路面三維檢測技術(shù)淺析

靳維海

(黑龍江省公路工程造價管理總站)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國的公路建設(shè)也得到了飛速發(fā)展。截止2009年底我國公路總里程已達(dá)377.1萬km，高速公路6.47萬km，新增公路通車?yán)锍?.8萬km，其中高速公路4 719 km。2010年中國高速公路的通車總里程已達(dá)7.4萬km，截止2011年底，高速公路總里程達(dá)8.5萬km。

公路的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)化發(fā)展，促進(jìn)了我國經(jīng)濟(jì)的不斷增長，加快了社會的發(fā)展。伴隨著公路鋪設(shè)技術(shù)的不斷提高，公路建筑水平提升、交通運輸業(yè)蓬勃發(fā)展、公路承載能力的迅速增長，汽車運行速度的提高，出行者出行時對道路的服務(wù)水平提出更高的需求。保證車輛運行安全、便捷同時，駕駛的舒適度和周邊環(huán)境協(xié)調(diào)等方面要求也在不斷提高，這些更具人性化需求都與道路表面特性緊密聯(lián)系，即路面表面的不規(guī)則度(irregularity)。由此，公路面表面特性在交通運輸中越來越重要。

隨著公路運營時間的推移、交通量的增長和設(shè)施使用頻率的增加，且由于瀝青路面的使用年限為10年左右，公路路面及其配套設(shè)施出現(xiàn)了一定程度的損壞，而且后期的道路表面日常養(yǎng)護(hù)工作不到位，致使路面破損嚴(yán)重，降低了交通運輸能力。因此，隨著我國公路網(wǎng)的逐步建成，早期建設(shè)的一些公路已經(jīng)逐步步入維修階段，需要定期對公路路面質(zhì)量進(jìn)行調(diào)查、評價，并做出相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)策略。我國公路建設(shè)的主要任務(wù)已逐步從建設(shè)向管理轉(zhuǎn)變，為了適應(yīng)這種轉(zhuǎn)變，適應(yīng)現(xiàn)代化、大規(guī)模、高速度和高質(zhì)量的公路養(yǎng)護(hù)管理需求，許多交通管理部門都實施了路面管理系統(tǒng)。

對公路瀝青路面和水泥混凝土路面的檢測內(nèi)容、質(zhì)量評價指標(biāo)、檢測方法，以及對檢測數(shù)據(jù)的處理方式已經(jīng)在交通部頒發(fā)的公路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中給出了詳細(xì)明確的規(guī)定。瀝青路面和水泥混凝土路面它們的評價指標(biāo)是有區(qū)別的，路面的平整度和車轍是衡量路面的重要指標(biāo)。瀝青路面的評價指標(biāo)還包括沉陷、波浪、擁包、搓板、凍脹、坑槽等，而水泥混凝土路面的沉陷、脹起、錯臺、拱起等也都是路面質(zhì)量評價的重要指標(biāo)。路面檢測技術(shù)采集了大量的路面數(shù)據(jù)，如何有效利用檢測技術(shù)采集到的檢測數(shù)據(jù)，并對道路進(jìn)行快速準(zhǔn)確地評價和維護(hù)呢?解決這一問題需要實現(xiàn)對公路路面的三維可視化重構(gòu)。

在這種背景下提出了三維可視化數(shù)字路面系統(tǒng)，該系統(tǒng)首要研究的問題就是路面的三維重構(gòu)模型，這就要充分利用路面數(shù)據(jù)檢測模型建立合理的三維重構(gòu)模型，再將其轉(zhuǎn)換為三維立體的形式表達(dá)出來，并進(jìn)行交互處理。運用這種技術(shù)，三維可視化圖形和圖像逼真地呈現(xiàn)出道路保養(yǎng)情況，給路面管理工作者直觀的參考，可以直觀地觀察到路面使用破損的情況，從而為管理者對道路通行安全評估、路面養(yǎng)護(hù)等工作提供決策的依據(jù)。針對道路路面使用情況的管理，美國等一些國家提出了路面管理系統(tǒng)。路面管理系統(tǒng)所提供的客觀數(shù)據(jù)有助于公路管理人員快速準(zhǔn)確地對公路所存在的問題及時地提出合理的公路養(yǎng)護(hù)方法。

隨著公路通車?yán)锍痰拇笠?guī)模增長，公路交通的發(fā)展重點已經(jīng)有所轉(zhuǎn)變，從最初的公路修建到目前已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣佛B(yǎng)護(hù)維修。因此，基于GIS的公路管理系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足當(dāng)前公路發(fā)展的需求，開發(fā)全新的三維可視化公路路面養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)提高公路養(yǎng)護(hù)水平是當(dāng)前公路交通發(fā)展的趨勢所在。

在路面養(yǎng)護(hù)管理中，首先需要對路面質(zhì)量評價指標(biāo)路面破損、路面平整度、路面抗滑性能等進(jìn)行準(zhǔn)確、高效、客觀的檢測。根據(jù)路面檢測數(shù)據(jù)，三維立體顯示技術(shù)將檢測的實際路面顯示出來，從而為管理者對路面的管理提供真實依據(jù)。

目前，路面三維檢測技術(shù)發(fā)展迅速，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到接近成熟和完備水平，但是路面重構(gòu)技術(shù)研究還不是很完善，無法把檢測數(shù)據(jù)直觀顯示出來，應(yīng)用到實際的道路養(yǎng)護(hù)維修中。傳統(tǒng)的路面三維重構(gòu)模型的數(shù)據(jù)來源大致分為三種:(1)GPS或全站儀野外測量的離散數(shù)據(jù);(2)公路設(shè)計數(shù)據(jù);(3)從影像中提取的道路特征數(shù)據(jù)。運用這些數(shù)據(jù)所建立的三維重構(gòu)模型也只能反映道路的宏觀信息，如公路附屬設(shè)施的定位及查詢，公路周邊地形環(huán)境等。

隨著信息科學(xué)發(fā)展和應(yīng)用的不斷深入以及信息管理的數(shù)字化和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的快速發(fā)展，三維仿真系統(tǒng)的發(fā)展也日新月異。同時，交通事業(yè)的飛速發(fā)展，對道路的可視化需求也愈發(fā)迫切。融合三維檢測數(shù)據(jù)，通過三維建模實現(xiàn)路面三維重構(gòu)，進(jìn)一步建立三維可視化數(shù)字路面系統(tǒng)，有助于公路系統(tǒng)更加科學(xué)地管理大規(guī)模公路路面。通過三維路面可視化重構(gòu)可以查看路面車轍以及道路軌跡，精確地定位路面各種病灶并給出病灶的各種數(shù)字信息(經(jīng)緯度、高程、里程、車轍、平整度、容積、體積等)，尤其是針對路面坑槽和擁包進(jìn)行了準(zhǔn)確定位，為計算路面坑槽的容積和擁包的體積提供了依據(jù)，為進(jìn)一步制定養(yǎng)護(hù)方案提供重要的數(shù)據(jù)信息。三維可視化數(shù)字路面系統(tǒng)的開發(fā)有助于便捷、高效地制定科學(xué)合理的路面養(yǎng)護(hù)方案，提高公路服務(wù)水平。

綜上所述，三維數(shù)字路面信息的顯示技術(shù)有利于道路檢測技術(shù)向系統(tǒng)化、智能化的方向發(fā)展。