國內(nèi)路面自動檢測系統(tǒng)研究歷程及展望
2011-12-21 來源：中國百科網(wǎng)
路面狀況檢測技術(shù)是公路建設(shè)與管理中的關(guān)鍵性、基礎(chǔ)性技術(shù)，它不僅對檢驗和控制工程質(zhì)量至關(guān)重要，而且還決定著道路養(yǎng)護決策的科學(xué)化程度和養(yǎng)護資金的優(yōu)化分配。國外在路面檢測技術(shù)方面的研究已經(jīng)有30多年的歷史，并且隨著高新技術(shù)的發(fā)展已逐漸趨于成熟。我國從20世紀(jì)80年代后期開始，通過設(shè)備和技術(shù)引進與自主研發(fā)，在路面檢測領(lǐng)域也取得了較大的發(fā)展。本文在對國內(nèi)路面自動檢測技術(shù)分析的基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了國內(nèi)公路路面自動檢測系統(tǒng)發(fā)展的歷程，對有代表性的檢測裝備進行了詳細(xì)的介紹，同時指出了存在的問題，并探討了公路路面破損自動檢測技術(shù)未來的發(fā)展方向。
一、國內(nèi)路面自動檢測技術(shù)發(fā)展歷程
我國對路面自動檢測技術(shù)的研究最早可追溯于20世紀(jì)80年代后期，由于當(dāng)時公路建設(shè)的快速發(fā)展，使我國公路養(yǎng)護里程迅速增長，與此同時，重載交通和交通量的快速增長和快速出現(xiàn)的路面大中修養(yǎng)護需求，使我國公路養(yǎng)護管理部門承受了巨大的壓力。因此為滿足公路養(yǎng)管工作的需要，國內(nèi)由部分企業(yè)及科研院所如江蘇省寧滬高速公路股份有限公司、武大卓越科技有限責(zé)任公司和交通部公路科學(xué)研究院等通過設(shè)備與技術(shù)引進和自主開發(fā)，開始了路面檢測技術(shù)的研究工作，并取得了巨大的發(fā)展。
二、我國路面快速檢測系統(tǒng)介紹
2002年11月，由江蘇省寧滬高速公路股份有限公司、南京理工大學(xué)和南京路達基礎(chǔ)工程新技術(shù)研究所共同研制的N-1型路面狀況智能檢測車通過鑒定。該設(shè)備可在70km/h的速度下，快速檢測路面平整度、路面車轍、路面破損的數(shù)據(jù)，其中3～5mm的裂縫識別率可達90%以上，平整度的檢測精度達0.1mm，車轍檢測精度為1mm。
這是國內(nèi)首臺路面快速檢測系統(tǒng)，它的誕生，打破了國外檢測設(shè)備在國內(nèi)檢測行業(yè)的壟斷局面，同樣也有效地遏制了國外廠家的漫天要價。雖然該系統(tǒng)在某些功能上已達到國際先進水平，但在路面破損定位和破損信息傳輸方面的研究還有很大欠缺。
2004年11月23日，南京理工大學(xué)的賀安之、徐友仁、賀寧、賀斌等共同研制出了“JG-1型激光三維路面狀況智能檢測系統(tǒng)” 。該系統(tǒng)在多項關(guān)鍵技術(shù)方面擁有國際首創(chuàng)的專利成果，同時完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，并通過交通部技術(shù)認(rèn)定。
三、路面快速檢測系統(tǒng)的技術(shù)原理
該系統(tǒng)的平整度子系統(tǒng)完全按照國際通行的設(shè)計體制——加速度傳感器修正的激光高程縱斷面檢測系統(tǒng)，高程測量精度達0.035mm，同時可按照我國部頒規(guī)程自動、快速輸出國際平整度指數(shù)IRI、均方差σ和道路行駛質(zhì)量RQI報表。
車轍檢測子系統(tǒng)采用首創(chuàng)的激光單片光全車道車轍斷面檢測系統(tǒng)，真實而定量的給出車轍斷面曲線，車轍斷面高程檢測精度達1mm，檢測寬度達4m，行駛速度可達120km/h。與之配套的數(shù)據(jù)處理軟件可按國際慣例給出最大車轍深度及路段平均值，同時也能按我國交通部規(guī)程要求給出計算PCI所必須的車轍長度。
路面破損檢測子系統(tǒng)采用激光結(jié)構(gòu)光路線三維顯示技術(shù)，用多片激光組成的平行或正交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)光形象顯示與定量給出路面三維變形破損數(shù)據(jù)，測量精度：坑槽檢測精度5mm、裂縫檢測精度1mm、錯臺檢測精度2mm，同時其配套軟件可生成符合交通部規(guī)程要求的變形類破損面積與PCI報表。
“JG-1型激光三維路面狀況智能檢測系統(tǒng)”的研制成功，迫使國外同行在短短半年時間內(nèi)將進入中國的產(chǎn)品進行了兩次技術(shù)升級，同時價格降低了一半，該檢測系統(tǒng)還被國家交通部列為車載式公路路面檢測系統(tǒng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。但該設(shè)備只是各個子系統(tǒng)簡單的累加，對同一條道路，每次只能檢測一項指標(biāo)的數(shù)據(jù)，沒有實現(xiàn)所有指標(biāo)的同步檢測，同時在后期破損圖像的識別方面仍需改進。
武漢武大卓越科技有限責(zé)任公司自2004年研制出第一臺智能道路路面自動檢測車至今，共經(jīng)歷了四次技術(shù)升級，其第四代智能檢測系統(tǒng)ZOYOM-RTM已達到國內(nèi)先進水平，該系統(tǒng)可在100km/h的速度下，同時檢測路面平整度、路面車轍、路面破損、沿線道路設(shè)施和幾何線形等指標(biāo)。其沿線道路設(shè)施檢測系統(tǒng)采用近景立體測量技術(shù)，實現(xiàn)目標(biāo)的幾何尺寸測量，同時與車輛定位與定姿數(shù)據(jù)融合，實現(xiàn)被測目標(biāo)的線性參考坐標(biāo)與大地坐標(biāo)的相關(guān)，給出目標(biāo)的空間坐標(biāo)，確定絕對位置關(guān)系。
圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)采用自動分離處理技術(shù)，可將完好的路面圖像和存在破損的圖像進行分離，同時可以對橫裂、縱裂等較規(guī)則的裂縫進行計算機自動識別，識別率可達到95%，但對較為復(fù)雜的裂縫類型如龜裂、網(wǎng)裂等尚需人工識別。
交通部公路科學(xué)研究院在西部交通建設(shè)科技項目和國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）研究成果的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)了基于線掃技術(shù)的路況快速檢測系統(tǒng)CiCS（Cracking image Collection System）。在實施CiCS研發(fā)的過程中，充分吸收了英國和歐洲其他國家的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，采用了立足國內(nèi)、面向國際的技術(shù)思路。
CiCS是我國第一套具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)和世界先進技術(shù)水平的多功能路況快速檢測裝備，是目前國內(nèi)最先進的路面檢測設(shè)備，它能夠在正常車流速度下快速、準(zhǔn)確地采集路面損壞、道路平整度、路面車轍、路面紋理深度和前方景觀圖像數(shù)據(jù)。與CiCS配套的路面損壞識別系統(tǒng)CiAS（Cracking image Analysis System）能夠自動識別和處理由CiCS采集的路面損壞圖像，對裂縫、坑槽等路面損壞進行自動分析和處理，找出裂縫位置，計算裂縫長度、寬度和路面損壞率。CiAS能夠識別1mm以上的瀝青路面和水泥混凝土路面裂縫，自動剔除水泥混凝土路面接縫，損壞識別率達到了90%～95%，滿足《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTGH20-2007）的要求，檢測結(jié)果可以直接導(dǎo)入路面管理系統(tǒng)，用于路況評價和養(yǎng)護分析。
四、展望
國內(nèi)路面自動檢測技術(shù)發(fā)展到今天，其數(shù)據(jù)采集技術(shù)和功能已相當(dāng)成熟和完備，某些功能甚至已經(jīng)達到世界領(lǐng)先水平。但在后期數(shù)據(jù)處理尤其是路面破損圖像自動識別方面尚有欠缺。如何實現(xiàn)破損圖像的完全自動識別且保證自動識別的高準(zhǔn)確率，以及采集的數(shù)據(jù)與路面管理系統(tǒng)的自動對接，是目前需要攻克的技術(shù)難題。
五、結(jié)語
經(jīng)過20多年的努力，我國公路通車?yán)锍桃盐痪邮澜缜傲?，尤其是高速公路通車總里程已突?萬公里，居世界第二位，但相應(yīng)的公路檢測手段仍較為落后，多數(shù)地區(qū)的公路檢測仍以人工為主，進而極大的影響了養(yǎng)管工作的效率。路面自動檢測技術(shù)水平的提高，將極大地提升我國公路特別是高速公路的檢測效率。本文詳細(xì)介紹了國內(nèi)外公路路面自動檢測系統(tǒng)的發(fā)展歷程，并對有代表性的檢測設(shè)備進行了詳細(xì)的介紹，同時指出了存在的問題，并探討了公路路面破損自動檢測技術(shù)未來的發(fā)展方向。
