路面三維檢測技術淺析

靳維海

(黑龍江省公路工程造價管理總站)

隨著社會經濟的高速發展，我國的公路建設也得到了飛速發展。截止2009年底我國公路總里程已達377.1萬km，高速公路6.47萬km，新增公路通車里程9.8萬km，其中高速公路4 719 km。2010年中國高速公路的通車總里程已達7.4萬km，截止2011年底，高速公路總里程達8.5萬km。

公路的網絡結構化發展，促進了我國經濟的不斷增長，加快了社會的發展。伴隨著公路鋪設技術的不斷提高，公路建筑水平提升、交通運輸業蓬勃發展、公路承載能力的迅速增長，汽車運行速度的提高，出行者出行時對道路的服務水平提出更高的需求。保證車輛運行安全、便捷同時，駕駛的舒適度和周邊環境協調等方面要求也在不斷提高，這些更具人性化需求都與道路表面特性緊密聯系，即路面表面的不規則度(irregularity)。由此，公路面表面特性在交通運輸中越來越重要。

隨著公路運營時間的推移、交通量的增長和設施使用頻率的增加，且由于瀝青路面的使用年限為10年左右，公路路面及其配套設施出現了一定程度的損壞，而且后期的道路表面日常養護工作不到位，致使路面破損嚴重，降低了交通運輸能力。因此，隨著我國公路網的逐步建成，早期建設的一些公路已經逐步步入維修階段，需要定期對公路路面質量進行調查、評價，并做出相應的養護策略。我國公路建設的主要任務已逐步從建設向管理轉變，為了適應這種轉變，適應現代化、大規模、高速度和高質量的公路養護管理需求，許多交通管理部門都實施了路面管理系統。

對公路瀝青路面和水泥混凝土路面的檢測內容、質量評價指標、檢測方法，以及對檢測數據的處理方式已經在交通部頒發的公路行業標準中給出了詳細明確的規定。瀝青路面和水泥混凝土路面它們的評價指標是有區別的，路面的平整度和車轍是衡量路面的重要指標。瀝青路面的評價指標還包括沉陷、波浪、擁包、搓板、凍脹、坑槽等，而水泥混凝土路面的沉陷、脹起、錯臺、拱起等也都是路面質量評價的重要指標。路面檢測技術采集了大量的路面數據，如何有效利用檢測技術采集到的檢測數據，并對道路進行快速準確地評價和維護呢?解決這一問題需要實現對公路路面的三維可視化重構。

在這種背景下提出了三維可視化數字路面系統，該系統首要研究的問題就是路面的三維重構模型，這就要充分利用路面數據檢測模型建立合理的三維重構模型，再將其轉換為三維立體的形式表達出來，并進行交互處理。運用這種技術，三維可視化圖形和圖像逼真地呈現出道路保養情況，給路面管理工作者直觀的參考，可以直觀地觀察到路面使用破損的情況，從而為管理者對道路通行安全評估、路面養護等工作提供決策的依據。針對道路路面使用情況的管理，美國等一些國家提出了路面管理系統。路面管理系統所提供的客觀數據有助于公路管理人員快速準確地對公路所存在的問題及時地提出合理的公路養護方法。

隨著公路通車里程的大規模增長，公路交通的發展重點已經有所轉變，從最初的公路修建到目前已經轉變為公路養護維修。因此，基于GIS的公路管理系統已經不能滿足當前公路發展的需求，開發全新的三維可視化公路路面養護系統提高公路養護水平是當前公路交通發展的趨勢所在。

在路面養護管理中，首先需要對路面質量評價指標路面破損、路面平整度、路面抗滑性能等進行準確、高效、客觀的檢測。根據路面檢測數據，三維立體顯示技術將檢測的實際路面顯示出來，從而為管理者對路面的管理提供真實依據。

目前，路面三維檢測技術發展迅速，數據采集系統已經達到接近成熟和完備水平，但是路面重構技術研究還不是很完善，無法把檢測數據直觀顯示出來，應用到實際的道路養護維修中。傳統的路面三維重構模型的數據來源大致分為三種:(1)GPS或全站儀野外測量的離散數據;(2)公路設計數據;(3)從影像中提取的道路特征數據。運用這些數據所建立的三維重構模型也只能反映道路的宏觀信息，如公路附屬設施的定位及查詢，公路周邊地形環境等。

隨著信息科學發展和應用的不斷深入以及信息管理的數字化和虛擬現實技術的快速發展，三維仿真系統的發展也日新月異。同時，交通事業的飛速發展，對道路的可視化需求也愈發迫切。融合三維檢測數據，通過三維建模實現路面三維重構，進一步建立三維可視化數字路面系統，有助于公路系統更加科學地管理大規模公路路面。通過三維路面可視化重構可以查看路面車轍以及道路軌跡，精確地定位路面各種病灶并給出病灶的各種數字信息(經緯度、高程、里程、車轍、平整度、容積、體積等)，尤其是針對路面坑槽和擁包進行了準確定位，為計算路面坑槽的容積和擁包的體積提供了依據，為進一步制定養護方案提供重要的數據信息。三維可視化數字路面系統的開發有助于便捷、高效地制定科學合理的路面養護方案，提高公路服務水平。

綜上所述，三維數字路面信息的顯示技術有利于道路檢測技術向系統化、智能化的方向發展。