路面检测技术综述文档格式.docx

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路面检测；

平整度；

车辙；

构造深度；

裂缝；

弯沉

０引言

近年来中国现代化建设快速发展，基础设施网络规模稳居世界前列，尤其在公路方面，获得了巨大的成就。

截至２０１６年底，中国“五纵五横”综合运输大通道基本贯通，综合交通网络初步形成。

公路总里程达到４６９．６万公里，全国９９．９９％的乡镇和９９．９４％的建制村通了公路，高速公路里程突破１３万公里，跃居世界首位。

２０１６年，全社会客、货运输量分别达１９２亿人次和４３３亿吨，中国成为世界上运输最繁忙的国家之一。

公路客货运输量及周转量均居世界首位，高速公路承担了全社会超过１／３的客运量和１／４的货运量。

随着公路里程的不断增加，高速公路网、国省县道路网和城市道路网迅猛发展。

为进一步提高公路交通运输的经济社会效益，中国在公路建设快速发展的同时，也越来越重视公路交通的运营管理、路面养护和服务水平。

公路养护管理工作日益重要，公路技术状况快速检测与评价成为道路科学养护工作的重中之重。

通过道路路面检测可以获取道路的技术特征，进而判断道路的使用情况以及损坏程度，为道路建设、养护管理提供重要依据。

公路技术状况检测与评价包括路面、路基、桥隧构造和沿线设施等四部分内容，其中道路路面检测评价包括路面损坏、平整度、车辙、抗滑性能（构造深度）和结构强度（弯沉）等。

如何快速、准确获取道路路面信息成为公路养护管理的关键所在。

国内外道路路面检测技术的总体发展趋势经历了３个阶段：

从传统的人工检测到半自动化检测，发展到无损自动检测。

传统的人工检测和半自动检测存在不足：

工作环境恶劣，检测人员的人身安全得不到保证，影响交通的正常运行；

费时，费人力，效率低，很难做到及时检测和周期性检测；

受人为因素影响，不利于对路面损坏进行客观和准确的评价。

随着检测技术和信息技术快速发展，第３阶段的无损自动检测主要体现在高速化、自动化和智能化方面，并且集成在多功能道路检测车上，能够同时检测路面损坏、平整度、车辙、抗滑性能（构造深度）和结构强度（弯沉），甚至能够检测道路线形、道路沿线设施等。

根据道路路面不同的检测与评价内容，需要采用不同的检测技术和仪器设备。

路面质量指标所采用的检测技术与每年的检测频次，在国家有关标准如《公路技术状况评定标准》（ＪＴＧＨ２０—２００７）、《公路工程质量检验评定标准》（ＪＴＧＦ８０／１—２００４）中已做了相应的规定。

多功能道路检测车能够高效且准确地进行路面技术特征检测，已广泛运用于高速公路、国省县道路及市政道路的检测，国内主要研制单位有长安大学道路交通智能检测与装备工程技术研究中心、交通运输部公路科学研究院公路养护管理研究中心、武汉武大卓越科技有限责任公司等，整体技术性能达到国际先进水平，现阶段中国道路检测主要以国产设备为主。

本文总结了路面检测研究领域重要成果，结合当前发展现状，分析了路面损坏、平整度、车辙、抗滑性能（构造深度）和结构强度（弯沉）检测技术，研究了检测技术的现状、不足与发展方向。

１路面损坏检测技术

路面损坏检测与评价主要内容如下《公路技术状况评定标准》（ＪＴＧＨ２０—２００７）：

（１）裂缝类，如龟裂（轻、中、重）、块状裂缝（轻、重）、纵向裂缝（轻、重）与横向裂缝（轻、重）等；

（２）变形类，如沉陷（轻、重）与波浪拥包（轻、重）等；

（３）松散类，坑槽与松散（脱皮、麻面、露骨、剥落）等；

（４）其他类，如泛油与修补等。

路面损坏状况的检测评价对于水泥混凝土路面，其主要内容有：

（１）裂缝类，如纵向裂缝、横向裂缝、斜向裂缝、角隅断裂、交叉裂缝与断裂板等；

（２）竖向位移类，如沉陷与胀起等；

（３）接缝类，如接缝填缝料损坏、纵向接缝张开、唧泥、板底脱空、错台、接缝碎裂与拱起等；

（４）表层类，如磨损和漏骨、纹裂、网裂、起皮与坑洞等。

在路面损坏检测与评价中，要求记录损坏的类型、大小、位置与严重程度等。

路面损坏检测是一项检测内容多、分类细、费时费力的检测项目。

路面损坏检测技术总体上可以分为两大类：

一类是以检测路表面裂缝为目的的数字图像检测技术，即对路表面拍摄高清晰照片，通过图像处理获取路面裂缝、泛油与修补等信息；

另一类是以检测路面变形为目的的激光位移检测技术，即检测路表面的相对变形，通过数据处理获得路面沉陷、坑槽与拥包等信息。

道路表面裂缝是道路路面结构退化的早期迹象之一，任由裂缝持续发展将加速路面破坏，检测判断裂缝的发展程度，是道路路面养护的重要依据。

最早采用的裂缝检测方法是人工检查，需要绘制裂缝位置图，并记录路面裂缝长度、走向与严重程度等具体情况。

由于手工方法取决于检测人员的知识和经验，检测结果易受人为因素影响。

近年来，基于图像自动识别的路面裂缝检测成为主流路面损坏检测方法［１］。

在实际工作中，裂缝的快速、准确检测与识别，是一个难度较大、不易解决的问题，因为：

裂缝与路面的对比度低，成像后裂缝不明显；

成像后裂缝的断续程度不同，不易准确计算裂缝长度；

与裂缝相似的非裂缝阴影干扰；

成像后的裂缝亮度受太阳光干扰严重。

为解决这些问题，国内外学者们提出了有针对性的解决方法，取得了比较好的效果。

一部分学者主要研究路面裂缝的图像处理技术，通过采用不同算法，实现路面裂缝的检测和识别；

另一部分学者主要研究如何提高路面裂缝图像的拍摄质量、检测和识别精度。

目前，国内外通过研究不同算法来实现路面裂缝识别的研究较多，并取得了较好的成果，在如何提高图像拍摄质量与降低算法难度方面的研究较少。

在实践工程应用中，后者的研究更有效，适应性更强。

１．１路面损坏检测系统

１．１．１国外路面损坏检测系统

从２０世纪７０年代第１辆路面损坏自动检测设备（法国的ＧＥＲＰＨＯ系统）［２］的诞生到现在，国外的路面损坏自动检测系统经历了四十多年的发展和更新换代，其发展过程主要经历了以下几个阶段。

（１）基于摄影技术的路面损坏检测系统基于摄影技术的路面快速检测设备最早起源于２０世纪６０年代末期，由日本的ＰＡＳＣＯ公司开始研发，但最早研制成功并投入使用的是法国ＬＣＰＣ道路管理部门开发的ＧＥＲＰＨＯ系统，该系统采用同步摄影数据采集技术与３５ｍｍ电影胶片，由高速摄像机和车辆定位系统来实现路面损坏图像的同步采集。

路面损坏图像胶卷经过冲洗，通过室内判读设备能再现路面损坏状况，这样技术人员即可在实验室判读各种路面病害，将判读结果人工输入到数据库［３］。

法国ＧＥＲＰＨＯ系统的研制成功，对公路养护历史来说具有划时代的意义，不但彻底改变了路面现场检测主要以人工为主的状况，而且极大地减轻了检测工作对交通流的影响。

但由于该系统只能在夜间工作，存在实验室后期处理工作量大、耗时长、检测功能单一等缺点，因此，当时未能得到普及。

（２）基于视频技术的路面损坏检测系统

随着视频技术与磁带存储技术的发展，２０世纪８０年代出现了基于视频技术的路面快速检测系统。

该系统与基于摄影技术的系统相比，在硬件和功能上均有较大提高，最主要的技术特点表现为：

用当时最先进的视频技术，通过高性能的摄像机对路面损坏数据进行采集，路面图像全部存储在录像带中；

在路面损坏检测的基础上，又逐渐增加了路面平整度、车辙和前方图像等数据的检测功能；

后期图像数据处理软件在功能上得到较大改进。

该类检测设备中最具代表性的是日本的Ｋｏｍａｔｓｕ系统，摄像车辆两侧灯光照射路面，具有路面裂缝图像采集功能，将采集到数据基于信号处理器和传感器传输给存储设备［４］。

Ｋｏｍａｔｓｕ系统代表了当时最先进的硬件技术，但是由于其不能识别裂缝的类型，而且为了控制光照条件，只能在夜间工作，车速必须控制在１０ｋｍ·

ｈ－１内，因此没有得到推广。

（３）基于高速面阵数字相机的路面损坏检测系统

２０世纪９０年代中期以后，ＣＣＤ数字成像技术和计算机图像处理技术的飞速发展，促进了以低成本、高分辨率、高采集速率的数字相机为采集设备的路面快速检测系统的诞生。

这种数字相机与模拟视频摄像机的区别是：

数字相机将物体图像的灰度或者色彩直接转成像素矩阵形式的数据，无需经过模拟／数字转换，其空间分辨率和图像采集速率要远远高于模拟视频摄像机。

该类系统具有以下优点：

采用面阵ＣＣＤ传感器对路面图像进行捕获，通过专用总线接口（ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ、千兆网与ＰＣＩＥ等接口）直接将图片数据存储到计算机硬盘中；

采用图像压缩技术对采集的图像数据进行实时压缩存储，节省硬盘空间；

采用ＧＰＳ定位技术和陀螺仪惯性系统对路线几何线形及横纵坡数据进行采集；

在后期数据处理过程中，采用路面图像预处理技术，提高了图像数据的处理速度和准确率。

这一时期比较成功的商业化产品有加拿大ＲＯＡＤＷＡＲＥ公司开发的ＡＲＡＮ系统、澳大利亚ＡＲＲＢ公司开发的Ｈａｗｋｅｙｅ２０００系统和瑞典ＩＭＥ公司研制的ＰＡＶＵＥ系统。

ＡＲＡＮ系统在ＫＯＭＡＴＳＵ系统基础上配置了高强度的闪光灯，摄像车的车速可达到８０ｋｍ·

ｈ－１。

ＰＡＶＵＥ系统的独到之处是拥有ＩＭＥ公司自行设计的图像处理系统，ＩＭＥ开发的１２个不同的ＶＭＥ芯片构成了图像处理系统的核心，全部ＰＡＶＵＥ处理系统包括８０个微处理器／板，图像处理软件固化在硬件中以提高处理的速度。

高性能的硬件使得ＰＡＶＵＥ系统能在８８ｋｍ·

ｈ－１的速度下以高解像度处理路面图像，其不足是破损图像以模拟格式存储在Ｓ－ＶＨＳ磁带上。

由于数字相机的采集速率较高，成像曝光时间短，需增加人工照明光源（高速闪光灯或者ＬＥＤ恒光源），才能获得较好的拍照效果［３］。

（４）基于高速线扫描数字相机和激光照明技术的路面损坏检测系统

２０００年以后，基于高速线扫描数字相机和激光照明技术的路面快速检测系统在路面损坏检测、辅助照明与图像识别等方面取得了巨大突破，其主要技术特征是用摄影技术和红外激光照明技术，使图像质量更加稳定。

该类检测系统中具有代表性的是加拿大ＩＮＯ公司生产的ＬＲＩＳ系统和美国ＩＣＣ公司生产的多功能路况检测系统。

ＩＮＯ公司的ＬＲＩＳ系统采用２部高速、高分辨率线阵相机与２套大功率线激光源，按照交叉对称式的光学结构进行同步采集，２部线阵相机可以覆盖近４ｍ宽的路面，在００ｋｍ·

ｈ－１的工作速度下，采集图像的横向最小分辨率可达０．５ｍｍ。

（５）基于热成像技术的路面损坏检测系统基于热成像技术的路面损坏检测系统采用红外热成像相机进行图像采集［５］，其主要技术特征为：

由于路面损坏处与完好路面相比，反光率较小，路面损坏处的表面温度与完好路面温度相差较大，２种图像形成强烈的对比；

由于红外图像中路面纹理信息较弱，因此，图像处理算法相对简单。

其缺点是红外热成像相机成本较高，图像采集速率和分辨率都有待提高。

同时受天气影响较大，湿滑的路面无法进行检测，因此，该类系统目前还未得到应用。

（６）基于３Ｄ激光扫描技术的路面损坏检测系统基于３Ｄ激光扫描技术的路面检测系统采用３Ｄ激光扫描技术获取路面的细微３Ｄ轮廓［６］，该系统采用线激光直射路面，用面阵相机拍摄激光线在路面上的投影，然后通过图像处理算法获得路面上每一个点的高程差。