公路檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)質(zhì)量控制分析

黃智立

（廣東省公路工程質(zhì)量監(jiān)測(cè)中心，廣東廣州 510500）

0 引言

公路檢測(cè)技術(shù)在公路質(zhì)量管理中具有重要地位，是公路建設(shè)和維修養(yǎng)護(hù)過(guò)程中不可或缺的環(huán)節(jié)，也是有效控制公路工程質(zhì)量的依據(jù)。為了深入貫徹黨的二十大精神，以實(shí)際行動(dòng)高質(zhì)量推進(jìn)交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略目標(biāo)，需要采用更加先進(jìn)、智能化、綜合化、數(shù)字化和信息化的公路檢測(cè)技術(shù)，為公路建設(shè)和維護(hù)提供更加精準(zhǔn)、高效、安全、可靠的技術(shù)支持。

1 公路檢測(cè)技術(shù)

1.1 基于無(wú)人機(jī)的道路檢測(cè)技術(shù)

隨著路面信息采集技術(shù)的不斷進(jìn)步，無(wú)人機(jī)信息采集系統(tǒng)在公路交通領(lǐng)域逐漸普及。無(wú)人機(jī)現(xiàn)階段在公路交通領(lǐng)域的應(yīng)用主要有交通流量監(jiān)控、高速公路周邊環(huán)境信息收集、高速公路自然災(zāi)害評(píng)估與預(yù)報(bào)等方面的內(nèi)容[1]。

隨著攝像技術(shù)和無(wú)人機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，無(wú)人機(jī)攝像設(shè)備已經(jīng)可以完整地采集公路路面圖像，拍攝到的圖像可以清晰地反映病害信息。對(duì)于山區(qū)公路、農(nóng)村公路等一些基礎(chǔ)設(shè)施，專(zhuān)業(yè)檢測(cè)車(chē)難以開(kāi)展檢測(cè)業(yè)務(wù)，可采取基于無(wú)人機(jī)的道路檢測(cè)技術(shù)解決部分公路檢測(cè)難題。

無(wú)人機(jī)可搭載激光雷達(dá)系統(tǒng)，基于激光點(diǎn)云高程信息和反射強(qiáng)度信息，更好地刻畫(huà)坑槽、塌陷病害與健康路面之間的高程、激光反射強(qiáng)度差異，構(gòu)建基于高程屬性的多尺度粗糙度和高斯曲率特征，建立瀝青路面坑槽、塌陷兩種病害類(lèi)型的識(shí)別模型，進(jìn)行路面病害目標(biāo)提取和病害等級(jí)評(píng)價(jià)，進(jìn)而對(duì)道路老化與病害等級(jí)進(jìn)行分級(jí)評(píng)級(jí)，為道路養(yǎng)護(hù)部門(mén)提供決策支持。

利用無(wú)人機(jī)的飛行技術(shù)，搭載高精度視頻采集器、第五代移動(dòng)通信以及北斗定位終端，可采集路面及附屬設(shè)施高清圖像，5G 移動(dòng)通信技術(shù)能保存無(wú)人機(jī)姿態(tài)、工作狀態(tài)、飛行高度信息，將重新編碼命名的高分辨率路面及附屬設(shè)施照片發(fā)送至數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，服務(wù)器將基于病害區(qū)域圖像和全卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的路面病害信息識(shí)別圖像的病害信息，并基于北斗定位信息對(duì)病害進(jìn)行定位。

道路結(jié)構(gòu)厚度是保障道路使用性能的基礎(chǔ)。在道路施工中，通常缺少對(duì)施工過(guò)程的檢測(cè)，因此道路整體結(jié)構(gòu)厚度難以把握。而將無(wú)人機(jī)與探地雷達(dá)組合成單個(gè)集成系統(tǒng)，結(jié)合激光高度計(jì)，可對(duì)道路結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速探測(cè)，不僅可以方便、快速地檢測(cè)道路結(jié)構(gòu)厚度是否達(dá)標(biāo)，還可以在道路運(yùn)營(yíng)過(guò)程中檢測(cè)道路結(jié)構(gòu)的變化，為道路養(yǎng)護(hù)提供底層數(shù)據(jù)支撐。

采用無(wú)人機(jī)道路檢測(cè)技術(shù)，能夠避免以往檢測(cè)過(guò)程中對(duì)正常道路交通的影響，同時(shí)相較于道路檢測(cè)車(chē)，無(wú)人機(jī)道路檢測(cè)技術(shù)的整體成本更低，檢測(cè)時(shí)間更短且作業(yè)過(guò)程不易受地形影響，可為養(yǎng)護(hù)部門(mén)制訂養(yǎng)護(hù)決策提供數(shù)據(jù)支撐[2]。

1.2 基于便攜式路面及附屬設(shè)施病害識(shí)別設(shè)備的檢測(cè)技術(shù)

當(dāng)前，道路病害檢測(cè)正在向自動(dòng)化、智能化、高效化方向發(fā)展。在路面及附屬設(shè)施病害檢測(cè)作業(yè)中，基于便攜式路面及附屬設(shè)施病害識(shí)別設(shè)備的檢測(cè)技術(shù)是未來(lái)的發(fā)展方向，能夠更好地滿足養(yǎng)護(hù)單位檢測(cè)與管理的需求。

從道路檢測(cè)需求出發(fā)，基于便攜式路面及附屬設(shè)施病害識(shí)別設(shè)備的檢測(cè)技術(shù)，需要以易安裝、拆卸的病害采集裝置、軟硬件集成設(shè)備以及任務(wù)、命令操作裝置為支持，為道路數(shù)據(jù)管理提供支持。

1.2.1 吸附式高精度病害采集裝置

工業(yè)相機(jī)和高清鏡頭以螺旋式安裝在支架上，整體結(jié)構(gòu)以三角式吸附在車(chē)尾或車(chē)前引擎蓋，車(chē)尾的相機(jī)和支架間設(shè)計(jì)有平衡裝置，與豎直方向呈30°角拍攝路面情況，車(chē)前的相機(jī)呈水平方向拍攝路側(cè)的附屬設(shè)施，且三角吸附式支架高度可調(diào)節(jié)，以適配不同高度的車(chē)輛。整體結(jié)構(gòu)方便安裝和拆卸，便于檢測(cè)人員的操作。

單相機(jī)拍攝設(shè)備小巧，無(wú)龐大支架，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便，可以滿足檢測(cè)指標(biāo)較低的檢測(cè)需求。區(qū)別于目前已有的成熟病害檢測(cè)技術(shù)相關(guān)裝置，便攜式路面及附屬設(shè)施病害識(shí)別設(shè)備（見(jiàn)圖1）具有新穎性和便利性。

圖1 便攜式路面及附屬設(shè)施病害識(shí)別設(shè)備樣圖

1.2.2 集成式中控裝置

在道路智能檢測(cè)系統(tǒng)中，中控裝置作為便捷式道路檢測(cè)工作的中樞系統(tǒng)，可將GPS 數(shù)據(jù)處理模塊、電源模塊、嵌入式核心處理平臺(tái)、大容量固態(tài)硬盤(pán)等集成在完整的機(jī)械殼體中。同時(shí)，在機(jī)械殼體上可改裝連接孔，方便與外部相機(jī)數(shù)據(jù)接口、GPS 數(shù)據(jù)接口、顯示屏幕、操作鼠標(biāo)、車(chē)載電源接口等進(jìn)行連通。集成后的設(shè)備具有更好的電氣安全性、放置穩(wěn)定性、操作簡(jiǎn)便性、易攜帶、實(shí)用性等特點(diǎn)，日采集里程可達(dá)500km。

中控裝置嵌有圖像處理裝置，可實(shí)現(xiàn)邊采集邊處理，檢測(cè)人員完成檢測(cè)作業(yè)時(shí)，便攜式設(shè)備中的中控裝置可實(shí)時(shí)處理采集到的路面及附屬設(shè)施圖像，并通過(guò)無(wú)線傳輸至養(yǎng)護(hù)管理終端。集成式中控裝置如圖2所示。

圖2 集成式中控裝置樣圖

1.2.3 便攜式操作顯示器

基于管理人員便捷操作的需求，便攜式路面及附屬設(shè)施病害識(shí)別設(shè)備集成圖像采集系統(tǒng)，結(jié)合便攜式顯示器（見(jiàn)圖3），檢測(cè)人員通過(guò)鼠標(biāo)、鍵盤(pán)以及顯示器即可控制檢測(cè)過(guò)程，且能通過(guò)顯示器實(shí)時(shí)觀察檢測(cè)過(guò)程。在傍山路段，GPS 定位偶有延誤現(xiàn)象，會(huì)造成病害定位誤差。而通過(guò)便攜式操作顯示器，檢測(cè)人員可通過(guò)手動(dòng)輸入樁號(hào)進(jìn)行輔助校準(zhǔn)，保障檢測(cè)數(shù)據(jù)定位的準(zhǔn)確性，有效提高工作效率。

圖3 便攜式操作顯示器樣圖

1.2.4 數(shù)據(jù)持續(xù)性支撐、便攜式安全檢測(cè)

相較于傳統(tǒng)的道路檢測(cè)車(chē)，便攜式路面及附屬設(shè)施病害識(shí)別設(shè)備價(jià)格低廉，便于攜帶、安裝及拆卸，適用于多種車(chē)輛，檢測(cè)人員可使用該設(shè)備及相關(guān)技術(shù)隨時(shí)開(kāi)展道路檢測(cè)，借助所采集到的道路數(shù)據(jù)，掌握道路的持續(xù)變化情況。

相較于人工檢測(cè)方法，基于便攜式路面及附屬設(shè)施病害識(shí)別設(shè)備的檢測(cè)技術(shù)，能夠更好地保障交通的正常運(yùn)營(yíng)及檢測(cè)人員的安全。

1.2.5 平臺(tái)化管理

便攜式路面及附屬設(shè)施病害識(shí)別設(shè)備作為采集端，可通過(guò)無(wú)線技術(shù)將采集結(jié)果傳輸至養(yǎng)護(hù)管理平臺(tái)端。檢測(cè)時(shí)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在集成式中控裝置中，中控裝置實(shí)時(shí)處理路面采集數(shù)據(jù)，并通過(guò)無(wú)線模塊與養(yǎng)護(hù)管理平臺(tái)終端對(duì)接，將病害數(shù)據(jù)傳輸至平臺(tái)病害信息數(shù)據(jù)庫(kù)，檢測(cè)人員通過(guò)平臺(tái)終端便可掌握路段的病害類(lèi)型、病害嚴(yán)重程度及對(duì)應(yīng)的位置信息。

由于上述設(shè)備易于安裝、攜帶，可大大提高路面及附屬設(shè)施檢測(cè)效率，管理單位可通過(guò)高頻檢測(cè)，持續(xù)采集道路檢測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)養(yǎng)護(hù)管理平臺(tái)掌握路面及附屬設(shè)施病害的動(dòng)態(tài)發(fā)展情況，并建立病害發(fā)展臺(tái)賬，進(jìn)而更合理地進(jìn)行養(yǎng)護(hù)決策。

2 公路檢測(cè)質(zhì)量控制措施

2.1 無(wú)人機(jī)檢測(cè)質(zhì)量控制措施

2.1.1 無(wú)人機(jī)測(cè)定公路情況的質(zhì)量控制方法

使用無(wú)人機(jī)測(cè)定路面情況時(shí)，需制訂全面的質(zhì)量控制措施。

第一，明確檢測(cè)任務(wù)（如測(cè)定公路路面平整性、路面橫縱裂紋與裂縫、路基不規(guī)律沉降等）和質(zhì)量控制方法，保證檢測(cè)作業(yè)的執(zhí)行效果。

第二，參照具體的檢測(cè)任務(wù)、質(zhì)量控制要求，合理選擇檢測(cè)設(shè)備。

第三，檢測(cè)單位應(yīng)全面落實(shí)人員培訓(xùn)工作，確保其熟練掌握無(wú)人機(jī)操作技能。同時(shí)，進(jìn)行必要的無(wú)人機(jī)預(yù)飛檢測(cè)，查看無(wú)人機(jī)性能，防止出現(xiàn)操作失誤問(wèn)題，保證檢測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)、可靠。

第四，分析無(wú)人機(jī)測(cè)定結(jié)果時(shí)，選用專(zhuān)業(yè)設(shè)備，高效處理采集圖片與傳感信息，從中提取有價(jià)值的檢測(cè)數(shù)據(jù)。

第五，采取多種檢測(cè)方法對(duì)比形式，判斷各種方法的檢測(cè)誤差。結(jié)合無(wú)人機(jī)的檢測(cè)表現(xiàn)、檢測(cè)結(jié)果的誤差問(wèn)題等因素，制訂相應(yīng)的整改方案，以有效降低檢測(cè)誤差，達(dá)到質(zhì)量控制目標(biāo)。

2.1.2 實(shí)踐分析

第一，公路檢測(cè)方案。某項(xiàng)目進(jìn)行路面檢測(cè)時(shí)，采用M200 無(wú)人機(jī)，側(cè)重檢測(cè)路面裂縫情況。

第二，圖像質(zhì)量控制。彩色圖像的處理難度較大。無(wú)人機(jī)采集反饋的路面質(zhì)量圖像，整體分辨率較高。如果采取直接分割閾值形式，會(huì)增加計(jì)算量，難以順應(yīng)動(dòng)態(tài)反饋裂縫問(wèn)題、高效呈現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果的要求。因此，該項(xiàng)目以檢測(cè)時(shí)效性為質(zhì)量控制出發(fā)點(diǎn)，采取灰度比控制方法，并在灰度比處理后，進(jìn)行圖像均衡、降噪各項(xiàng)處理。

第三，閾值分割質(zhì)量控制法。針對(duì)路面裂縫問(wèn)題，采取閾值分割計(jì)算方法。該算法共有兩種類(lèi)型：一是邊緣算子檢測(cè)法。使用P 氏、拉氏等各類(lèi)算子，配合降噪處理。二是像素閾值測(cè)定法。該算法是找出像素分割閾值的最佳結(jié)果，當(dāng)參數(shù)大于閾值時(shí)，作為圖像檢測(cè)目標(biāo)；當(dāng)參數(shù)小于閾值，作為采集圖像的背景信息。該算法具有操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)計(jì)算速度快、質(zhì)量控制效果極佳等特點(diǎn)。

該項(xiàng)目采用像素閾值測(cè)定法。檢測(cè)之前，需明確最佳閾值，確定閾值方可判定路面裂縫位置，區(qū)別背景要素。該技術(shù)操作要點(diǎn)如下。

其一，確定具有分割能力的閾值，將其標(biāo)記為X，以此為圖像分割點(diǎn)，對(duì)各個(gè)圖像要素進(jìn)行有效分割。參照閾值的各類(lèi)像素，將其劃分成兩個(gè)類(lèi)型，一是圖像背景；二是檢測(cè)目標(biāo)（即路面裂縫）。

其二，以閾值為界限，高出的數(shù)值均轉(zhuǎn)化為“1”，其余均轉(zhuǎn)化為“0”。結(jié)合圖像中的1 和0 進(jìn)行分割處理。閾值分割處理獲取的檢測(cè)影像如圖4 所示。

圖4 閾值分割處理獲取的檢測(cè)影像

處理完成的影像能夠更精確地展示裂縫長(zhǎng)度、寬度、走向等各類(lèi)信息，便于制訂更精細(xì)的裂縫處理方案。

2.2 便攜式設(shè)備檢測(cè)質(zhì)量控制

第一，定期進(jìn)行設(shè)備讀數(shù)校準(zhǔn)、驗(yàn)證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

第二，加強(qiáng)采集數(shù)據(jù)管理。建立規(guī)范的數(shù)據(jù)采集控制體系，具體包括檢測(cè)中設(shè)備的放置點(diǎn)位、合理設(shè)定路面問(wèn)題的采集時(shí)間、適當(dāng)控制路面病害信息的采集速度。結(jié)合實(shí)際檢測(cè)結(jié)果，去除異常數(shù)據(jù)。

第三，制訂有效的設(shè)備運(yùn)維機(jī)制，保證設(shè)備的運(yùn)行能力，降低設(shè)備采集信息出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)的可能性[3]。運(yùn)維工作具體包括清潔、更換易損部件、查看電池容量等。

例如，某單位使用折疊車(chē)采集路面的各項(xiàng)信息。折疊車(chē)可自由折疊、體積較小、便于攜帶，在較窄路段內(nèi)可自動(dòng)檢測(cè)路面情況。在行車(chē)設(shè)備與采集影像設(shè)備的間隔位置，添加減振裝置，融合三軸防抖科技，保證采集過(guò)程的平穩(wěn)性，降低車(chē)輛抖動(dòng)帶來(lái)的不利干擾。在目標(biāo)路段檢測(cè)中，采集圖像1000 張，去除不清楚、無(wú)用等類(lèi)圖像，剩余850 張。數(shù)據(jù)處理結(jié)果，如表1 所示。

表1 數(shù)據(jù)處理結(jié)果

3 結(jié)語(yǔ)

總之，公路檢測(cè)工作有十分重要的作用，做好公路質(zhì)量檢測(cè)工作，能夠提高公路工程建設(shè)及養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，為車(chē)輛安全行駛提供保障，同時(shí)有助于提高國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施整體建設(shè)水平，提高綜合國(guó)力。因此，相關(guān)部門(mén)需要提高對(duì)公路檢測(cè)工作的重視程度，加強(qiáng)對(duì)檢測(cè)技術(shù)的研究與優(yōu)化，進(jìn)而最大限度地發(fā)揮其作用，為交通行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供有力保障。