路面無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

　　目前我國(guó)高速公路的通車(chē)?yán)锍桃丫邮澜绲诙呀⒘溯^完善的道路養(yǎng)護(hù)管理規(guī)定和系統(tǒng)， 這些系統(tǒng)的建立有效地保證了養(yǎng)護(hù)的科學(xué)性， 但普遍面臨數(shù)據(jù)采集手段相對(duì)落后的問(wèn)題， 因此需要針對(duì)道路檢測(cè)技術(shù)開(kāi)展深入研究。近年來(lái)， 隨著計(jì)算機(jī)技 術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、高精度測(cè)微技術(shù)的進(jìn)步， 道路檢測(cè)技術(shù)人工檢測(cè)向自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)發(fā)展， 由破損類(lèi)檢測(cè)向無(wú)損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展， 由低速度、低精度向高速度、高精度發(fā)展。本文在分析國(guó)內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上， 總結(jié)了路面主要無(wú)損檢測(cè)技術(shù)和相關(guān)研究的最新進(jìn)展。

　　1 平整度檢測(cè)技術(shù)

　　平整度、車(chē)轍和裂縫是評(píng)價(jià)路面質(zhì)量最重要的3 個(gè)參數(shù)。平整度檢測(cè)貫穿于路面施工質(zhì)量檢測(cè)、評(píng)定、驗(yàn)收及運(yùn)營(yíng)期路面質(zhì)量檢測(cè)等環(huán)節(jié)， 其檢測(cè)設(shè)備、原理和方法多種多樣， 檢測(cè)結(jié)果因檢測(cè)設(shè)備不同而有較大差異。美國(guó)、澳大利亞等國(guó)的平整度檢測(cè)技術(shù)處于領(lǐng)先水平。美國(guó)有多家公司研發(fā)和生產(chǎn)路面平整度檢測(cè)儀， 其中包括ICC 公司生產(chǎn)的慣性激光斷面儀和手推式斷面儀; FACE 公司生產(chǎn)的DIPSTICK (步進(jìn)式斷面儀) 和手推式斷面儀，及South Dakota DOT 生產(chǎn)的慣性激光斷面儀等(澳大利亞ARRB 生產(chǎn)的手推式斷面儀和慣性激光斷面儀在國(guó)際上也有一定的市場(chǎng))。

　　我國(guó)平整度檢測(cè)技術(shù)的研究相對(duì)落后，由于公路建設(shè)的需要， 在“七五”期間， 由交通部公路研究所和西安公路研究所等單位先后分別研制了顛簸累積儀和八輪儀等平整度檢測(cè)裝置。

　　在實(shí)際應(yīng)用中主要存在以下問(wèn)題： 測(cè)試效率低、速度慢; 使用起來(lái)很不方便; 儀器測(cè)定精度較差， 尤其是再現(xiàn)性差， 不同的廠(chǎng)家不同的儀器會(huì)測(cè)出不同的結(jié)果; 生產(chǎn)廠(chǎng)家較多， 且質(zhì)量差異較大，有些廠(chǎng)家生產(chǎn)的連續(xù)式平整度儀質(zhì)量問(wèn)題較多。車(chē)載式顛簸累積儀必須通過(guò)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的良好保養(yǎng)和檢測(cè)時(shí)嚴(yán)格控制車(chē)速來(lái)保持測(cè)定結(jié)果的穩(wěn)定性， 需經(jīng)常進(jìn)行標(biāo)定， 減振性能好， 則VBI 測(cè)值小; 車(chē)速越高， VBI 測(cè)值越大。

　　2 路面破損檢測(cè)技術(shù)

　　路面破損快速檢測(cè)技術(shù)主要是應(yīng)用照像及攝像技術(shù)對(duì)路面的破損狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)獲取， 然后采用圖像處理技術(shù)對(duì)獲得的路面圖像進(jìn)行處理，定量分析路面破損狀況， 如裂縫等。以路面損壞自動(dòng)采集設(shè)備取代人工量測(cè)的研究始于20 世紀(jì)70 年代初期， 法國(guó)道路管理部門(mén)研制開(kāi)發(fā)了路面攝影車(chē)(GERPHO) ，使在風(fēng)吹日曬環(huán)境下的現(xiàn)場(chǎng)損壞測(cè)量工作轉(zhuǎn)為室內(nèi)對(duì)膠片的處理， 并借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行人工判讀和數(shù)據(jù)記錄。20 世紀(jì)80 年代中后期，西方發(fā)達(dá)國(guó)家美國(guó)、日本、法國(guó)等由于路網(wǎng)管理和路面管理系統(tǒng)發(fā)展的需要， 紛紛開(kāi)展了以路面損壞實(shí)時(shí)采集設(shè)備(硬件) 和路面損壞圖像的計(jì)算機(jī)圖像自動(dòng)處理系統(tǒng)(軟件) 為主要內(nèi)容的研究與開(kāi)發(fā)工作，并于20 世紀(jì)90 年代初期， 陸續(xù)發(fā)表了其研究成果。進(jìn)入20 世紀(jì)90 年代后期，路面損壞自動(dòng)檢測(cè)與模式識(shí)別的研究比較少， 美國(guó)猶他州立大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院的程恒達(dá)教授、加拿大的Roadware 公司等仍然致力于圖像獲取設(shè)備與路面損壞圖像處理技術(shù)的研究， 技術(shù)上并沒(méi)有太大的進(jìn)展， 因此目前國(guó)際上尚沒(méi)有普及路面損壞自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備。

　　我國(guó)在這一領(lǐng)域開(kāi)展研究的個(gè)人或單位不多。1994 年同濟(jì)大學(xué)的孫立軍教授及其研究生在這一領(lǐng)域進(jìn)行了試探性的研究。最新的信息是李德仁院士及其在加拿大的研究生正在開(kāi)展路面損壞檢測(cè)技術(shù)的研究， 取得了一定的成果。哈爾濱工業(yè)大學(xué)從2001 年開(kāi)始了設(shè)備與算法方面的研究， 已取得了階段性的成果。

　　3 路面車(chē)轍檢測(cè)技術(shù)

　　路面車(chē)轍檢測(cè)技術(shù)在國(guó)際上已發(fā)展到較為完善的程度， 主要采用非接觸式距離傳感器自動(dòng)快速檢測(cè)出檢測(cè)橫梁與左、右車(chē)轍的高差及與行駛中心線(xiàn)的距離，然后據(jù)此計(jì)算出車(chē)轍相對(duì)深度。目前，美國(guó)ICC 公司、South Dakota DOT、澳大利亞ARRB 等均能生產(chǎn)快速可靠的車(chē)載式車(chē)轍自動(dòng)檢測(cè)儀。這類(lèi)儀器可進(jìn)行高速、連續(xù)的檢測(cè)， 具有可靠性高、操作安全、不影響車(chē)輛的正常通行等優(yōu)點(diǎn)， 在國(guó)外已得到廣泛應(yīng)用。

　　這類(lèi)儀器主要是采用光學(xué)傳感器(包括激光和紅外傳感器) 及超聲波傳感器進(jìn)行測(cè)量， 每種傳感器均有一定的適用范圍，未來(lái)的研究將根據(jù)不同需求研究選用合適的傳感器， 以期達(dá)到更好的應(yīng)用效果和更高的經(jīng)濟(jì)性， 如激光傳感器要求路面不具有較強(qiáng)的陽(yáng)光照射度， 而紅外傳感器對(duì)色彩較敏感，超聲波傳感器則對(duì)汽車(chē)產(chǎn)生的噪音較敏感。我國(guó)在路面車(chē)轍檢測(cè)方面主要停留在人工檢測(cè)階段， 研究工作開(kāi)展很少。對(duì)車(chē)轍的檢測(cè)局限于對(duì)典型斷面的檢測(cè)， 而典型斷面的選取隨意性大，受主觀(guān)因素影響多， 致使評(píng)價(jià)方法不準(zhǔn)確、不科學(xué)， 并且這種檢測(cè)手段落后、速度慢、危險(xiǎn)性大。哈爾濱工業(yè)大學(xué)進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)備和算法方面的研究， 取得了階段性的成果。

　　4 路面承載能力檢測(cè)

　　路面承載能力的檢測(cè)是得出路面的彎沉及彎沉盆。落錘式彎沉儀(FWD) 是目前應(yīng)用較為廣泛的彎沉檢測(cè)設(shè)備， 代表了彎沉檢測(cè)的發(fā)展方向。它的基本原理是通過(guò)液壓系統(tǒng)提升和釋放荷載塊對(duì)路面施加沖擊荷載， 荷載大小由落錘質(zhì)量和起落高度控制， 荷載時(shí)程和動(dòng)態(tài)彎沉盆均由相應(yīng)的傳感器測(cè)定。20 世紀(jì)60 年代，法國(guó)首先提出沖擊式動(dòng)力彎沉儀的初步設(shè)想， 70 年代后期丹麥和瑞典首先研制成FWD.80 年代以后， 美國(guó)、英國(guó)和日本等相繼引進(jìn)和仿制了這種彎沉儀。研究表明， FWD 的沖擊荷載與時(shí)速60~80 km 的車(chē)輛對(duì)路面的荷載相似， 可以較好地模擬行車(chē)荷載作用， 并且測(cè)速快，精度高， 因此， FWD 在國(guó)際上得到廣泛的用。

　　目前， 在檢測(cè)設(shè)備方面， 國(guó)外正在研究滾動(dòng)式彎沉儀RWD(RollingWheelDeflectometer 滾輪式彎沉儀) 正處于研究階段。它是采用高頻激光掃描，連續(xù)地記錄行駛中的測(cè)試車(chē)在路表產(chǎn)生的彎沉，測(cè)試速度約88.5 km/h.目前主要有Dynatest (丹麥)與Quest Integrated (美國(guó)) 合作、美國(guó)密西西比州的ARA (AppliedResearch Associates) 公司和瑞典的RDT 等機(jī)構(gòu)從事RWD 的研制工作，第一代產(chǎn)品已經(jīng)問(wèn)世，精度適合于路網(wǎng)普查。RWD 的最大優(yōu)點(diǎn)是：所記錄的是真實(shí)受力狀態(tài)， 而不是模擬荷載狀態(tài)下的彎沉， 并且測(cè)速遠(yuǎn)大于FWD， 因此對(duì)交通的影響較小， 是較為理想的彎沉檢測(cè)設(shè)備， 因此是此類(lèi)設(shè)備的重要發(fā)展方向。得克薩斯大學(xué)開(kāi)發(fā)的R( RollingDynamicWheel Deflectometer 滾動(dòng)動(dòng)力彎沉儀) 的加載原理與RWD 相似，但彎沉測(cè)量采用的是滾動(dòng)式彎沉傳感器。它的測(cè)試速度約2.5 km/h， 可以同時(shí)提供路表破損攝像。RDD 的主要優(yōu)點(diǎn)是連續(xù)測(cè)量、信息量大， 但由于測(cè)試速度慢等原因， 用戶(hù)很少。

　　我國(guó)目前常用的靜態(tài)貝克曼梁檢測(cè)方法，效率較低，且無(wú)法與國(guó)際上通用的應(yīng)用軟件及路面材料特性計(jì)算方法相匹配。雖然已陸續(xù)進(jìn)口了一些FWD， 但在應(yīng)用上受到局限(主要是檢測(cè)規(guī)范的限制) ，需要開(kāi)展研究， 以確定FWD 在我國(guó)路面評(píng)價(jià)及計(jì)算方法上的實(shí)用性及指標(biāo)體系。欲使FWD 能真正應(yīng)用于路面承載能力檢測(cè)， 其指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法非常重要， 而我國(guó)目前的研究仍未有實(shí)質(zhì)性進(jìn)展， 國(guó)際上這方面也不夠完善， 因此需要針對(duì)具體國(guó)情， 驗(yàn)證其檢測(cè)性能， 并將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)用于指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法的研究， 建立和完善我國(guó)路面承載能力檢測(cè)技術(shù)規(guī)范及檢定規(guī)程， 利用國(guó)內(nèi)已進(jìn)口的FWD， 進(jìn)行大量實(shí)測(cè)， 積累數(shù)據(jù)， 建立相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

　　5 路面抗滑能力檢測(cè)

　　抗滑能力主要是指路面摩擦系數(shù)。在檢測(cè)方法上主要有早期英國(guó)的擺式摩擦儀(靜態(tài)、單點(diǎn)檢測(cè)) 和現(xiàn)今制動(dòng)測(cè)距(動(dòng)態(tài)、連續(xù)檢測(cè)) 的方法。在研究方面目前集中在檢測(cè)手段(主要是動(dòng)態(tài)連續(xù)式) 的可靠性、應(yīng)用指標(biāo)及指標(biāo)體系的研究。動(dòng)態(tài)連續(xù)式檢測(cè)已成為當(dāng)今國(guó)際上的主流， 但在制造上有較大的難度。同時(shí)檢測(cè)時(shí)， 由于要對(duì)檢測(cè)輪進(jìn)行完全制動(dòng)， 其檢測(cè)費(fèi)用較高。國(guó)際上檢測(cè)手段較發(fā)達(dá)的國(guó)家有瑞典和美國(guó)等。另一種新的檢測(cè)方法是測(cè)定檢測(cè)車(chē)全剎車(chē)時(shí)的最大減速度， 一些研究成果表明， 此最大減速度與路面摩擦系數(shù)有較好的相關(guān)性。近幾年國(guó)際上有一些研究采用高分辨率的激光距離傳感器檢測(cè)路面的微觀(guān)特征， 并研究其綜合定量指標(biāo)與路面摩擦系數(shù)的相關(guān)性。若這一種新的方法得以認(rèn)可， 路面摩擦系數(shù)的快速檢測(cè)將變得更有效和低價(jià)。

　　我國(guó)目前采用的主要檢測(cè)手段仍為擺式摩擦儀。由于是靜態(tài)單點(diǎn)抽樣檢測(cè)， 其效率和可靠性無(wú)法滿(mǎn)足公路管理的需要。今后需開(kāi)展此方面的檢測(cè)技術(shù)的研究， 重點(diǎn)應(yīng)集中在采用何種技術(shù)以實(shí)現(xiàn)快速連續(xù)的檢測(cè)。另外， 我國(guó)養(yǎng)護(hù)規(guī)范對(duì)瀝青路面的抗滑性能提出了擺值、構(gòu)造深度、橫向力系數(shù)等幾種評(píng)價(jià)指標(biāo)， 但對(duì)于這些指標(biāo)之間的相互關(guān)系缺乏系統(tǒng)的分析， 因此， 還需進(jìn)行指標(biāo)評(píng)價(jià)體系的研究，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)， 獲得大量數(shù)據(jù)， 完善檢測(cè)規(guī)范，建立新的指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法。

　　6 小結(jié)

　　目前， 我國(guó)公路通車(chē)?yán)锍桃丫邮澜缜傲校鄳?yīng)的公路檢測(cè)設(shè)備相對(duì)落后， 制約著我國(guó)公路特別是高速公路的現(xiàn)代化水平。本文介紹了國(guó)內(nèi)外公路路面自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀， 通過(guò)對(duì)道路檢測(cè)技術(shù)的對(duì)比和分析， 總體趨勢(shì)是由人工檢測(cè)向自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)發(fā)展， 由破損類(lèi)檢測(cè)向無(wú)損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展， 由低速度、低精度向高速度、高精度發(fā)展。因此就國(guó)內(nèi)目前情況看， 盡快組織力量，投入資金，并在國(guó)內(nèi)外已有成果基礎(chǔ)上， 從高速公路快速檢測(cè)設(shè)備、技術(shù)以及養(yǎng)護(hù)新材料、新方法、新工藝等方面， 深入系統(tǒng)地開(kāi)展瀝青路面快速檢測(cè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)的研究， 發(fā)展我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的路面快速檢測(cè)技術(shù)， 提升我國(guó)路面檢測(cè)技術(shù)的規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)， 促進(jìn)我國(guó)路面檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用及實(shí)施，對(duì)于全面提高我國(guó)公路的管養(yǎng)水平， 進(jìn)而全面提高我國(guó)公路工程質(zhì)量，具有重要意義。

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