CiCS檢測車在瀝青路面檢測中的應(yīng)用分析

摘要：CiCS檢測車作為瀝青路面檢測工作的重要構(gòu)成，能夠更高效快速地完成路面檢測工作，支持道路養(yǎng)護(hù)工作的開展，為交通安全和人們出行奠定基礎(chǔ)。文章介紹了CiCS道路檢測車技術(shù)，結(jié)合案例深入研究路面檢測中CiCS檢測車的應(yīng)用，梳理運(yùn)用要點(diǎn)，以期為相關(guān)工作或人員提供有效參考。

關(guān)鍵詞：瀝青道路；路面檢測；CiCS道路檢測車

U418.3+2A190603

0 引言

我國高速公路里程已經(jīng)超過12×104 km，公路總里程超過457×104 km。隨著我國城市建設(shè)和公路事業(yè)逐漸發(fā)展完善，對于道路路面的檢測工作量也越來越大，養(yǎng)護(hù)檢修任務(wù)越來越重，對道路檢測技術(shù)和養(yǎng)護(hù)技術(shù)提出了更高要求。道路檢測逐漸從人工檢測發(fā)展為設(shè)備自動檢測，從單一儀器檢測發(fā)展為多項設(shè)備綜合檢測，提高了道路監(jiān)測技術(shù)水平。目前國內(nèi)省干線公路以及高速公路均已采用CiCS檢測車展開道路檢測任務(wù)，能夠?qū)r青路面結(jié)構(gòu)深度、平整度、車轍等情況展開快速檢測。道路檢測車是以車輛為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上綜合應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)、光電技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，安裝高分辨率相機(jī)對路面進(jìn)行圖像采集，準(zhǔn)確識別路面坑槽、裂縫等病害。采集路面信息后均集中保存在計算機(jī)系統(tǒng)中，計算機(jī)軟件將根據(jù)采集數(shù)據(jù)計算平整度、路面破損深度等數(shù)據(jù)，快速而高效地完成路面檢測任務(wù)。本文從CiCA檢測車的技術(shù)特征以及具體應(yīng)用展開研究。

1 CiCS檢測車

1.1 檢測原理

CiCS檢測車是以機(jī)動車為基礎(chǔ)，同時應(yīng)用多種技術(shù)實現(xiàn)路面檢測工作；安裝線陣相機(jī)進(jìn)行路面圖像的采集任務(wù)，發(fā)現(xiàn)路面坑槽等路害問題；安裝面陣相機(jī)捕捉公路側(cè)景觀影像；安裝激光測距傳感器連續(xù)性檢測路面平整度情況；安裝激光測距傳感器測量車轍情況。檢測車完成數(shù)據(jù)影像采集后，所有數(shù)據(jù)均被保存至計算機(jī)硬盤系統(tǒng)中，計算機(jī)軟件自動展開數(shù)據(jù)分析，計算平整度、車轍深度、路面破損率等指標(biāo)。同時，軟件可根據(jù)圖像和數(shù)據(jù)還原路面圖像，更直觀地呈現(xiàn)出路面情況。

1.2 檢測系統(tǒng)

CiCS檢測車檢測系統(tǒng)主要由平整度檢測系統(tǒng)、路面圖像采集相機(jī)、車轍圖像采集相機(jī)、測距系統(tǒng)、GPS系統(tǒng)構(gòu)成。其中平整度檢測系統(tǒng)在右側(cè)中門腳踏部分，能夠?qū)v斷面高程進(jìn)行檢測，并按照以式（1）對平整度進(jìn)行計算。激光位移傳感器、路面圖像采集相機(jī)采取高分辨率的線陣相機(jī)安裝于后方，車輛駕駛期間，下方光源設(shè)備可滿足相機(jī)照明需要，保證路面圖像清晰［1］。車轍圖像采集相機(jī)安裝于保險杠前端，相機(jī)激光測距功能能夠?qū)M斷面高程進(jìn)行檢測，并計算得到車轍深度。測距系統(tǒng)主要在右后輪外側(cè)，安裝距離定位器進(jìn)行道路測量，并安裝光學(xué)增量編碼器進(jìn)行定位。GPS系統(tǒng)主要在車頂位置安裝GPS天線，對病害以及道路定位，記錄病害具體位置。見圖1。

RQI=1001+α0eα1IRI（1）

式中：IRI——國際平整度指數(shù)；

α0——系數(shù)，一級公路和高速公路取值0.026，其他等級取值0.018；

α1——系數(shù)，一級公路及高速公路取值0.65，其他等級取值0.58。

1.3 檢測指標(biāo)

按照《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG5210-2018）中對路面技術(shù)指數(shù)（PQI）的規(guī)定，使用CiCS檢測車進(jìn)行以下指標(biāo)的檢測工作：

（1）路面駕駛質(zhì)量（RQI）。CiCS檢測車正常行駛過程中，能夠利用車輛前后安裝的測距設(shè)備檢測路面平整度，再根據(jù)加速度計補(bǔ)償輸出IRI數(shù)值。計算公式如式（1）所示，能夠計算得出檢測路面的平整度數(shù)值。

（2）路面破損率（PCI）。CiCS檢測車駕駛過程中借助于照明設(shè)備以及圖像掃描技術(shù)能夠檢測路面破損情況，使用軟件對病害問題展開精準(zhǔn)分析，并計算PCI參數(shù)對路面情況進(jìn)行評價。計算公式為：

PCI=100-α0DRα1（2）

式中：DR——路面破損率；

α0——參數(shù)，一級路面和高速公路取值15；

α1——參數(shù)，一級公路和高速公路取值0.412。

（3）路面車轍（RDI）。CiCS檢測車行駛過程中能夠利用車轍檢測系統(tǒng)自動化測量路面變形情況，紅外激光發(fā)射器能夠探查路面變形以及不平整的病害問題，CCD相機(jī)能夠?qū)ψ冃魏蛙囖H進(jìn)行拍攝，從而測量車轍深度。RDI計算公式如下：

RDI=100-α0RD （RD≤RDα）

60-α1RD-RDα （RDαlt;RD≤RDb）

0 （RDlt;RDα）（3）

式中：RD——車轍深度；

RDα——車轍深度的參數(shù)，一般取值20 mm；

RDb——車轍深度最大數(shù)值，一般取值35 mm；

α0——模型參數(shù)，一般取值2；

α1——模型實際參數(shù)，一般取值4。

（4）路面技術(shù)指數(shù)（PQI）。經(jīng)過對上述指標(biāo)的檢測，計算PQI對路面質(zhì)量進(jìn)行綜合評價。計算公式為：

PQI=WPCI·PCI+WRQI·RQI（4）

式中：WPCI ——PCI的權(quán)重；

PCI——路面破損指數(shù)；

WRQI——RQI權(quán)重；

RQI——路面行駛質(zhì)量指數(shù)。

2 CiCS檢測車在道路瀝青路面檢測中的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用案例

本文以我區(qū)某高速公路檢測工作為例。該公路全長90 km，寬度為24.5 m，采取雙向四車道，設(shè)計速度為120 km/h。將每100 m作為一個檢測區(qū)間，使用CiCS檢測車進(jìn)行全線路的路面檢測工作。

2.2 車轍檢測

在道路路面上的車轍作為最常見的一類路害，通過對車轍深度進(jìn)行檢測，能夠?qū)烦休d能力以及強(qiáng)度進(jìn)行判斷，從而對路面養(yǎng)護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。CiCS檢測車能夠準(zhǔn)確找到車轍路段，并以車轍兩端作為起點(diǎn)，向兩側(cè)進(jìn)行測量，改距離為檢測段［2］。將車輛駕駛到檢測段的一側(cè)，啟動CiCS檢測車，設(shè)定加速度為40 km/h，對檢測段進(jìn)行勻速檢測，檢測過程中紅外激光發(fā)射器以及CCD相機(jī)能夠?qū)Ω鱾€點(diǎn)位進(jìn)行檢測，經(jīng)過對比監(jiān)測點(diǎn)位高程以及位置，計算得到車轍深度。相較于其他測量設(shè)備和技術(shù)方法，基于紅外激光發(fā)射器以及CCD相機(jī)的CiCS檢測車可以保證在行車測量方向有較高的采樣率，能得到幾乎連續(xù)的橫斷面，有利于車轍長度的計算。從檢測原理來看，這一測量方法在國內(nèi)高端設(shè)備中的應(yīng)用較為廣泛，通過一側(cè)激光線在特定角度下的投射，另一側(cè)由SICK等CCD相機(jī)采集道路表面圖像，觀察測量對象表面是否存在形變，若存在且數(shù)據(jù)提取繪制為曲線，則可通過曲線行列信息得到路面實際起伏數(shù)據(jù)。需要注意的是，選用該技術(shù)開展道路車轍測量作業(yè)前，需標(biāo)定相機(jī)像素級別，提前得到像素級表定標(biāo)，然后根據(jù)測量結(jié)果換算得到物方實際坐標(biāo)，從而精準(zhǔn)計算車轍。

本文先通過CiCS檢測車進(jìn)行車轍檢測，再由人工到現(xiàn)場對車轍進(jìn)行測量。經(jīng)過檢測，在200 m路段內(nèi)，CiCS檢測車測量車轍深度分別為左側(cè)2.05 mm、右側(cè)1.73 mm，人工測量車轍深度分別為左側(cè)1.95 mm、右側(cè)1.45 mm，存在誤差為0.2 mm/0.28 mm，均處于允許誤差值2 mm之內(nèi)。在400 m路段內(nèi)，CiCS檢測車測量車轍深度分別為左側(cè)2.14 mm、右側(cè)1.87 mm，人工測量車轍深度分別為左側(cè)1.92 mm、右側(cè)1.65 mm，存在誤差為0.12 mm/0.22 mm，均處于允許誤差值2 mm之內(nèi)。可見CiCS檢測車檢測值具有較高精確度，同時也能避免由于人為測量失誤引起的數(shù)據(jù)錯誤，在精準(zhǔn)度、效率等方面具有明顯優(yōu)勢。

2.3 結(jié)構(gòu)深度

通過檢測結(jié)構(gòu)深度能夠了解路面粗糙程度，如果路面粗糙過于嚴(yán)重，可能會影響到車輛正常駕駛，相反的如果路面過于光滑，將影響車輛駕駛過程中的正常剎車，增加剎車距離，影響到安全駕駛。CiCS檢測車通過對檢測段長度進(jìn)行測量，選擇2組以上路段進(jìn)行檢測，駕駛過檢測段后采集路面影像，將影像信息以及數(shù)據(jù)保存在計算機(jī)中，軟件能夠自動生成結(jié)構(gòu)深度。同樣地，對比人工測量值以及CiCS檢測車測量值，在200 m路段內(nèi)，CiCS檢測車測量結(jié)構(gòu)深度為0.75 mm，人工測量結(jié)構(gòu)深度為0.68 mm，存在誤差為0.07 mm，均處于允許誤差值5 mm之內(nèi)。在400 m路段內(nèi)，CiCS檢測車測量結(jié)構(gòu)深度為0.81 mm，人工測量結(jié)構(gòu)深度為0.78 mm，存在誤差為0.03 mm，均處于允許誤差值5 mm之內(nèi)。可見CiCS檢測車通過對路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行拍攝，能夠在計算機(jī)軟件的輔助下測量結(jié)構(gòu)深度，提供更為詳細(xì)的檢測資料。

2.4 路面平整度

路面平整度作為路面評價的重要指標(biāo)，不僅影響到駕駛舒適度，還會影響到駕駛安全性，和路面壽命也存在密切關(guān)聯(lián)性［3］。與其他檢測指標(biāo)不同，路面平整度是一個涉及人、車、路三方面的指標(biāo)。根據(jù)AASHTO道路試驗研究表明，大約95%的路面服務(wù)性能來自于道路表面的平整度。現(xiàn)行公路工程質(zhì)量檢測評定標(biāo)準(zhǔn)中各級道路及其結(jié)構(gòu)層平整度指標(biāo)的檢驗標(biāo)準(zhǔn)包括三方面，分別為平整度儀測定的標(biāo)準(zhǔn)差σ（mm）、三米直尺與路面的最大間隙h（mm）、國際平整度指數(shù)IRI（m/km）。目前，國內(nèi)廣泛使用的道路測量設(shè)備都具備快速測量路面平整度并計算IRI指標(biāo)的功能，其中包括CiCS道路檢測車技術(shù)。

CiCS檢測車從檢測段一段開始駕駛，前后輪均安裝激光測距器以及加速度計，測距機(jī)至少測量到左右輪跡帶，搭配使用DMI/GPS定位模塊、控制計算機(jī)，以此得到測量系統(tǒng)，實現(xiàn)對車輪痕跡平整度的精準(zhǔn)測量。測量期間，由數(shù)據(jù)采集卡同步采集數(shù)據(jù)，包括測距數(shù)據(jù)、加速度計數(shù)據(jù)等，使檢測人員準(zhǔn)確掌握加速度值G、GPS信息等。需要注意的是，測量過程中要注重使用加速度計二次積分消除顛簸影響，用DMI數(shù)據(jù)及其測算的速度信息消除測量中停車、加減速等帶來的影響等。根據(jù)測量獲取的道路縱坡面信息，結(jié)合使用標(biāo)準(zhǔn)IRI計算方法（世界銀行提供）得到自定義間隔數(shù)據(jù)下的IRI值，比如20 m、100 m等。計算公式為：

IRI=1（n-1）∑ni=1RSi（5）

式中：n——測量路段區(qū)域（≥11 m，測量間隔為25 cm）待計算平整度值中內(nèi)側(cè)點(diǎn)個數(shù)；

RSi——測量路段內(nèi)第i個測點(diǎn)的矯正斜率。

在CiCS道路檢測車實際運(yùn)用過程中，測光測距傳感器實則建立在慣性基準(zhǔn)之上，測量得到的道路縱斷面數(shù)據(jù)也可以在路面損耗判斷、構(gòu)造深度等方面發(fā)揮指標(biāo)性作用，實現(xiàn)道路平整度的低成本、高效率檢測。本文經(jīng)過對比人工測量以及檢測車測量的數(shù)據(jù)，計算平整度指標(biāo)。在200 m路段內(nèi)，檢測車測量偏差百分比為2.5%，人工測量偏差百分比為2.4%；在400 m路段內(nèi)，檢測車測量偏差百分比為1.9%，人工測量偏差百分比為2.2%，均處于允許偏差范圍內(nèi)。可見檢測車測量具有較高的進(jìn)度，能夠提供路面平整度數(shù)據(jù)支持。

2.5 路面破損

公路路面破損會直接影響到駕駛車輛的安全性。根據(jù)《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTGH20-2007）規(guī)定，瀝青路面裂縫、沉陷、泛油、修補(bǔ)等均算作損壞，在利用CiCS檢測車進(jìn)行路面破損檢測時，主要將路面損壞檢測系統(tǒng)安裝在測量載車平臺尾部，相較于其他檢測方法，這一測量技術(shù)更能精準(zhǔn)定位路面破損的具體位置。該測量系統(tǒng)包括采集硬件（面陣工業(yè)相機(jī)/CCD線掃描相機(jī)）、輔助照明（線激光器等）組成。其中，相機(jī)多用通用RJ45接口或CameraLink接口，根據(jù)實際測量場景靈活優(yōu)選；照明系統(tǒng)以及高分辨率的相機(jī)的安裝能夠快速收集路面破損圖像，相機(jī)能夠提供高分辨率的圖像，同時結(jié)合人眼觀察路面裂縫病害，運(yùn)用交叉補(bǔ)光方法全面測量，多臺高分辨率線掃描相機(jī)和兩臺大功率線激光器同步工作，若具有破損光線照射將產(chǎn)生陰影，方便對破損路面進(jìn)行對比分析，準(zhǔn)確定位破損位置，指導(dǎo)管理單位進(jìn)行針對性維修管理。本文選用紅外808 nm激光器，采用線掃描相機(jī)結(jié)合線激光器的方式，采集1 nm分辨率的圖像，經(jīng)過對比人工測量以及檢測車測量的數(shù)據(jù)，計算路面破損率。在200 m路段內(nèi)，檢測車測量路面破損率為1.20%，人工測量路面破損率為1.31%；在400 m路段內(nèi)，檢測車測量路面破損率為1.85%，人工測量路面破損率為1.42%，均處于允許偏差范圍內(nèi)。

2.6 路面跳車和磨損檢測

根據(jù)公路技術(shù)情況標(biāo)準(zhǔn)，路面跳車以及磨損是新增檢測指標(biāo)，為了提高對路面檢測質(zhì)量的評價，更需要從這兩個方面展開檢測［4］。在CiCS檢測車上應(yīng)用激光傳感器能夠測量縱橫斷面的高程差，從而評價路面跳車情況。對于路面磨損的檢測，在左輪和右輪輪跡帶安裝傳感器設(shè)備以及相機(jī)，能夠?qū)β访婺p進(jìn)行統(tǒng)計和拍照，再根據(jù)軟件計算磨損率，綜合評價路面質(zhì)量。CiCS檢測車行駛過程中，相機(jī)能夠拍攝路面磨損位置的高分辨率圖像，精準(zhǔn)獲取現(xiàn)場磨損圖片。本文經(jīng)過對路面磨損率和跳車段的統(tǒng)計對比，在200 m路段內(nèi)，檢測車測量跳車段為2個，路面磨損率為1.54%，人工測量跳車段為2個，路面磨損率為1.44%；400 m路段內(nèi)，檢測車測量跳車段為6個，路面磨損率1.87%，人工測量跳車段為5個，路面磨損率1.60%，均處于允許偏差范圍內(nèi)。相比于人工檢測，檢測車設(shè)備的測量范圍更為廣泛，也能避免由于人工失誤造成的誤差，更具有優(yōu)勢。

3 結(jié)語

綜上所述，隨著道路路面檢測技術(shù)的升級，CiCS檢測車在道路瀝青路面檢測中的應(yīng)用愈發(fā)廣泛、深入，已成為現(xiàn)代檢測技術(shù)中十分重要的方式以及設(shè)備。經(jīng)上述運(yùn)用分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有路面檢測技術(shù)正向自動化、智能化、快速化的方向發(fā)展，相關(guān)人員需正視現(xiàn)有檢測技術(shù)，了解檢測指標(biāo)物理意義、測量特征，及時引進(jìn)新檢測技術(shù)。本文圍繞道路CiCS檢測車技術(shù)核心與運(yùn)用展開分析，闡述了瀝青路面平整度、車轍、損壞等方面的快速檢測方法、技術(shù)路線，并結(jié)合案例總結(jié)其運(yùn)用效果，分析技術(shù)操作重點(diǎn)。在道路路面質(zhì)量評價以及檢測工作中，道路CiCS檢測車能夠更完全且全面地評價瀝青路面質(zhì)量，對路面存在的病害問題進(jìn)行準(zhǔn)確評估，最大程度上發(fā)現(xiàn)路面病害問題、平整度問題等，及時發(fā)現(xiàn)影響路面質(zhì)量以及駕駛安全性的威脅。搭配使用相機(jī)、傳感器等設(shè)備，能夠更全面地采集路面數(shù)據(jù)以及信息，獲取一手影響資料，在后續(xù)路面養(yǎng)護(hù)管理中，也能根據(jù)數(shù)據(jù)和影像資料制定更精準(zhǔn)而詳細(xì)的維護(hù)管理方案，提高道路維護(hù)管理效率。相比于人工檢測工作，CiCS檢測車在檢測效率、精準(zhǔn)度以及檢測時間上均具有明顯優(yōu)勢。

但是，就技術(shù)發(fā)展方向引領(lǐng)而言，公路地理環(huán)境多樣，產(chǎn)品升級換代周期長，因此還需不斷設(shè)計完善道路CiCS檢測車，仔細(xì)了解各檢測指標(biāo)的各種特性并進(jìn)行總結(jié)，靈活優(yōu)化檢測方案，借助引進(jìn)人工智能等先進(jìn)技術(shù)手段，進(jìn)一步提高CiCS檢測車性能和優(yōu)勢，以此推動道路檢測技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

［1］涂宙霖，陳涵深.基于YOLOv7與Jetson Orin的路面破損檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.電腦知識與技術(shù)，2023，19（9）：50-52.

［2］陳滿軍，張 萌，劉澤鋒，等.輕量化便攜式路面病害智能檢測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)［J］.工程質(zhì)量，2022，40（10）：74-79.

［3］劉梓然.基于多傳感器融合的路面平整度檢測方法研究［D］.阜新：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2022.

［4］張杰文.道路綜合檢測車在公路檢測中的推廣應(yīng)用［J］.大眾標(biāo)準(zhǔn)化，2022（10）：187-189.