瀝青路面破損檢測技術(shù)的發(fā)展

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 交通與物流工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052）

改革開放以來，中國經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，交通建設(shè)也取得了巨大的成果。交通運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展是不同步的，通常包括適應(yīng)、超前、滯后三種。中國先前的交通建設(shè)主要是超前型，即通過交通的規(guī)劃和建設(shè)來拉動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，相信在不久的將來，交通建設(shè)將從超前型轉(zhuǎn)變?yōu)闇笮汀Ｈ绾螒?yīng)對(duì)這一轉(zhuǎn)變，需要更加充分地利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施、高新技術(shù)，加強(qiáng)交通管理和道路系統(tǒng)整體優(yōu)化。為了充分地利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施，必須做好道路養(yǎng)護(hù)工作，加強(qiáng)道路檢測。基于此，本文針對(duì)瀝青路面破損的不同檢測技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

國內(nèi)外道路路面破損檢測技術(shù)的發(fā)展均符合從傳統(tǒng)人工檢測到半自動(dòng)化半人工檢測，進(jìn)而發(fā)展成為自動(dòng)化無損檢測的規(guī)律。傳統(tǒng)的人工檢測技術(shù)和半自動(dòng)化半人工檢測技術(shù)存在較多不足之處，比如工作環(huán)境惡劣、工作人員人身安全得不到保障、影響交通正常運(yùn)行、檢測周期長、檢測結(jié)果受人為因素影響大。隨著信息技術(shù)和檢測技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化無損檢測技術(shù)彌補(bǔ)了上述不足。

1 國外路面破損自動(dòng)檢測技術(shù)的發(fā)展

1.1 傳統(tǒng)人工目測調(diào)查

在進(jìn)行人工目測調(diào)查時(shí)，首先應(yīng)按照一定的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)工作人員進(jìn)行統(tǒng)一培訓(xùn)，然后進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)地檢測。在進(jìn)行調(diào)查時(shí)，每個(gè)小組由兩三人組成，采用目測和簡單工具丈量相結(jié)合的方式沿路線步行進(jìn)行檢測，按照統(tǒng)一的檢測標(biāo)準(zhǔn)鑒別道路上出現(xiàn)的破損類型和嚴(yán)重程度，并記錄在統(tǒng)一的表格上，最后再進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理。傳統(tǒng)人工目測調(diào)查適用于交通量小、工程量小的低等級(jí)道路。但其存在檢測周期長、需要人力多、阻礙交通、人員安全得不到保障、檢測結(jié)果受人為因素干擾大等缺點(diǎn)，難以滿足大規(guī)模公路的檢測要求。

1.2 車載式自動(dòng)化采集設(shè)備

1.2.1 基于攝影技術(shù)的路面破損檢測系統(tǒng)

基于攝影技術(shù)的路面破損檢測技術(shù)最早起源于20 世紀(jì)60 年代末期。該技術(shù)依靠定位系統(tǒng)與高速攝像機(jī)的同步運(yùn)行得以實(shí)現(xiàn)，將路面破損圖像同步采集在35 mm 的電影膠片上，每張膠片上收錄了縱向6 m、橫向4.6 m 的路面面積，后在室內(nèi)進(jìn)行沖洗、判讀。此項(xiàng)技術(shù)的研制成功對(duì)公路養(yǎng)護(hù)來說有劃時(shí)代的意義，減小了檢測工作對(duì)正常交通的影響，減少了外業(yè)的工作量。但該系統(tǒng)僅能在夜間檢測，且針對(duì)病害單一，內(nèi)業(yè)工作量巨大，未能普及。此階段具有代表性的主要是日本PASCO 公司和法國LCPC 道路管理部門研制的GERPHO 系統(tǒng)。

1.2.2 基于模擬視頻技術(shù)的路面破損檢測系統(tǒng)

基于模擬視頻技術(shù)的路面破損技術(shù)出現(xiàn)在20 世紀(jì)80 年代。該技術(shù)依靠模擬視頻技術(shù)、磁帶儲(chǔ)存技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用模擬視頻技術(shù)的高性能攝像機(jī)對(duì)路面進(jìn)行采集，并以模擬電信號(hào)的形式記錄數(shù)據(jù)，最終應(yīng)用磁帶儲(chǔ)存技術(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)。后期圖像數(shù)據(jù)處理軟件在功能上相比于第一代有很大改進(jìn)，后期又逐步增加了對(duì)平整度、車轍、前方圖像等數(shù)據(jù)的檢測功能，但不能對(duì)裂縫進(jìn)行分類。而且此類檢測設(shè)備依舊僅能在夜間工作，車速只能保持在10 km/h 以內(nèi)，所以未能推廣。日本的Komatsu 系統(tǒng)代表了當(dāng)時(shí)的最先進(jìn)技術(shù)。

1.2.3 基于高速面陣數(shù)字相機(jī)的路面破損檢測系統(tǒng)

20 世紀(jì)90 年代中期，CCD（Charge-coupled Device）數(shù)字成像技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，在圖像采集速度、分辨率上得到了空前提升，采集速度已經(jīng)可以達(dá)到80 km/h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于模擬視頻攝像機(jī)；在后期數(shù)據(jù)處理過程中，因?yàn)閿?shù)字相機(jī)將物體圖像的灰度、彩色信息直接轉(zhuǎn)換成像素矩陣形式的數(shù)據(jù)，省去了模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換的過程，從而大大提升了數(shù)據(jù)的處理速率和準(zhǔn)確率。但是由于數(shù)字相機(jī)采集速率高、曝光時(shí)間短，需要增設(shè)人工照明光源方能達(dá)到預(yù)期的拍攝效果。車轍數(shù)據(jù)的采集依舊靠同一橫梁上的多個(gè)感應(yīng)器，造價(jià)昂貴。此階段路面破損檢測系統(tǒng)的代表主要為加拿大Road Ware 公司開發(fā)的ARAN（Automatic Road Analyzer）系統(tǒng)。

1.2.4 基于高速線掃描數(shù)字相機(jī)和激光照明技術(shù)的路面破損檢測系統(tǒng)

進(jìn)入21 世紀(jì)以來，線掃描的高速數(shù)字相機(jī)、紅外激光照明技術(shù)興起，使得路面破損檢測在圖像識(shí)別與輔助照明上有了巨大突破。該技術(shù)采用2 部高速線陣相機(jī)覆蓋4 m 寬路面，此時(shí)的采集速度已經(jīng)可以達(dá)到100 km/h，且可以實(shí)現(xiàn)在白天正常檢測，消除了陰影對(duì)路面造成的干擾。此階段最具有代表性的是加拿大INO 公司研究生產(chǎn)的LRIS（Laser Road Imaging System）系統(tǒng)以及美國ICC 公司的多功能路況檢測系統(tǒng)。

1.2.5 基于熱成像技術(shù)的路面破損檢測系統(tǒng)

隨著紅外熱成像技術(shù)的發(fā)展，熱成像技術(shù)開始應(yīng)用于路面破損的檢測系統(tǒng)的圖像采集過程中。因?yàn)槁访嫫茡p部位比完好路面的感光率小，所以，破損處的表面溫度與完好路面形成溫差，通過熱成像相機(jī)采集圖像后，兩種圖像形成強(qiáng)烈對(duì)比。但是礙于紅外相機(jī)的成本高昂、采集速率偏低等問題，這類路面檢測系統(tǒng)并未得到應(yīng)用。

1.2.6 基于3D 激光掃描技術(shù)的路面破損檢測系統(tǒng)

隨著3D 激光掃描技術(shù)的出現(xiàn)，基于3D 激光掃描技術(shù)的路面破損檢測系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。通過激光掃描技術(shù)對(duì)待檢測路面進(jìn)行掃描，用激光垂直射向道路表面獲得路面各點(diǎn)高差的集合。同時(shí)，利用高速面陣相機(jī)拍攝激光投影在路面上的輪廓線，通過高差集合與輪廓線組合得到3D 激光掃描出的路面圖像。此階段產(chǎn)品較有代表性的有德國大學(xué)奧斯汀分校開發(fā)的CrackScope 系統(tǒng)和美國University of Arkansas 開發(fā)的DHDV 檢測車與猶他州立大學(xué)開發(fā)的路面損壞自動(dòng)檢測系統(tǒng)。

2 中國路面破損自動(dòng)檢測技術(shù)的發(fā)展

20 世紀(jì)80 年代末，中國開啟了大規(guī)模公路建設(shè)，養(yǎng)護(hù)工作也隨之起步，在檢測工作開展初期基本依靠傳統(tǒng)人工目測法或高價(jià)采購國外進(jìn)口設(shè)備。近年來中國科研院校及技術(shù)開發(fā)公司開始自主研發(fā)路面破損圖像檢測系統(tǒng)，雖然起步相比于發(fā)達(dá)國家要晚，但是發(fā)展迅速，取得了不錯(cuò)的成績。

2002 年南京理工大學(xué)研制出了中國首輛路面智能檢測車JG-1 型，這臺(tái)智能檢測車?yán)冒惭b在車上的高精度高速圖像采集設(shè)備與處理設(shè)備，在以70 km/h 的速度檢測時(shí)對(duì)路面圖像進(jìn)行采集與儲(chǔ)存。采集儲(chǔ)存工作結(jié)束后進(jìn)行圖像處理分析工作，提取路面破損、平整度數(shù)據(jù)。這套系統(tǒng)對(duì)3～5 mm的裂縫準(zhǔn)確率大于90%，平整度檢測精度可達(dá)到0.1 mm。但是這套系統(tǒng)沒有實(shí)現(xiàn)多參數(shù)同步檢測，僅是子系統(tǒng)的簡單堆砌。

2004 年武漢大學(xué)開發(fā)了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的SINC-RTM 車載智能路面自動(dòng)化檢測系統(tǒng)，至今進(jìn)行了4 次技術(shù)升級(jí)，該系統(tǒng)可以滿足在100 km/h 的速度下進(jìn)行檢測，同步檢測路面破損、平整度、車轍，且檢測完成后可以得到備件路段的幾何線形相關(guān)指標(biāo)，在定位系統(tǒng)與測距儀器的作用下能對(duì)病害準(zhǔn)確定位。但其對(duì)裂縫和平整度的檢測精度較差。

北京公路科學(xué)研究院下屬子公司——中公高科養(yǎng)護(hù)技術(shù)股份有限股份公司研發(fā)了路面檢測車CiCS，利用高速線陣相機(jī)對(duì)路面圖像進(jìn)行采集，輔助以結(jié)構(gòu)光照明，能夠達(dá)到橫向3.6 m 的檢測寬度，并以100 km/h 的速度對(duì)路面的裂縫、車轍、平整度進(jìn)行檢測。與CiCS 配套的路面損壞識(shí)別系統(tǒng)CIAS（Cracking image Analysis System）可以實(shí)現(xiàn)對(duì)路面破損的自動(dòng)分析處理，最高檢測精度達(dá)到1 mm，準(zhǔn)確率達(dá)到了90%～95%。

3 結(jié)語

中國的路面破損自動(dòng)化檢測技術(shù)起步較晚，但發(fā)展迅速，整體水平不斷提高，目前滿足了中國公路建設(shè)、驗(yàn)收以及管養(yǎng)方面的需求。中國已經(jīng)逐步從大建設(shè)階段轉(zhuǎn)入大養(yǎng)護(hù)階段，將陸續(xù)有大量的運(yùn)營道路需要養(yǎng)護(hù)，部分新建成道路需要驗(yàn)收，未來將會(huì)面臨大量的道路檢測工作。綜合多項(xiàng)路面檢測指標(biāo)且能實(shí)現(xiàn)同步檢測的道路檢測車會(huì)在未來交通行業(yè)中得到廣泛推廣和應(yīng)用。但目前基于圖像的路面損壞識(shí)別主要集中在裂縫類病害上，僅對(duì)裂縫種類有了初步的分類，并未對(duì)裂縫的輕重等級(jí)進(jìn)行分類，存在對(duì)其他類型病害識(shí)別率低、效率低等問題。