国内少数单位在20世纪90年代中后期以来陆续引进了路表破损数字图像采集系统,它的基本原理是采用车载式数字摄像系统连续高速采集路表的图像,然后在室内通过后处理软件自动处理与人工判读相结合,识别、分类与统计路表破损。 路表破损摄像系统极大地提高了工作效率,避免了高速公路人工破损调查的危险性,随着我国高速公路建设的快速发展,必将成为广泛应用的设备。由于市场需求的大量存在和进口设备的价格居高不下,国内有几家研究单位开始国产化的探索,并已有原型机问世。根据对该设备用户的调查了解,路表破损摄像系统在使用中的不便之处主要是室内后处理的工作量较大。
由于现阶段厂家提供的后处理软件在图像的自动识别方面存在误判、漏判及难以判定等现象,必须由人工来辅助处理,这种情况下工作人员所面临的图像数量是庞大的。针对这一问题,该设备制造商和国内的研制单位目前的工作重点是表面破损的自动识别、归类,并自动输出路面破损率(DR)、路面状况指数(PCI)等指标,生成路面破损表格。 路表三维激光可视化系统是一种新型的路表破损数据采集系统,该系统采用激光传感器(横向4个,纵向两个)随着车辆的高速行驶,连续扫描一个车道,得到路表的三维可视图,并实时处理,通过对该图的分析,可得到裂缝、变形、松散及泛油等各种病害;同时,还可以测试平整度和车辙。与数字图像系统相比,激光三维可视化系统的优势是可以较好地反映变形类破损,分析不受阴影的影响,采集数据精确度较高;缺点是数据量大,硬件要求高,价格较高,约100万美元。目前该类型的设备在国际上的用户非常少,在国内还没有用户。
1.5 路面雷达测试路面雷达是利用电磁波在路面结构层和路基中的传播和反射,根据回波的传播时间、波幅与波形,确定目标体的空间位置或结构。用于路面测试最早出现于20世纪70年代,80年代后期在设备技术上和应用水平上有很大的进步。路面雷达的测试速度与采样频率直接相关,通常约60Km/h左右。目前国内约有20台路面雷达,并且每年都在增加,这些设备的品牌不同,主要产于美国和欧洲,但测试原理基本相同。
可以说,路面雷达为路面厚度测试、相对高含水区域检测、结构层完整性判定等提供了难以替代的手段。 目前的路面雷达在沥青砼面层厚度检测上的精度约为3%,在水泥砼面层厚度检测上的精度约为5%;在结构层完整性,如水泥砼板的脱空判定、桥面铺装的剥离等方面的研究仍有待于进一步深化,由于实际情况往往难以客观判定,往往采用不同的检测方法来相互印证,例如用落锤式弯沉仪与路面雷达同时作脱空判定,用红外热成像仪和路面雷达同时作桥面铺装剥离判定,但这方面的国内外研究成果较少,仅有的少数成果也多没有得出相关性良好的结论。 路面雷达的应用,除了雷达天线本身的精度外,后处理软件也非常关键,可以说,设备提供了检测的手段,而软件决定了应用的广度和深度,应当引起国内用户足够的重视。各雷达厂家都有配套的后处理软件,另外也有一些专业性研究所开发的更为专业的后处理软件,尤其以美国和芬兰的研究较深入。
另外,根据雷达测试数据分析路面结构的压实度和含水量也是一个研究方向,目前国内尚没有见到公开发表的实际应用情况的论文或报告。
数据分析与评价目前我国的公路科研和管理部门在综合各项检测指标,分析路面病害原因,评价其使用性能,并提出相应的养护措施方面已经建立了自己的体系。但近年来早期建设的道路开始进入了大中修或改建的高峰期,新建高速公路的一些路段也出现了早期损坏;与此同时,新型检测设备不断涌现,提供了更丰富、更精确的信息。因此,如何更好地利用自动化的无损检测技术和分析方法,评价路面使用性能,深入分析病害产生的原因,以提出经济上优化、技术上合理可行的维修方案,对于创造更好的社会效益和经济效益是至关重要的。美国、加拿大、芬兰、荷兰等国在这方面的研究较为成熟,已开发了一批专家系统软件,并结合路面使用性能退化机理、力学分析、寿命周期费用分析等理论,建立了集病害原因分析的力学~经验方法、基于经济分析的路面养护及补强设计优化方法为一体的系统化的分析理论。
而在我国,目前大多数自动化检测设备的用户尚停留在简单使用的层次上,仅有个别单位在进行相互独立的研究。产生这种现象的主要原因是:
1 大部分用户单位科研力量较弱;
2 自动化检测设备价格昂贵,很多科研单位限于资金问题尚没有购买,或仅有一、两种;
3 科研单位的研究成果在系统化、集成化和市场化上不够,因此难以推广。随着我国高等级公路建设的日新月异,以及公路管理机制、科研单位体制的改革,对公路养护管理水平,科研单位的科技、市场竞争力的要求越来越高,相信这种情况将很快出现变化。