国内路面自动检测系统研究历程及展望
2011-12-21 来源：中国百科网
路面状况检测技术是公路建设与管理中的关键性、基础性技术，它不仅对检验和控制工程质量至关重要，而且还决定着道路养护决策的科学化程度和养护资金的优化分配。国外在路面检测技术方面的研究已经有30多年的历史，并且随着高新技术的发展已逐渐趋于成熟。我国从20世纪80年代后期开始，通过设备和技术引进与自主研发，在路面检测领域也取得了较大的发展。本文在对国内路面自动检测技术分析的基础上，详细介绍了国内公路路面自动检测系统发展的历程，对有代表性的检测装备进行了详细的介绍，同时指出了存在的问题，并探讨了公路路面破损自动检测技术未来的发展方向。
一、国内路面自动检测技术发展历程
我国对路面自动检测技术的研究最早可追溯于20世纪80年代后期，由于当时公路建设的快速发展，使我国公路养护里程迅速增长，与此同时，重载交通和交通量的快速增长和快速出现的路面大中修养护需求，使我国公路养护管理部门承受了巨大的压力。因此为满足公路养管工作的需要，国内由部分企业及科研院所如江苏省宁沪高速公路股份有限公司、武大卓越科技有限责任公司和交通部公路科学研究院等通过设备与技术引进和自主开发，开始了路面检测技术的研究工作，并取得了巨大的发展。
二、我国路面快速检测系统介绍
2002年11月，由江苏省宁沪高速公路股份有限公司、南京理工大学和南京路达基础工程新技术研究所共同研制的N-1型路面状况智能检测车通过鉴定。该设备可在70km/h的速度下，快速检测路面平整度、路面车辙、路面破损的数据，其中3～5mm的裂缝识别率可达90%以上，平整度的检测精度达0.1mm，车辙检测精度为1mm。
这是国内首台路面快速检测系统，它的诞生，打破了国外检测设备在国内检测行业的垄断局面，同样也有效地遏制了国外厂家的漫天要价。虽然该系统在某些功能上已达到国际先进水平，但在路面破损定位和破损信息传输方面的研究还有很大欠缺。
2004年11月23日，南京理工大学的贺安之、徐友仁、贺宁、贺斌等共同研制出了“JG-1型激光三维路面状况智能检测系统” 。该系统在多项关键技术方面拥有国际首创的专利成果，同时完全拥有自主知识产权，并通过交通部技术认定。
三、路面快速检测系统的技术原理
该系统的平整度子系统完全按照国际通行的设计体制——加速度传感器修正的激光高程纵断面检测系统，高程测量精度达0.035mm，同时可按照我国部颁规程自动、快速输出国际平整度指数IRI、均方差σ和道路行驶质量RQI报表。
车辙检测子系统采用首创的激光单片光全车道车辙断面检测系统，真实而定量的给出车辙断面曲线，车辙断面高程检测精度达1mm，检测宽度达4m，行驶速度可达120km/h。与之配套的数据处理软件可按国际惯例给出最大车辙深度及路段平均值，同时也能按我国交通部规程要求给出计算PCI所必须的车辙长度。
路面破损检测子系统采用激光结构光路线三维显示技术，用多片激光组成的平行或正交网格结构光形象显示与定量给出路面三维变形破损数据，测量精度：坑槽检测精度5mm、裂缝检测精度1mm、错台检测精度2mm，同时其配套软件可生成符合交通部规程要求的变形类破损面积与PCI报表。
“JG-1型激光三维路面状况智能检测系统”的研制成功，迫使国外同行在短短半年时间内将进入中国的产品进行了两次技术升级，同时价格降低了一半，该检测系统还被国家交通部列为车载式公路路面检测系统的国家标准。但该设备只是各个子系统简单的累加，对同一条道路，每次只能检测一项指标的数据，没有实现所有指标的同步检测，同时在后期破损图像的识别方面仍需改进。
武汉武大卓越科技有限责任公司自2004年研制出第一台智能道路路面自动检测车至今，共经历了四次技术升级，其第四代智能检测系统ZOYOM-RTM已达到国内先进水平，该系统可在100km/h的速度下，同时检测路面平整度、路面车辙、路面破损、沿线道路设施和几何线形等指标。其沿线道路设施检测系统采用近景立体测量技术，实现目标的几何尺寸测量，同时与车辆定位与定姿数据融合，实现被测目标的线性参考坐标与大地坐标的相关，给出目标的空间坐标，确定绝对位置关系。
图像数据处理系统采用自动分离处理技术，可将完好的路面图像和存在破损的图像进行分离，同时可以对横裂、纵裂等较规则的裂缝进行计算机自动识别，识别率可达到95%，但对较为复杂的裂缝类型如龟裂、网裂等尚需人工识别。
交通部公路科学研究院在西部交通建设科技项目和国家高技术研究发展计划（863计划）研究成果的基础上，研究开发了基于线扫技术的路况快速检测系统CiCS（Cracking image Collection System）。在实施CiCS研发的过程中，充分吸收了英国和欧洲其他国家的现行标准和规范，采用了立足国内、面向国际的技术思路。
CiCS是我国第一套具有完全自主知识产权和世界先进技术水平的多功能路况快速检测装备，是目前国内最先进的路面检测设备，它能够在正常车流速度下快速、准确地采集路面损坏、道路平整度、路面车辙、路面纹理深度和前方景观图像数据。与CiCS配套的路面损坏识别系统CiAS（Cracking image Analysis System）能够自动识别和处理由CiCS采集的路面损坏图像，对裂缝、坑槽等路面损坏进行自动分析和处理，找出裂缝位置，计算裂缝长度、宽度和路面损坏率。CiAS能够识别1mm以上的沥青路面和水泥混凝土路面裂缝，自动剔除水泥混凝土路面接缝，损坏识别率达到了90%～95%，满足《公路技术状况评定标准》（JTGH20-2007）的要求，检测结果可以直接导入路面管理系统，用于路况评价和养护分析。
四、展望
国内路面自动检测技术发展到今天，其数据采集技术和功能已相当成熟和完备，某些功能甚至已经达到世界领先水平。但在后期数据处理尤其是路面破损图像自动识别方面尚有欠缺。如何实现破损图像的完全自动识别且保证自动识别的高准确率，以及采集的数据与路面管理系统的自动对接，是目前需要攻克的技术难题。
五、结语
经过20多年的努力，我国公路通车里程已位居世界前列，尤其是高速公路通车总里程已突破5万公里，居世界第二位，但相应的公路检测手段仍较为落后，多数地区的公路检测仍以人工为主，进而极大的影响了养管工作的效率。路面自动检测技术水平的提高，将极大地提升我国公路特别是高速公路的检测效率。本文详细介绍了国内外公路路面自动检测系统的发展历程，并对有代表性的检测设备进行了详细的介绍，同时指出了存在的问题，并探讨了公路路面破损自动检测技术未来的发展方向。
