自動化檢測技術在農村公路路面質量評估中的作用

丁輔強

（樂山市公路機械化養護中心，四川 樂山 614000）

0 引言

農村公路是連接農村與城市地區的重要紐帶，在促進農村地區經濟發展和社會進步方面起重要作用。然而，許多農村地區的公路面臨著質量不佳、維護不足和資源有限等挑戰，這些問題不僅威脅著道路使用者的安全，也對農村地區的可持續發展構成了阻礙。傳統的路面質量評估通常依賴于人工檢查和主觀判斷，這種方法存在許多問題，如不精確、費時、昂貴、受人為因素影響等。因此，需要采取更有效的方法開展農村公路路面質量評估。

1 自動化檢測技術原理與應用

自動化檢測技術是一種利用現代傳感器、計算機和通信技術等，通過自動采集、處理與分析相關數據，實現對特定對象或過程的監測、評估與控制。其中，傳感器主要用于收集與特定對象或過程相關的數據，如溫度、壓力和振動數據；計算機系統對這些數據進行高速處理和分析，實現實時監測數據并檢測異常情況；通信技術主要用于數據傳輸，以供遠程監測和評估。在公路領域，自動化檢測技術廣泛應用于道路、橋梁、隧道等基礎設施狀態實時監測和評估，以確保其安全性和可維護性[1]。

自動化檢測技術的起源可追溯到20 世紀初。最早的應用之一是自動化工業生產線上的傳感器與控制系統，用于監測和調整生產過程。隨著計算機技術的發展，自動化檢測技術得以不斷改進和發展，應用領域也逐漸擴大。在公路領域，自動化檢測相關技術逐漸成熟，能夠更好地促進公路可維護性和安全性目標的實現。

自動化檢測技術在公路領域的應用主要涵蓋路面質量評估、交通流量監測、安全管理、設備維護等方面。路面質量評估是其中一個重要的應用領域，通過對路面的實時監測與數據分析，可以及時發現與解決路面病害問題，及時減少交通事故風險，提高道路安全性。

2 傳統手工評估方法的局限性

2.1 主觀性強

傳統手工評估方法的局限性主要在于評估存在主觀性。通常由巡檢人員或工程師根據視覺、感覺和經驗進行評價路面質量。然而，評估者的主觀判斷可能受到情緒、疲勞、環境條件等因素的影響，導致評估結果不穩定。

此外，不同的評估者可能對路面問題的識別標準存在差異，使得評估結果不一致。主觀性評估的另一個缺陷是不容易量化，難以提供準確的數據支持和可比性。

2.2 時間成本高

傳統手工評估方法的另一個局限性在于時間成本較高。手工評估通常需要大量的人力資源和時間，對于大范圍的公路網絡，手工評估需要巡查員沿道路行駛，逐一檢查路面質量，不僅費時費力，還可能需要多次檢查，以確保結果的準確性。時間成本的增加不僅會增加維護和管理的整體開銷，還可能導致評估不及時，延誤維護決策的制訂。

2.3 評估結果不精確

評估者的主觀判斷容易受到外部條件的干擾，如光照、天氣和交通情況等，可能導致評估結果不準確，無法提供準確的路面質量信息。此外，手工評估往往只能提供粗略的質量評估，難以識別路面上的細微問題，如微小裂縫或輕微凹陷等。

3 激光掃描技術原理與應用

3.1 激光掃描技術的基本原理

激光掃描技術是一種通過激光束發射和接收來獲取目標物體三維信息的自動化檢測技術，其基本原理是利用激光束在不同方向掃描，測量激光束從發射點到目標物體的反射時間，然后根據光速和時間差計算出距離。通過不斷變化掃描角度和位置，獲取目標物體的三維坐標信息[2]。

3.2 3D 激光掃描儀工作機制

在公路領域，3D 激光掃描儀通常安裝在車輛上，通過激光束掃描和接收，實時獲取路面高程、坡度、形狀等信息。3D 激光掃描儀還可以快速生成點云數據，用于后續的圖像處理與分析。

3.3 激光掃描技術在路面質量評估中的應用

激光掃描技術在路面質量評估中的應用包括路面平整度測量、裂縫和坑洞檢測、路面變形監測等。通過激光掃描技術，可以實時獲取路面三維數據，然后通過數據處理算法，識別和定量化路面問題，如坑洞的深度和寬度，裂縫的長度和寬度。這些數據能為維護和修復方案制訂提供依據，有助于提高路面質量、延長路面使用壽命。

3.4 農村公路路況快速檢測系統

農村公路路況數據采集特種設備（簡稱CiCS IV，廣泛用于農村公路自動化快速檢測及路面狀況智能評價，見圖1）的特點是能根據車流速度一次性、快速采集主要路況指標，包括路面破損、路面平整度、路面車轍等情況，還可以檢測前方景觀信息（見表1），同時利用主控軟件對采集數據進行樁號校正、路況記錄等。同時，該系統還具備地理坐標采集，支持GPS 和北斗雙模式定位，可以集成道路幾何線形。農村公路路況快速檢測系統CiCS IV 滿足國家標準《多功能路況快速檢測設備》（GB/T 26764—2011）、交通運輸部《公路技術狀況評定標準》（JTG 5210—2018）、《農村公路養護技術規范》（JTG/T 5190—2019）等標準和規范的檢測指標。

表1 CiCS IV 系統主要技術性能指標

圖1 多功能路況快速檢測系統（CiCS IV）

4 自動化檢測技術對農村公路可持續性的影響

4.1 可提高農村公路的質量和安全性

4.1.1 提升路面質量

激光掃描、圖像處理和GIS 等自動化檢測技術能夠提供全面、準確的路面信息，有助于及時發現路面問題，如裂縫、坑洞和變形，進而及時進行維護和修復，顯著提升路面質量，減少交通事故風險，提高道路使用者的安全感。

4.1.2 減少維護成本

自動化檢測技術高效、精確，有助于減少維護成本。通過及時發現和定量化路面問題，能夠制訂更具針對性維護決策，避免不必要的維修和資源浪費，有助于降低維護成本，這對資源有限的農村地區來說尤為重要。

4.2 延長農村公路使用壽命

一方面，自動化檢測技術使及時發現與維護農村公路路面問題成為可能。自動化檢測系統能夠分辨與儲存1mm 及以上的路面裂縫數據（見圖2），且檢測數據能長期保存。路面問題可以在早期階段被發現，為養護維修提供基礎信息，降低維修頻率，節省資源和資金，同時能夠有效避免問題進一步惡化，有助于延長農村公路使用壽命。

圖2 路面損壞自動識別系統（CiAS）界面

另一方面，自動化檢測技術支持長期監測與數據積累，能夠準確記錄與分析路面問題的變化趨勢，便于公路管理部門制訂長期維護策略，合理分配資源，保持道路的可維護性[3]。

4.3 促進農村地區可持續發展

自動化檢測技術的應用可以提高農村地區的公路質量和安全性，提高公路的可靠性，有助于改善農村地區的連接性，促進農村地區與城市之間的聯系，支持農村地區的發展、提高增加農村居民的生活便利性，促進農村地區的可持續發展。

5 結語

隨著我國農村公路規模的不斷擴大、農村經濟的增長，公路出行需求持續提高，對農村公路的建、管、養護水平提出了更高的要求。自動化檢測技術在農村公路路面質量評估中扮演重要角色，能夠有效克服傳統手工評估方法的主觀性、不精確性和資源限制等問題。

通過激光掃描技術，能夠創建高精度的三維地圖，提供全面、詳盡的路面信息；結合圖像處理技術，自動化檢測系統能夠細致分析路面狀況，包括檢測裂縫、坑洞等問題；地理信息系統（GIS）的應用有助于整合和分析這些數據，為路面質量評估提供更全面的信息支持。未來，隨著自動化檢測技術的廣泛應用，能夠進一步提高農村公路的可靠性、安全性和可持續性。