路面快速檢測設備檢測技術性能評價研究

李志強

（山西省交通科學研究院 黃土地區公路建設與養護技術交通行業重點實驗室，山西 太原 030006）

0 引言

隨著公路里程的不斷增加，高速公路將逐步進入養護維修期，同時部分干線公路也面臨著升級改造的問題，快速檢測技術成為瀝青路面的快速檢測、合理評價及科學決策的技術支撐。目前路面快速檢測設備已經普遍應用在我國路面檢測工作中，其中路面病害、平整度、車轍3項指標是路面技術狀況評定的主要檢測指標[1]，該類設備除可通過計量部門的檢定或測試外，還可通過比對或模擬試驗進行設備的準確性驗證。結合我國瀝青路面性能評價要求及近年來多功能檢測設備的使用實踐，對該類設備的快速檢測技術性能進行分析，主要有圖像采集和識別技術性能、平整度檢測技術性能及車轍檢測技術性能。

1 路面破損圖像識別技術性能分析

1.1 路面病害分類

《公路技術狀況評定標準》（JTG H20—2007）[1]將瀝青路面損壞劃分為龜裂、塊狀裂縫、縱向裂縫、橫向裂縫、坑槽、松散、沉陷、車轍、波浪擁包、泛油、修補11類。孫立軍教授將瀝青路面損壞現象分為四大類[2]：

a）裂縫類 面層結構完整性破壞，如龜裂、塊狀裂縫、縱向裂縫、橫向裂縫。

b）變形類 面層雖然保持結構完整但形狀改變，如車轍、沉陷、波浪擁包。

c）表面損壞類 表面局部或部分材料，如瀝青、細集料、粗集料或混合料的散失或磨損，如磨損、坑槽。

d）其他類 泛油、修補。

1.2 路面病害識別方法

快速道路檢測設備可對以上裂縫類、表面損壞類、其他類病害進行識別，對變形類病害則不易進行識別。圖1為路面連續拍攝的合成圖像。路面后期處理軟件可對裂縫類進行自動識別，但無法自動識別塊狀裂縫、龜裂等網狀類裂縫，對面積類統計的其他病害也無法自動識別。針對這一情況，可在自動識別的基礎上輔以人工識別，人工識別可自定義病害類別后進行準確標注，對自動識別的錯誤進行糾正，兩者結合既可減少工作量，又能滿足規范要求。

圖1 路面采集合成圖片

1.3 路面圖像識別準確性試驗

為測定快速檢測狀態下路面攝像系統的圖像識別準確性，可通過設計路面模擬圖樣（見圖2）進行驗證，圖樣事先固定在地面上，且保證圖像在檢測過程中不被移動和變形。固定之后進行圖像采集，采集完后用處理軟件對圖像進行處理，識別圖樣尺寸，通過人工測量圖樣尺寸與路面攝像系統拍攝圖像尺寸進行比較，檢驗圖像識別的準確性。

圖2 路面圖樣

路面攝像系統圖像識別與圖樣實測數據分析見表1。從表中可以看出，圖形尺寸長度或寬度的相對誤差在±3%之內，裂縫分辨率小于等于1 mm，圖像效果良好。

2 路面平整度檢測技術性能分析

2.1 國際平整度指數比對試驗

《公路技術狀況評定標準》（JTG H20—2007）中，道路平整度的檢測指標是采用世界銀行制定的國際平整度指數（IRI），被定義為：模擬1/4車在80 km/h速度下，車身懸掛系總位移與行駛距離之比（單位m/km），目前已被大多數國家采用。在我國瀝青路面技術狀況評定及對公路的交竣工驗收中，均采用國際平整度指數。由于國際平整度指數真值的設定較為困難，一般采用設備間的比對進行驗證，可根據設備間的比對試驗進行檢測值的修正。由于瀝青路面國際平整度值主要分布在0.6～2.4 m/km，比對試驗過程中選擇不同值域范圍的路段，往往實際中較難選取，因此可通過人工設定不同路況的模擬試驗路段進行試驗。

2.2 國際平整度指數模擬試驗

考慮到真值確定的難度，僅對設備的重復性進行模擬試驗研究。試驗方案為：在600 m測試路段上以不同間距設置模板來模擬IRI測試環境，檢測時車輪從模板上陸續通過，根據車輛的顛簸情況記錄模擬路段的平整度。具體為：在600 m路段上每100 m設置不同高度模板塊，同一斷面左右輪跡帶處高度一致，要求檢測車平整度系統能夠檢測到模擬的路面狀況，給出IRI測值。重復采集10次。

2.3 國際平整度指數重復性試驗結果分析

多功能道路測試車進行了10次重復性測試，測試結果見表2。

表2 國際平整度指數IRI模擬試驗數據采集結果及誤差分析m/km

從表中可知，隨著模板高度與數量的增加，平整度指數也逐漸增大，標準差均小于0.1 m/km，變異系數均小于3%。左、右側測值基本接近，但也出現一側較大一側較小的現象，這與車輛的載重分布、測試速度、行駛軌跡有一定關系，還需進一步開展相關研究。

3 路面車轍深度檢測技術性能分析

3.1 路面車轍檢測試驗

《公路技術狀況評定標準》（JTG H20—2007）中瀝青路面車轍不同于其他病害，作為單項指標進行評價，說明該指標的重要性。國內采用多個激光頭進行全斷面測試，也有采用線激光進行采集。相比點激光，線激光對車轍檢測更為先進，可精準測定車道寬度內的車轍輪廓，線激光車轍檢測寬度可達到4 m，滿足規范要求。根據《公路路基路面現場測試規程》（JTG E60—2008）給出的7種斷面類型[3]，計算軟件可計算出路面左、右輪跡帶的車轍深度。

3.2 路面車轍檢測性能驗證試驗

由于路面車轍的形式多樣化，進行車轍的準確性檢驗中，選擇基準的原地面線較為困難，一般采用3 m直尺輔以深度尺進行檢驗，但與檢測軟件計算結果可能存在差別。因此在進行車轍測試試驗中，需要預先設定原地面基準線，再設定不同的高度車轍，進行模擬試驗。具體測試方案為：選擇平整的路段600 m以上，在不同100 m測試路段上以相同間距設置模板來模擬車轍深度的測試環境，車轍板塊尺寸應滿足檢測采集要求，進行重復試驗，對車轍檢測結果的準確性和穩定性進行檢驗。

3.3 路面車轍驗證試驗結果分析

表3 車轍深度模擬試驗數據采集結果及偏差分析

在設定的車轍試驗路段進行了8次數據采集，檢測結果及偏差分析見表3。從表中可知，5段模擬檢測車轍平均深度偏差小于1.5 mm。偏差率小于15%，重復性試驗變異系數除個別段落（2左）外，均小于15%。測值與標準值換算關系見式（1），經修正后5段模擬檢測車轍平均深度偏差小于1.3 mm，偏差率小于5%。

式中：x為設備檢測值，mm；y為標準值，mm。

4 結論

通過對道路測試設備圖像采集、平整度檢測、車轍檢測技術性能的模擬試驗研究，得到了其檢測性能具有路面圖像相對誤差較小、裂縫分辨率較高、平整度檢測重復性好、車轍檢測準確性較高等特點，可滿足使用要求。

但上述測試方法還需進一步完善，因實際道路中多數路段（如高速公路）國際平整度指數在0.6～1.2 m/km，車轍深度在10 mm以下，在平整度模擬試驗中應增加國際平整度指數在1 m/km以下模擬路段，在車轍驗證試驗中應增加車轍小于10 mm以下的模擬路段，以保證與實際測值的一致性。