沥青路面破损检测技术的发展

（新疆农业大学 交通与物流工程学院，新疆 乌鲁木齐 830052）

改革开放以来，中国经济不断发展，交通建设也取得了巨大的成果。交通运输与经济的发展是不同步的，通常包括适应、超前、滞后三种。中国先前的交通建设主要是超前型，即通过交通的规划和建设来拉动地方经济的发展，相信在不久的将来，交通建设将从超前型转变为滞后型。如何应对这一转变，需要更加充分地利用现有的基础设施、高新技术，加强交通管理和道路系统整体优化。为了充分地利用现有的基础设施，必须做好道路养护工作，加强道路检测。基于此，本文针对沥青路面破损的不同检测技术进行了详细介绍。

国内外道路路面破损检测技术的发展均符合从传统人工检测到半自动化半人工检测，进而发展成为自动化无损检测的规律。传统的人工检测技术和半自动化半人工检测技术存在较多不足之处，比如工作环境恶劣、工作人员人身安全得不到保障、影响交通正常运行、检测周期长、检测结果受人为因素影响大。随着信息技术和检测技术的发展，自动化无损检测技术弥补了上述不足。

1 国外路面破损自动检测技术的发展

1.1 传统人工目测调查

在进行人工目测调查时，首先应按照一定的标准对工作人员进行统一培训，然后进行现场实地检测。在进行调查时，每个小组由两三人组成，采用目测和简单工具丈量相结合的方式沿路线步行进行检测，按照统一的检测标准鉴别道路上出现的破损类型和严重程度，并记录在统一的表格上，最后再进行内业处理。传统人工目测调查适用于交通量小、工程量小的低等级道路。但其存在检测周期长、需要人力多、阻碍交通、人员安全得不到保障、检测结果受人为因素干扰大等缺点，难以满足大规模公路的检测要求。

1.2 车载式自动化采集设备

1.2.1 基于摄影技术的路面破损检测系统

基于摄影技术的路面破损检测技术最早起源于20 世纪60 年代末期。该技术依靠定位系统与高速摄像机的同步运行得以实现，将路面破损图像同步采集在35 mm 的电影胶片上，每张胶片上收录了纵向6 m、横向4.6 m 的路面面积，后在室内进行冲洗、判读。此项技术的研制成功对公路养护来说有划时代的意义，减小了检测工作对正常交通的影响，减少了外业的工作量。但该系统仅能在夜间检测，且针对病害单一，内业工作量巨大，未能普及。此阶段具有代表性的主要是日本PASCO 公司和法国LCPC 道路管理部门研制的GERPHO 系统。

1.2.2 基于模拟视频技术的路面破损检测系统

基于模拟视频技术的路面破损技术出现在20 世纪80 年代。该技术依靠模拟视频技术、磁带储存技术得以实现，应用模拟视频技术的高性能摄像机对路面进行采集，并以模拟电信号的形式记录数据，最终应用磁带储存技术进行存储。后期图像数据处理软件在功能上相比于第一代有很大改进，后期又逐步增加了对平整度、车辙、前方图像等数据的检测功能，但不能对裂缝进行分类。而且此类检测设备依旧仅能在夜间工作，车速只能保持在10 km/h 以内，所以未能推广。日本的Komatsu 系统代表了当时的最先进技术。

1.2.3 基于高速面阵数字相机的路面破损检测系统

20 世纪90 年代中期，CCD（Charge-coupled Device）数字成像技术、计算机图像处理技术得到了迅猛发展，在图像采集速度、分辨率上得到了空前提升，采集速度已经可以达到80 km/h，远远高于模拟视频摄像机；在后期数据处理过程中，因为数字相机将物体图像的灰度、彩色信息直接转换成像素矩阵形式的数据，省去了模拟到数字转换的过程，从而大大提升了数据的处理速率和准确率。但是由于数字相机采集速率高、曝光时间短，需要增设人工照明光源方能达到预期的拍摄效果。车辙数据的采集依旧靠同一横梁上的多个感应器，造价昂贵。此阶段路面破损检测系统的代表主要为加拿大Road Ware 公司开发的ARAN（Automatic Road Analyzer）系统。

1.2.4 基于高速线扫描数字相机和激光照明技术的路面破损检测系统

进入21 世纪以来，线扫描的高速数字相机、红外激光照明技术兴起，使得路面破损检测在图像识别与辅助照明上有了巨大突破。该技术采用2 部高速线阵相机覆盖4 m 宽路面，此时的采集速度已经可以达到100 km/h，且可以实现在白天正常检测，消除了阴影对路面造成的干扰。此阶段最具有代表性的是加拿大INO 公司研究生产的LRIS（Laser Road Imaging System）系统以及美国ICC 公司的多功能路况检测系统。

1.2.5 基于热成像技术的路面破损检测系统

随着红外热成像技术的发展，热成像技术开始应用于路面破损的检测系统的图像采集过程中。因为路面破损部位比完好路面的感光率小，所以，破损处的表面温度与完好路面形成温差，通过热成像相机采集图像后，两种图像形成强烈对比。但是碍于红外相机的成本高昂、采集速率偏低等问题，这类路面检测系统并未得到应用。

1.2.6 基于3D 激光扫描技术的路面破损检测系统

随着3D 激光扫描技术的出现，基于3D 激光扫描技术的路面破损检测系统得以实现。通过激光扫描技术对待检测路面进行扫描，用激光垂直射向道路表面获得路面各点高差的集合。同时，利用高速面阵相机拍摄激光投影在路面上的轮廓线，通过高差集合与轮廓线组合得到3D 激光扫描出的路面图像。此阶段产品较有代表性的有德国大学奥斯汀分校开发的CrackScope 系统和美国University of Arkansas 开发的DHDV 检测车与犹他州立大学开发的路面损坏自动检测系统。

2 中国路面破损自动检测技术的发展

20 世纪80 年代末，中国开启了大规模公路建设，养护工作也随之起步，在检测工作开展初期基本依靠传统人工目测法或高价采购国外进口设备。近年来中国科研院校及技术开发公司开始自主研发路面破损图像检测系统，虽然起步相比于发达国家要晚，但是发展迅速，取得了不错的成绩。

2002 年南京理工大学研制出了中国首辆路面智能检测车JG-1 型，这台智能检测车利用安装在车上的高精度高速图像采集设备与处理设备，在以70 km/h 的速度检测时对路面图像进行采集与储存。采集储存工作结束后进行图像处理分析工作，提取路面破损、平整度数据。这套系统对3～5 mm的裂缝准确率大于90%，平整度检测精度可达到0.1 mm。但是这套系统没有实现多参数同步检测，仅是子系统的简单堆砌。

2004 年武汉大学开发了拥有自主知识产权的SINC-RTM 车载智能路面自动化检测系统，至今进行了4 次技术升级，该系统可以满足在100 km/h 的速度下进行检测，同步检测路面破损、平整度、车辙，且检测完成后可以得到备件路段的几何线形相关指标，在定位系统与测距仪器的作用下能对病害准确定位。但其对裂缝和平整度的检测精度较差。

北京公路科学研究院下属子公司——中公高科养护技术股份有限股份公司研发了路面检测车CiCS，利用高速线阵相机对路面图像进行采集，辅助以结构光照明，能够达到横向3.6 m 的检测宽度，并以100 km/h 的速度对路面的裂缝、车辙、平整度进行检测。与CiCS 配套的路面损坏识别系统CIAS（Cracking image Analysis System）可以实现对路面破损的自动分析处理，最高检测精度达到1 mm，准确率达到了90%～95%。

3 结语

中国的路面破损自动化检测技术起步较晚，但发展迅速，整体水平不断提高，目前满足了中国公路建设、验收以及管养方面的需求。中国已经逐步从大建设阶段转入大养护阶段，将陆续有大量的运营道路需要养护，部分新建成道路需要验收，未来将会面临大量的道路检测工作。综合多项路面检测指标且能实现同步检测的道路检测车会在未来交通行业中得到广泛推广和应用。但目前基于图像的路面损坏识别主要集中在裂缝类病害上，仅对裂缝种类有了初步的分类，并未对裂缝的轻重等级进行分类，存在对其他类型病害识别率低、效率低等问题。