郑松松 屈庆余 田孝武

摘要 随着高速公路行业的不断发展，高速公路养护和管理的工作量也在迅速增加。为了进一步提高道路技术状况评价的充分性和准确性，对道路真实状况进行全断面、全尺寸、全方位的综合评价，保障道路养护方案设计和养护工程的有效性，通过结合国内外最新检测技术，探索三维视场检测技术、激光动态弯沉仪、三维探地雷达等新型检测技术在高速公路中的应用，结果表明相关先进无损检测技术手段，可以较为准确掌握高速公路的健康状况及病害情况，可为高速公路技术状况的检测、评定提供新的方向和依据。

关键词 高速公路;技术状况;检测技术

中图分类号 U416.217 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）05-0108-03

0 引言

随着我国大规模交通基础设施建设的逐渐平稳，由建设为主逐步过渡到养护为主是大势所趋，目前高速公路的检测以及维修养护也成为一个庞大的系统工程。这就对高速公路的检测评定及预防养护水平提出了更高的要求，而传统的检测方法面临着检测周期长、人工劳动量大、检测效率低等问题。道路性能全方位的技术状况评价的充分性和准确性将直接影响养护方案设计和养护质量，因此有必要采取先进的道路表面和深层次病害检测技术，对道路真实状况进行全断面、全尺寸、全方位的综合评價，为道路服役性能“把好脉”，以便“对症下药”，选择合适的养护方案，提高养护质量，降低全寿命周期养护成本[1]。基于此，该文结合国内外最新检测技术，探索三维检测技术、激光动态弯沉仪、三维探地雷达等新型检测技术在高速公路中的应用。

1 路面检测及技术状况评定现状

高速公路技术状况评定是实施道路科学养护的前提，公路技术状况评定主要涵盖路面、路基、桥隧，以及沿线设施这几个板块，其中路面检测包括路面破损、平整度、车辙、抗滑性能（构造深度）、跳车、磨耗和结构强度（弯沉）等。通过高速公路的技术状况检测可以获取道路的缺陷情况以及损坏程度，可以为高速公路管养单位提供养护依据[2]。

根据最新行业标准《公路技术状况评定标准》（JTG 5210—2018）的要求，公路技术状况评定采用公路技术状况指数MQI和相应分项指标（路基技术状况指数SCI、路面技术状况指数PQI、桥隧构造物技术状况指数BCI和沿线设施技术状况指数TCI）。路面技术状况评定采用路面技术状况指数PQI和相应的分项指标（路面损坏状况指数PCI、路面行驶质量指数RQI、路面车辙深度指数RDI、路面跳车指数PBI、路面磨耗指数PWI、路面抗滑性指数SRI和路面结构强度指数PSSI），评定结果一般作为道路养护设计的主要依据。其中路面PCI、RQI、RDI、PBI、PWI的检测频率为1年1次，路面SRI检测频率为2年1次，路面PSSI为抽样检测。计算PQI时，SRI和PWI两项指数二者取一，PSSI应根据抽检数据单独评定，不参与PQI计算。

根据规范要求，路面技术状况检测应采用自动化检测设备，每个检测方向至少检测一个主要行车道。路面技术状况自动化检测指标包括路面破损率DR、国际平整度指数IRI，路面车辙深度RD、路面跳车PB、路面构造深度MPD、横向力系数SFC和路面弯沉。

2 存在的问题

2.1 路面破损检测分析效果不理想

目前市场上常规的路面破损检测主要通过路表的图像采集和图片的人工识别实现路面破损的自动检测。它的基本原理是采用车载式数字摄像系统连续高速采集公路路面的图像信息，然后在室内通过软件处理与人工判别相结合的方式对路面损坏情况进行识别和统计，由于目前相关配套的处理软件在图像的自动识别方面存在进度不高、判定不准等情况，往往需要技术人员进行辅助识别，需要辅助大量的人工干预及处理，并且病害检测及识别效率和准确度相对较低。

2.2 路面结构病害检测应用不充分

随着高速公路交通量的不断增加，加之高温多雨等环境因素的影响，一些高速公路沥青路面在早期通车几年内就开始出现坑槽、裂缝、水损害、表面抗滑功能不足等病害情况，使得路面的技术状况明显降低，严重影响高速公路的路用性能和服役寿命，不仅损失了一定的道路养护费用，而且也会对高速公路运营单位产生负面影响。然而仅仅将路面病害归结为气候、荷载等某些客观原因是不合适的，也不利于路面病害的解决。从路面本身结构入手，深入研究路面结构的力学特性与病害的关系，才能从根本上解决病害，延长道路使用寿命。

实际生产过程中，道路技术状况检测及评定，大多是基于PQI检测结果对路面病害进行分析与评价，该部分主要采取道路多功能综合检测车进行检测，技术比较先进和丰富。但针对道路深层次结构功能的检测则是采取抽检的弯沉值进行粗略评价，检测方式大多采取钻芯和贝克曼梁抽样检测，少数情况采取落锤式弯沉仪或激光动态弯沉仪进行连续检测，相应检测技术的应用较少，导致道路结构性能评价在道路技术状况评价中不能得到充分体现，无法真实反映道路结构服役状况，导致管养单位无法针对道路结构进行专项养护方案设计，影响运营期道路养护质量。

2.3 未深入了解病害的原因

此外，当前道路技术状况评价主要是基于PCI、PQI等指标，主要反映的是服务于道路司乘人员的路面行驶质量。对于道路资产所有方，更加关心的是道路本身性能指标评价结果。因此，对于道路运营养护单位，深入了解道路本身性能现状及各类病害产生原因，才能有针对性地制定养护对策，提高道路服役性能。

3 新型检测技术

3.1 三维路况智能检测技术

三维检测设备主要为路表三维激光可视化系统，是一种新型的道路表面破损情况检测系统。系统采用线激光传感器。该技术在车辆正常行驶状态下，能自动完成路面全纵横断面损坏、路面平整度、路面车辙、路面跳车、路面磨耗等路况数据的连续采集，做到一台设备整合多项指标，大幅度降低成本。同时，通过三维数据分析和大数据智能识别技术生成全信息三维道路病害地图场景，将路面整体、局部及细节信息直观呈现，如图1所示，便于从三维视角全面掌控路面病害状况，为养护方案设计提供详细准确的路面信息。

三维路况快速检测系统将原来的二维灰度图像增加了高程信息数据，使所有病害有了“数值”信息，从而弥补了二维路面无法进行变形类病害检测缺陷，实现全类型路面病害的自动识别，其准确性远远高于传统的图像识别方法。

系统的测量单元由大功率红外线结构激光器、高频率智能数字相机及控制计算单元组成，在车辆行驶的过程中，相机沿车辆行驶方向连续拍摄激光照射断面的激光图片，利用激光三角测量原理计算路面断面，将图片投影在标定坐标系中，经过一系列像-物转换，得出实际路面横断面的3D数据，形成路面三维点云，路面三维点云数据与二维纹理图片通过数据融合软件生成真实的路面三维图。该技术具有以下优势：

（1）路面信息全：获取路面数据信息全面。采集路表横、纵断面完整的高程数据，通过深度、灰度信息输出真实的路面模型，可实现路面破损、车辙、构造深度、磨耗等计算指标采集。

（2）病害识别全：全类型病害识别。除能够识别裂缝类病害还能识别变形类病害，实现路面全类型病害的自动识别。

（3）自动识别准：系统具备全自动装备标定和病害自动识别功能，极大提高了路面病害数据处理的工作效率，识别率大于90%。

（4）数据处理快：单台计算机自动识别速度大于40 km/h，支持多台计算机同时处理数据，数据处理效率提高15倍以上。

（5）系统集成度高：高速智能相机结合红外线结构激光器组合成一体式测量传感器系统，集成度高。通过三维激光线扫描技术，单个系统即可涵盖路面破损、路面车辙、路面磨耗、路面构造深度检测等功能。

（6）抗强光干扰强：采用红外线结构激光扫描技术，完全排除强光、树荫及低照度环境对系统数据质量的影响，环境适应性强。

（7）全车道覆盖，数据更完备：系统采用双相机、双激光器的特殊结构设计，相较单相机、单激光检测幅宽（2.75 m），该结构设计路面检测幅宽可达3.75 m及以上，实现全幅车道路面三维数据的采集。

（8）路面三维点云，降低误检率、漏检率：系统采集的路面数据包含路面高程信息，形成路面三维点云，通过自动识别软件可准确全面地识别破损病害和车辙，相比传统二维路面检测系统误检、漏检率极大地降低。

3.2 路面结构强度检测

激光动态弯沉测量系统利用激光多普勒测速原理，在正常行驶速度（15～100 km/h）下，采用激光非接触式传感器测量路面在标准载荷下距弯沉盆中心不同距离处的路面沉降速度，然后通过弹性力学模型经过一系列的计算与修正后，反演出路面的变形量，最后结合环境及路面材质等计算出测点的弯沉值[3]。

激光动态弯沉测量系统主要由检测平台、检测模块、系统软件3部分组成。其中检测平台是基础，为整个系统提供动力、控制、环境等基础保障;检测模块是核心，系统所有功能的实现都是围绕模块来展开，并可根据需求增加其他模块;系统软件是关键，负责数据的采集、存储、处理、分析、管理、应用等工作，实现了数据的交互、应用与拓展。

激光动态弯沉测量系统具有以下特点：

（1）高效率：检测速度15～100 km/h，日检测里程可达500 km/台。

（2）高精度：测量精度达0.01 mm。

（3）高采样频率：传感器以8 000 Hz进行采集，1 m间隔输出一个弯沉值。

（4）高安全系数：以正常交通速度行驶，人员均在驾驶室内，使用安全性好。

（5）高经济性：检測时可融入正常车流，无须封路，不影响道路正常通行。只需1名驾驶员，1名操作员即可完成检测任务。

3.3 三维雷达检测技术

探地雷达一般是通过发射电磁波来对道路内部的分布情况进行探测的一种方法。探地雷达的主要部件包括主机、天线、显示器和测距仪，在对地下进行探测时，雷达主机会向地下发射高频脉冲电磁波，电磁波在探测过程中遇到介电常数不同的物体时会在物体界面发生反射现象，反射回来的信号被接收后通过电脑主机处理以波形状态在显示器上显示，供现场人员初步了解地下情况[4-5]。

三维地质雷达是在二维地质雷达基础之上研制出来的基于电磁波探测技术的三维采集及成像技术。三维地质雷达在单位空间内，排布了极多的发射天线，向被测物体内同时发射多束电磁波，从而形成一堵电磁波墙，对被测物进行有效照射，并将回波反射记录下来，同时三维地质雷达通过相对运动的方式，完成对大面积被测物体的完全扫描，并最终形成连续的、全空间的三维成像。

三维雷达以水平切片展示探测成果，也可以任意方向的切片、动画视频或局部三维立体展示，结果直观准确，打破了二维雷达只能以剖面图展示成果的传统，改变了人们的读图习惯和思维方式，减少了对人经验的依赖，提高了判图的准确率，可以准确地识别路面结构内部的裂缝、脱空、松散等病害，如图2、图3所示。

4 结论

对高速公路的技术状况进行精确的检测，准确掌握高速公路的服役健康状况是开展养护管理工作的基础。该文探讨了公路新型检测技术的应用，将三维路况检测技术应用于高速公路路面损坏、路面平整度、路面车辙、路面跳车、磨耗等路况的检测及评定，可以准确、自动、实时地判定路面病害种类及严重程度，同时结合三维探地雷达、激光动态弯沉检测等先进无损检测技术手段，可准确掌握高速公路的健康状况及病害情况。

参考文献

[1]薛锋. 谈高速公路路基路面无损检测技术[J]. 城市建设理论研究（电子版）， 2016（30）： 42-43.

[2]金晖. 公路路面结构检测技术研究现状[J]. 中国设备工程， 2017（16）： 65-66.

[3]刘路超. 激光自动弯沉仪快速检测技术研究[J]. 华东公路， 2020（1）： 125-126.

[4]张智成. 公路工程质量的探地雷达检测技术[J]. 城市建设理论研究（电子版）， 2016（10）： 5047.

[5]王海宁. 三维探地雷达在道路地下病害体探测中的应用[J]. 中国煤炭地质， 2018（8）： 70-74.