准值换算关系见式（1），经修正后5段模拟检测车辙平均深度偏差小于1.3 mm，偏差率小于5%。

式中：x为设备检测值，mm；y为标准值，mm。

4 结论

通过对道路测试设备图像采集、平整度检测、车辙检测技术性能的模拟试验研究，得到了其检测性能具有路面图像相对误差较小、裂缝分辨率较高、平整度检测重复性好、车辙检测准确性较高等特点，可满足使用要求。

但上述测试方法还需进一步完善，因实际道路中多数路段（如高速公路）国际平整度指数在0.6～1.2 m/km，车辙深度在10 mm以下，在平整度模拟试验中应增加国际平整度指数在1 m/km以下模拟路段，在车辙验证试验中应增加车辙小于10 mm以下的模拟路段，以保证与实际测值的一致性。