國內(nèi)路面自動(dòng)檢測(cè)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(cè)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(duì)檢驗(yàn)和控制工程質(zhì)量至關(guān)重要，而且還決定著道路養(yǎng)護(hù)決策的科學(xué)化程度和養(yǎng)護(hù)資金的優(yōu)化分配。國外在路面檢測(cè)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(jìn)與自主研發(fā)，在路面檢測(cè)領(lǐng)域也取得了較大的發(fā)展。本文在對(duì)國內(nèi)路面自動(dòng)檢測(cè)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(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)展的歷程，對(duì)有代表性的檢測(cè)裝備進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，同時(shí)指出了存在的問題，并探討了公路路面破損自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)未來的發(fā)展方向。
一、國內(nèi)路面自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)發(fā)展歷程
我國對(duì)路面自動(dòng)檢測(cè)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(shí)公路建設(shè)的快速發(fā)展，使我國公路養(yǎng)護(hù)里程迅速增長，與此同時(shí)，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(hù)需求，使我國公路養(yǎng)護(hù)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(jìn)和自主開發(fā)，開始了路面檢測(cè)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(cè)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(dá)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(cè)車通過鑒定。該設(shè)備可在70km/h的速度下，快速檢測(cè)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(shí)別率可達(dá)90%以上，平整度的檢測(cè)精度達(dá)0.1mm，車轍檢測(cè)精度為1mm。
這是國內(nèi)首臺(tái)路面快速檢測(cè)系統(tǒng)，它的誕生，打破了國外檢測(cè)設(shè)備在國內(nèi)檢測(cè)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(jià)。雖然該系統(tǒng)在某些功能上已達(dá)到國際先進(jìn)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(cè)系統(tǒng)” 。該系統(tǒng)在多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)方面擁有國際首創(chuàng)的專利成果，同時(shí)完全擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并通過交通部技術(shù)認(rèn)定。
三、路面快速檢測(cè)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(jì)體制——加速度傳感器修正的激光高程縱斷面檢測(cè)系統(tǒng)，高程測(cè)量精度達(dá)0.035mm，同時(shí)可按照我國部頒規(guī)程自動(dòng)、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(bào)表。
車轍檢測(cè)子系統(tǒng)采用首創(chuàng)的激光單片光全車道車轍斷面檢測(cè)系統(tǒng)，真實(shí)而定量的給出車轍斷面曲線，車轍斷面高程檢測(cè)精度達(dá)1mm，檢測(cè)寬度達(dá)4m，行駛速度可達(dá)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(shí)也能按我國交通部規(guī)程要求給出計(jì)算PCI所必須的車轍長度。
路面破損檢測(cè)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(cè)量精度：坑槽檢測(cè)精度5mm、裂縫檢測(cè)精度1mm、錯(cuò)臺(tái)檢測(cè)精度2mm，同時(shí)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(bào)表。
“JG-1型激光三維路面狀況智能檢測(cè)系統(tǒng)”的研制成功，迫使國外同行在短短半年時(shí)間內(nèi)將進(jìn)入中國的產(chǎn)品進(jìn)行了兩次技術(shù)升級(jí)，同時(shí)價(jià)格降低了一半，該檢測(cè)系統(tǒng)還被國家交通部列為車載式公路路面檢測(cè)系統(tǒng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。但該設(shè)備只是各個(gè)子系統(tǒng)簡單的累加，對(duì)同一條道路，每次只能檢測(cè)一項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)據(jù)，沒有實(shí)現(xiàn)所有指標(biāo)的同步檢測(cè)，同時(shí)在后期破損圖像的識(shí)別方面仍需改進(jìn)。
武漢武大卓越科技有限責(zé)任公司自2004年研制出第一臺(tái)智能道路路面自動(dòng)檢測(cè)車至今，共經(jīng)歷了四次技術(shù)升級(jí)，其第四代智能檢測(cè)系統(tǒng)ZOYOM-RTM已達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，該系統(tǒng)可在100km/h的速度下，同時(shí)檢測(cè)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(cè)系統(tǒng)采用近景立體測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的幾何尺寸測(cè)量，同時(shí)與車輛定位與定姿數(shù)據(jù)融合，實(shí)現(xiàn)被測(cè)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(duì)位置關(guān)系。
圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)采用自動(dòng)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(jìn)行分離，同時(shí)可以對(duì)橫裂、縱裂等較規(guī)則的裂縫進(jìn)行計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別，識(shí)別率可達(dá)到95%，但對(duì)較為復(fù)雜的裂縫類型如龜裂、網(wǎng)裂等尚需人工識(shí)別。
交通部公路科學(xué)研究院在西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目和國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)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(cè)系統(tǒng)CiCS（Cracking image Collection System）。在實(shí)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(shí)產(chǎn)權(quán)和世界先進(jìn)技術(shù)水平的多功能路況快速檢測(cè)裝備，是目前國內(nèi)最先進(jìn)的路面檢測(cè)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(shí)別系統(tǒng)CiAS（Cracking image Analysis System）能夠自動(dòng)識(shí)別和處理由CiCS采集的路面損壞圖像，對(duì)裂縫、坑槽等路面損壞進(jìn)行自動(dòng)分析和處理，找出裂縫位置，計(jì)算裂縫長度、寬度和路面損壞率。CiAS能夠識(shí)別1mm以上的瀝青路面和水泥混凝土路面裂縫，自動(dòng)剔除水泥混凝土路面接縫，損壞識(shí)別率達(dá)到了90%～95%，滿足《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTGH20-2007）的要求，檢測(cè)結(jié)果可以直接導(dǎo)入路面管理系統(tǒng)，用于路況評(píng)價(jià)和養(yǎng)護(hù)分析。
四、展望
國內(nèi)路面自動(dòng)檢測(cè)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(dá)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(dòng)識(shí)別方面尚有欠缺。如何實(shí)現(xiàn)破損圖像的完全自動(dòng)識(shí)別且保證自動(dòng)識(shí)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(dòng)對(duì)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(cè)手段仍較為落后，多數(shù)地區(qū)的公路檢測(cè)仍以人工為主，進(jìn)而極大的影響了養(yǎng)管工作的效率。路面自動(dòng)檢測(cè)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(cè)效率。本文詳細(xì)介紹了國內(nèi)外公路路面自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展歷程，并對(duì)有代表性的檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，同時(shí)指出了存在的問題，并探討了公路路面破損自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)未來的發(fā)展方向。
