路面多维高频检测装备和智能养护技术应用

唐宗明

摘 要：随着养护道路里程不断增长，传统道路巡检模式已无法满足实际需求，文章基于新形势下的人工智能技术和大数据分析技术，自动识别道路病害及病害分级，对道路健康状况分析、养护决策分析及养护绩效评估应用进行研究，以期能为道路养护技术发展提供一些参考。

关键词：高频检测;可视化;自动化

中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2020）11-023-04

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2020.11.012

1 研究背景

上海市管养道路里程已超过5 000km，新建道路增速逐渐趋于平缓，大量已有道路设施需要不断的养护维修来保证全寿命周期内的正常运营。由于道路设施体量大、交通负荷重，传统道路检测方法复杂、检测数据覆盖度低、更新时间长，难以有效支持养护维修决策使用。道路设施养护运管工作亟需一套经济高效、智能可靠的一体化集成解决方案。

因此，运用路面多维高频检测的大数据智能分析技术体系，结合传统道路巡检工作，丰富巡检内容、降低巡检成本、实现全寿命周期养护，提高道路养护科学决策水平，提高道路管养效率，优化公众出行质量，对推动城市精细化管理具有重要意义。

2 路面多维高频检测装备

路面多维高频检测装备可以基于轻量化复合传感器及人工智能算法，进行路面病害及附属设施的快速巡检，建立高频、快速、全覆盖的道路设施健康巡检体系，实现路面裂缝、坑槽、网状裂缝、颠簸等病害以及路侧标志标牌的识别及准确定位，降低路面健康巡检对设备的高精尖要求，减轻人工巡检的工作量[1]。同时，在采集的多维度路面健康数据基础上，建立城市道路健康诊断平台，构建“路面损伤演化机理—多维高频检测装备—智能养护运维系统”的闭环体系，在上海整体道路设施网络及多地区高速公路系统中得到大规模推广应用，路面多维高频检测装备如图1所示。

路面多维高频检测装备的检测流程如下：运用前端设备进行数据采集后，数据通过Wi-Fi上传至信息中心服务器，进一步对数据进行筛选、整理，得到结构化数据。之后，对数据进行分析处理，识别路面图像中的病害内容，数据处理流程图如图2所示。

3 路面多维高频检测装备智能巡检技术特点

该装备通过专业相机、振动传感器及高精度组合导航接收机，可采集路面病害数据、路面修补数据、路面颠簸数据、定位数据等，具体采集内容如下：

采集路面裂缝并预估裂缝长度、宽度;采集路面坑槽并预估坑槽尺寸;采集路面网状裂缝，并预估网状裂缝影响面积;采集路面修补，包括修补裂缝、修补坑槽、修补网状裂缝;采集路内窨井、识别伸缩缝;采集路面平整度数据及异常跳车点;采集路面高精度定位信息，设备采集内容如图3所示。

所采集的数据通过系统分析识别，将自动生成路面破损情况、路面颠簸情况及道路健康巡检报表，识别结果也可以根据实际需求导入可视化平台进行展示。具体内容包括：

路面破损情况：根据识别的路面表观病害，预估路面破损状况;路面颠簸情况：根据车载加速度传感器，预估路面颠簸状况;道路健康巡检报表：导出路面病害巡查报表，包括病害的类型、图片、预估的尺寸等信息。

4 路面多维高频检测装备技术创新及优势

4.1 养护巡检模式智能化、精细化

路面多维高频检测装备突破了传统人工巡检模式效率低、周期长等局限性，能立即获取路面坑槽数、坑槽面积、裂缝数、裂缝长度、最大裂缝宽度、网状裂缝数、网状裂缝面积、路面破损状况、路面平整度状况等道路技术状况数据，为进一步养护施工部署提供理论依据。

4.2 实现路面养护决策的科学化

相比于人工巡检，路面多维高频检测装备对道路病害数据（数量、尺寸）的判定更为精确，可有效推动道路养护决策，提升路网整体质量，为养护单位养护决策、资金合理分配等提供可靠的理论及数据分析平台。

4.3 价格优势实现路面检测的全覆盖化、高频化

基于路面多维高频检测装备的价格优势与适用性，实际应用中可进行多車多点并行测量以满足大体量的测量要求。由于检测设备具有轻量、廉价的特点，可在我国各级公路及城市、乡镇道路检测中广泛推广应用，实现路面检测全覆盖化、高频化。

5 S20外环高速应用案例分析

5.1 设施概况

S20外环高速公路（浦西段）自徐浦大桥至外环隧道（K53+315-K97+111），全长约44km，全线设双向8～10车道，设计时速80km/h～100km/h，日均车流量180 000辆/日。近年来，外环线车流量日益增加及客货分离实施，导致路面病害日趋加重。

外环高速公路病害巡视主要以人工巡视为主，存在数据采集效率低、准确性不高等问题。同时，外环高速巨大的车流量也给巡视增添了难度。

综合上述情况，路面多维高频检测装备可以在外环高速公路进行深入的实际应用，提升路面病害的识别能力，并与传统巡视方式进行结合，在使用过程中逐渐完善智能巡查模式的探索，形成一套经济、科学、有效、循环的维修养护机制。

5.2 路面多维高频检测装备技术应用情况

外环高速项目部共配备2辆巡检车安装检测装备，每辆巡视车各配备1名驾驶员和1名设备操作人员。每日开展道路病害数据采集，巡视里程数超200km。每天采集的数据将被上传至数字化管理中心服务器，次日中午前完成病害报告提交工作，设备安装示意图如图4所示，外环数据采集点如图5所示。

5.3 检测数据分析及维修处置

根据每日巡检后生成的数据，针对道路病害影响较大的坑槽和裂缝，可以安排技术人员对检测装备识别的病害照片进行人工对比和筛查，筛查内容包括病害类型、病害尺寸、病害准确率等。随后对病害实行分级管理，复核后对影响车辆安全行驶的坑槽和裂缝病害，以任务单方式及时组织维修，经验收合格后实现病害的销项。对于绞缝、连续缝等病害，以申报整治计划的方式，结合专项、小修、大修工程维修。

根据2辆巡检车全线2号车道84km检测数据统计周报显示，检测装备识别定位与现场位置误差为±10m，基本符合现场排查定位需求。2020年9月，在路面平整度整治工程中，根据检测数据对2号车道的路面裂缝、小型坑槽病害等进行了集中整治，共计整治病害40项，大大提高了路面质量，外环线浦西段每日巡检数据汇总如表1所示，外环高速路面整治前后灾害数据对比如图6所示。

5.4 应用效果评价

5.4.1 社会效益

路面多维高频检测装备项目充分借助云计算的技术优势，依托在市政道路维护和智慧城市建设中的多年大量经验，为道路巡检和数据应用等方面效益的提升提供强有力的支持，在预期产生可观经济效益的同时，也具有良好的社会效益，主要包括：

顺应企业规模扩大、产业升级、产业转移和劳动力市场竞争加剧的需求，以更快速、更低廉的方式为社会培养高素质人才，为促进地方就业做出贡献。

通过本项目庞大的道路维护数据库，向平台用户提供更合理的道路养护计划，使道路养护更科学、更经济。

依托该平台进行道路巡检可节省人力、更高效，是建设智慧路网的重要组成部分。且不仅可以减少项目成本，也能为社会起到节能减排的作用，是一种绿色环保的应用方式。

该平台借助可伸缩开放的云计算技术整合了各种资源，为道路数据资源的共享提供了一种更加节能的方式。而且通过云计算平台也可以为企业节省很多后期的运维成本，做到更高效、更经济。

5.4.2 经济效益

在同等巡视频次下，将传统人工巡检模式与路面多维高频检测装备巡检模式进行对比，结果如表2所示。

可以发现，传统人工巡检模式需要大量人员、巡检频次高、周期长，直接成本及管理成本均较高，病害数据资料、汇总资料难于保存，缺乏量化病害描述，不便于管理总结。而路面多维高频检测装备巡检模式可显著简化巡检队伍、车辆、物资等成本的消耗，且具有灵活、快速、准确等特点，病害数据汇总直观、有序、与图像视频结合，便于管理总结。

6 结语

针对传统路面性能检測技术耗时费力、价格昂贵等问题，在路面损伤与车路耦合振动机理研究的基础上，建立了路面平整度、路表损伤、裂缝发育等多项关键评价指标的快速检测方法，研发了轻量化路面行驶性能检测装备[2]。设备集成了基于车路耦合振动机理的车载分布式传感模块，建立了高频多维的路面性能数据采集机制，实现了分布式传感装置的轻量化部署，提高了适用性。

路面多维高频检测装备和智能养护技术，在S20外环高速公路（浦西段）进行了应用试验。结果表明，新设备技术在提高道路病害检测效率、精度的同时可以降低成本，具备良好的社会、经济效益。因此，建议在更多的道路设施中推广应用。

参考文献

[1] 常光照.车载轻量化道路智能巡检系统产品研发及应用[J].中国公共安全（综合版），2020（06）：28.

[2] 张清.杜豫川团队协同创新大数据智能技术为我国道路养护保驾护航[J].中国科技产业，2020（06）：08.