瀝青路面裂縫檢測

1、2021/3/231瀝青路面裂縫檢測技術(shù)與評價(jià)指標(biāo)2021/3/232 目錄 CONTENTS序 言國內(nèi)外路面檢測技術(shù)研究現(xiàn)狀瀝青路面裂縫分類瀝青路面裂縫檢測方法與評價(jià)指標(biāo)展 望1. 1. 序序 言言高速公路的發(fā)展帶給人們方便的同時(shí)高速公路的發(fā)展帶給人們方便的同時(shí),也給人們提出了一個(gè)新的難也給人們提出了一個(gè)新的難題題:公路養(yǎng)護(hù)與管理。日常生活中的很多原因都會(huì)給公路帶來破損公路養(yǎng)護(hù)與管理。日常生活中的很多原因都會(huì)給公路帶來破損,破損形式多樣破損形式多樣,如裂縫、坑槽等如裂縫、坑槽等,這些病害給人們交通安全帶來了隱這些病害給人們交通安全帶來了隱患。因此患。因此,及時(shí)并且有效的路面破損檢測成為公路養(yǎng)

2、護(hù)的重中之重及時(shí)并且有效的路面破損檢測成為公路養(yǎng)護(hù)的重中之重,其中其中,路面裂縫檢測就是一個(gè)關(guān)鍵的部分。路面裂縫檢測就是一個(gè)關(guān)鍵的部分。2. 2. 國國內(nèi)內(nèi)外瀝青路面裂縫檢測技術(shù)研究現(xiàn)狀外瀝青路面裂縫檢測技術(shù)研究現(xiàn)狀近年來近年來,一些新的理論逐漸被應(yīng)用于瀝青路面裂縫檢測中一些新的理論逐漸被應(yīng)用于瀝青路面裂縫檢測中,如小波理論、形態(tài)如小波理論、形態(tài)學(xué)理論、分形理論、多尺度分析等。學(xué)理論、分形理論、多尺度分析等。1. 2009年年,法國南特大學(xué)的法國南特大學(xué)的Peggysubirats等人提出用小波變換的方法等人提出用小波變換的方法,先對先對二維圖像進(jìn)行小波分解二維圖像進(jìn)行小波分解,對分解后各個(gè)方

3、向的系數(shù)做相關(guān)變換對分解后各個(gè)方向的系數(shù)做相關(guān)變換,再用經(jīng)過變換再用經(jīng)過變換后的系數(shù)重構(gòu)圖像后的系數(shù)重構(gòu)圖像,最后做二值化處理以判斷該圖像是否為裂縫圖像最后做二值化處理以判斷該圖像是否為裂縫圖像2. Xu, B. G (2010)獲得了實(shí)時(shí)路面圖像采集設(shè)備、系統(tǒng)和方法的美國專利。獲得了實(shí)時(shí)路面圖像采集設(shè)備、系統(tǒng)和方法的美國專利。3. Wang, K. C.P等在普通車輛上建立起四相機(jī)系統(tǒng)等在普通車輛上建立起四相機(jī)系統(tǒng),并采用激光路面成像系并采用激光路面成像系統(tǒng)對檢測車進(jìn)行了改進(jìn)統(tǒng)對檢測車進(jìn)行了改進(jìn),提出了三維路表重建算法提出了三維路表重建算法,裂縫檢測精度為裂縫檢測精度為2mm。1. 2003

4、年年,南京理工大學(xué)的高建貞、任明武、唐振民等提出首先對路面裂縫南京理工大學(xué)的高建貞、任明武、唐振民等提出首先對路面裂縫圖像進(jìn)行灰度不均校正處理圖像進(jìn)行灰度不均校正處理,然后進(jìn)行圖像增強(qiáng)、分割的自動(dòng)檢測方法。然后進(jìn)行圖像增強(qiáng)、分割的自動(dòng)檢測方法。2. 2004年年,吉林大學(xué)的施樹明、初秀民等在對裂縫圖像分塊的基礎(chǔ)上吉林大學(xué)的施樹明、初秀民等在對裂縫圖像分塊的基礎(chǔ)上,用子塊用子塊灰度方差描述子塊圖像特征灰度方差描述子塊圖像特征,然后采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器對其進(jìn)行識(shí)別然后采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器對其進(jìn)行識(shí)別,以確定以確定破損嚴(yán)重的裂縫子塊破損嚴(yán)重的裂縫子塊,再對該子塊進(jìn)行去噪、二值化處理。再對該子塊進(jìn)行去噪、

5、二值化處理。3. 長安大學(xué)信息工程學(xué)院的韋娜、趙祥模等提出了基于形態(tài)學(xué)和局部閡值長安大學(xué)信息工程學(xué)院的韋娜、趙祥模等提出了基于形態(tài)學(xué)和局部閡值分割的瀝青路面裂縫檢測算法分割的瀝青路面裂縫檢測算法;丁愛玲等提出了基于支撐矢量機(jī)的路面裂縫丁愛玲等提出了基于支撐矢量機(jī)的路面裂縫識(shí)別方法識(shí)別方法,并建立了相應(yīng)的支撐矢量機(jī)分類器算法。并建立了相應(yīng)的支撐矢量機(jī)分類器算法。2. 2. 國國內(nèi)內(nèi)外瀝青路面裂縫檢測技術(shù)研究現(xiàn)狀外瀝青路面裂縫檢測技術(shù)研究現(xiàn)狀3. 3. 瀝青路面裂縫的分類及破損等級瀝青路面裂縫的分類及破損等級縱向裂縫縱向裂縫橫向裂縫橫向裂縫網(wǎng)狀裂縫網(wǎng)狀裂縫塊狀裂縫塊狀裂縫裂縫類型（形狀）裂縫類型（

6、形狀）縱向裂縫:與道路中線大致平行的長直裂縫,有時(shí)伴有少量支縫。這類裂縫通常由路基、基層沉降,或施工接縫質(zhì)量或結(jié)構(gòu)承載力不足而引起。路基、基層沉降引起的縱縫,通常斷斷續(xù)續(xù),綿延很長;施工搭接引起的縱縫,其形態(tài)特征是長且直;而結(jié)構(gòu)承載力不足引起的縱縫多出現(xiàn)在路面邊緣,由于路基濕軟造成承載力不足,從而導(dǎo)致縱縫。圖3.1 縱向裂縫u瀝青路裂縫簡介3. 3. 瀝青路面裂縫的分類及破損等級瀝青路面裂縫的分類及破損等級橫向裂縫橫向裂縫:與道路中線近于垂直的裂縫,有時(shí)伴有少量支縫。橫向裂縫多由路基、基層裂縫的反射或由路面低溫收縮造成;最初多出現(xiàn)于路面兩側(cè),逐漸發(fā)展形成貫通路幅的橫縫。圖3.2 橫向裂縫3.

7、3. 瀝青路面裂縫的分類及破損等級瀝青路面裂縫的分類及破損等級網(wǎng)狀裂縫網(wǎng)狀裂縫:相互交錯(cuò)的裂縫將路面分割成形似網(wǎng)狀或龜紋狀的銳角多邊形小塊,塊的尺寸小于50cm50cm。網(wǎng)狀裂縫（龜裂）是行車荷載的重復(fù)作用而引起的疲勞裂縫,其最初形態(tài)是一條或幾條平行的縱縫,隨著荷載重復(fù)作用次數(shù)的增加,平行縱縫間出現(xiàn)了橫向、斜向連接縫,形成多邊的、銳角的、形似網(wǎng)狀、龜裂狀的裂縫型式。圖3.3 龜裂3. 3. 瀝青路面裂縫的分類及破損等級瀝青路面裂縫的分類及破損等級塊狀裂縫塊狀裂縫:塊裂表現(xiàn)為縱向和橫向裂縫的交錯(cuò)而使路面分裂成近似成直角的多邊形大塊,塊裂的網(wǎng)格在形狀和尺寸上都有別于龜裂。路面裂縫呈不規(guī)則形狀,塊的

8、最長邊長小于100cm。不規(guī)則裂縫主要由面層材料的收縮和溫度的周期性變化所致。圖3.4 塊狀裂縫3. 3. 瀝青路面裂縫的分類及破損等級瀝青路面裂縫的分類及破損等級u破損等級劃分3. 3. 瀝青路面裂縫的分類及破損等級瀝青路面裂縫的分類及破損等級4. 4. 瀝青路面裂縫檢測方法與評價(jià)指標(biāo)瀝青路面裂縫檢測方法與評價(jià)指標(biāo)u人工檢測人工檢測指在封閉或不封閉交通的情況下,按照規(guī)定的損壞分類和識(shí)別方法,采用目測和簡單工具丈量的方式,人工記錄各種路面損壞的類型、嚴(yán)重程度和數(shù)量（長度或面積）。u人工檢測存在的不足人工檢測存在的不足 人工檢測雖能得到一些路面破損信息人工檢測雖能得到一些路面破損信息, ,但存在

9、以下幾方面但存在以下幾方面主要問題主要問題: : (1)(1)精確度低精確度低: :人工觀測受主觀因素影響較大人工觀測受主觀因素影響較大, ,觀測數(shù)據(jù)觀測數(shù)據(jù) 不精確。不精確。 (2)(2)成本較高成本較高: :采用人工觀測要支付很高的勞務(wù)費(fèi)采用人工觀測要支付很高的勞務(wù)費(fèi), ,并限并限 制交通量制交通量, ,降低了車輛通行量降低了車輛通行量, ,減少了收費(fèi)額。減少了收費(fèi)額。 (3)(3)效率較低效率較低: :人工觀測速度慢人工觀測速度慢, ,耗時(shí)長。耗時(shí)長。 (4)(4)存在安全隱患存在安全隱患: :觀測人員在公路上行走時(shí)要避讓車輛觀測人員在公路上行走時(shí)要避讓車輛, , 存在一定的安全隱患存在

10、一定的安全隱患4. 4. 瀝青路面裂縫檢測方法與評價(jià)指標(biāo)瀝青路面裂縫檢測方法與評價(jià)指標(biāo)4. 4. 瀝青路面裂縫檢測方法與評價(jià)指標(biāo)瀝青路面裂縫檢測方法與評價(jià)指標(biāo)u鉆芯挖驗(yàn)鉆芯挖驗(yàn)國外路面檢測系統(tǒng)國外路面檢測系統(tǒng)與方法與方法u加拿大路德威加拿大路德威(Roadware)(Roadware)公司生產(chǎn)的公司生產(chǎn)的ARANARAN系統(tǒng)系統(tǒng) ARAN系統(tǒng)是由一輛經(jīng)過改裝后的汽車底盤和各種數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)構(gòu)成的套模系統(tǒng)是由一輛經(jīng)過改裝后的汽車底盤和各種數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)構(gòu)成的套模塊化的數(shù)據(jù)采集平臺(tái)塊化的數(shù)據(jù)采集平臺(tái),能在高達(dá)能在高達(dá)80km/h的速度下同時(shí)采集路面損壞、平整度和的速度下同時(shí)采集路面損壞、平整度和路

11、面前方圖像等數(shù)據(jù)。成像子系統(tǒng)能根據(jù)車速自動(dòng)選取圖像幀中的適當(dāng)部分路面前方圖像等數(shù)據(jù)。成像子系統(tǒng)能根據(jù)車速自動(dòng)選取圖像幀中的適當(dāng)部分,而舍棄發(fā)生重疊的部分。此外而舍棄發(fā)生重疊的部分。此外,由于系統(tǒng)還使用了閃光燈由于系統(tǒng)還使用了閃光燈,使系統(tǒng)能夠適應(yīng)全天使系統(tǒng)能夠適應(yīng)全天候的檢測工作。與候的檢測工作。與ARAN系統(tǒng)配套的路面裂縫自動(dòng)評價(jià)系統(tǒng)系統(tǒng)配套的路面裂縫自動(dòng)評價(jià)系統(tǒng)WiseCrax集成了集成了先進(jìn)的圖像處理技術(shù)和有效的硬件加速技術(shù)先進(jìn)的圖像處理技術(shù)和有效的硬件加速技術(shù),自動(dòng)分析自動(dòng)分析1mm精度以上的裂縫成精度以上的裂縫成為可能為可能,正確識(shí)別率可達(dá)正確識(shí)別率可達(dá)85%90%。用戶還可根據(jù)各項(xiàng)

12、不同的數(shù)值界定范圍的。用戶還可根據(jù)各項(xiàng)不同的數(shù)值界定范圍的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn),在分析時(shí)定義自己的界限。在分析時(shí)定義自己的界限。國外路面檢測系統(tǒng)國外路面檢測系統(tǒng)與方法與方法(1)系統(tǒng)采集到的路面損壞圖像數(shù)據(jù)為模擬量,存儲(chǔ)在錄像帶中,只有將其數(shù)字化之后才能被計(jì)算機(jī)處理,極大地影響了圖像數(shù)據(jù)處理的效率。(2)路面損壞圖像的光照系統(tǒng)由功率較大的多盞碘燈或氫激光燈組成,在檢測過程中能耗高且極易損壞。(3)同步檢測技術(shù)還不成熟,攝像機(jī)采集的路面損壞圖像會(huì)出現(xiàn)重疊或缺失的現(xiàn)象。uARAN系統(tǒng)的不足系統(tǒng)的不足國外路面檢測系統(tǒng)國外路面檢測系統(tǒng)與方法與方法 澳洲道路運(yùn)輸研究所(ARRB)研制開發(fā)的Hawkeye2000快速

13、檢測系統(tǒng),Hawkeye2000系統(tǒng)由圖像系統(tǒng)、數(shù)字?jǐn)嗝嫦到y(tǒng)、GPS與DGPS系統(tǒng)、采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等部分組成。該系統(tǒng)可以在110km/h的車速下同時(shí)采集路面破損、平整度、車轍、路面橫縱坡等數(shù)據(jù),同時(shí)對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)壓縮并由工業(yè)圖像采集卡把路面圖像及時(shí)存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)硬盤。該系統(tǒng)路面破損圖像分辨率為2.5mm,檢測寬度為3.2m, GPS系統(tǒng)具有1m范圍內(nèi)的定位精度。uHawkeye2000快速檢測系統(tǒng)快速檢測系統(tǒng)國外路面檢測系統(tǒng)國外路面檢測系統(tǒng)與方法與方法uHawkeye2000快速檢測系統(tǒng)的不快速檢測系統(tǒng)的不足足(1)依然采用多數(shù)量的常規(guī)光源照明,未改進(jìn)路面照明系統(tǒng)。(2)線掃描技術(shù)尚

14、不成熟,采集到的路面破損圖像質(zhì)量不高。國外路面檢測系統(tǒng)國外路面檢測系統(tǒng)與方法與方法國內(nèi)路面檢測國內(nèi)路面檢測系統(tǒng)與方法系統(tǒng)與方法uJG-1JG-1型激光三維智能檢測車型激光三維智能檢測車JG-1型激光三維智能檢測車是在型激光三維智能檢測車是在20042004年底由南京理工大學(xué)研制出年底由南京理工大學(xué)研制出來的。該系統(tǒng)解決了國際上速度來的。該系統(tǒng)解決了國際上速度低于低于25km/h不能檢測的難題不能檢測的難題, ,檢檢測速度范圍可在測速度范圍可在0-120km/h之間之間變化變化, ,該系統(tǒng)使用連續(xù)非拼接線列該系統(tǒng)使用連續(xù)非拼接線列激光斷面掃面激光斷面掃面, ,可以無間點(diǎn)采集路可以無間點(diǎn)采集路面數(shù)

15、據(jù)面數(shù)據(jù), ,能正確給出擁包、坑槽等能正確給出擁包、坑槽等破損的大小。破損的大小。國內(nèi)路面檢測系統(tǒng)國內(nèi)路面檢測系統(tǒng)與方法與方法uCiCSCiCS路況快速檢測系統(tǒng)路況快速檢測系統(tǒng)CiCS是國內(nèi)首套具有完全自主知識(shí)產(chǎn)并達(dá)到世界先進(jìn)技術(shù)水平的多功能路況快速檢測裝備,這套裝備能在正常車流速度下準(zhǔn)確、迅速地對路面平整度、車轍、路面紋理深度、路面損壞及前方景觀圖像等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。與之配套的路面損壞識(shí)別系統(tǒng)CiAS (Cracking image Analysis System)針對路面破損的識(shí)別率高達(dá)90%95%,較好地符合了公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)(JTGH20-2007)的要求。u 檢測原理檢測原理路面裂

16、縫檢測原理指應(yīng)用相關(guān)設(shè)備收集路面信息,并對路面圖像信息進(jìn)行識(shí)別、判斷的過程。如果路面產(chǎn)生了裂縫,則需要用圖像處理算法改善圖像質(zhì)量,完成路面圖像信息的辨別與存儲(chǔ),記錄裂縫出現(xiàn)的具體位置,并標(biāo)明路面裂縫的形狀、大小、嚴(yán)重程度等信息,為公路路面的養(yǎng)護(hù)和修理提供信息和技術(shù)參考。4. 4. 瀝青路面裂縫檢測方法與評價(jià)指標(biāo)瀝青路面裂縫檢測方法與評價(jià)指標(biāo)u檢測車調(diào)查流程圖檢測車調(diào)查流程圖4. 4. 瀝青路面裂縫檢測方法與評價(jià)指標(biāo)瀝青路面裂縫檢測方法與評價(jià)指標(biāo)4. 4. 瀝青路面裂縫檢測方法與評價(jià)指標(biāo)瀝青路面裂縫檢測方法與評價(jià)指標(biāo)2每種路面裂縫都有產(chǎn)生和發(fā)展的過程。處于不同階段的裂縫,對于路面的使用性能的影響

17、程度是不同的。裂縫出現(xiàn)的早期,裂縫間尚有較高的傳荷能量,因而對行車舒適性的影響較小;發(fā)展到后期,縫隙變得很寬,邊緣處嚴(yán)重碎裂,車輛行駛時(shí)出現(xiàn)較大顛簸,裂縫間己幾乎沒有傳荷能力。1u路面破損狀況評價(jià)指數(shù)（路面破損狀況評價(jià)指數(shù)（PCI） 為了使各路段的損壞程度或損壞狀況具有可比性,需采用一項(xiàng)綜合評價(jià)指標(biāo),將破損嚴(yán)重程度及范圍、損壞類型等進(jìn)行綜合考慮,通常由路面破損狀況評價(jià)指數(shù)(PCI)來決定。u裂縫大小對行車的影響裂縫大小對行車的影響u路面破損狀況指數(shù)路面破損狀況指數(shù)(PCI)計(jì)算公式計(jì)算公式 通過對路面損壞數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測,根據(jù)路面的折合損壞面積和調(diào)查面積可計(jì)算路面破損率（DR）和路面破損狀況評價(jià)指

18、數(shù)（PCI）,以此來評價(jià)路面的損壞狀態(tài)。 式中, 0瀝青路面采用15.00; 1瀝青路面采用0.412。4. 4. 瀝青路面裂縫檢測方法與評價(jià)指標(biāo)瀝青路面裂縫檢測方法與評價(jià)指標(biāo)u路面破損率路面破損率(DR) 路面破損率(DR),即換算損壞面積與調(diào)查面積之比。換算損壞面積由路面表面各種類型的損壞通過其對路面使用性能的影響程度加權(quán)累積計(jì)算得到。 式中,DR路面破損率; Ai 第i類路面損壞的面積,m2; A調(diào)查的路面面積,m2; i第i類路面損壞的權(quán)重; i考慮損壞程度（輕、中、重）的第i項(xiàng)路面破損類型; i0包含損壞程度（輕、中、重）的損壞類型總數(shù)。4. 4. 瀝青路面裂縫檢測方法與評價(jià)指標(biāo)瀝青

19、路面裂縫檢測方法與評價(jià)指標(biāo)4. 4. 瀝青路面裂縫檢測方法與評價(jià)指標(biāo)瀝青路面裂縫檢測方法與評價(jià)指標(biāo)u路面破損狀況評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)路面破損狀況評價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)路面的破損狀況調(diào)查得到的路面狀況指數(shù),可將路面的質(zhì)量分為優(yōu)良中次差五個(gè)等級。評定標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合下表。 評 價(jià) 等 級優(yōu)良中次差路面狀況指數(shù)（PCI）8570, 8555,7040,5540路面破損狀況評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)4. 4. 瀝青路面裂縫檢測方法與評價(jià)指標(biāo)瀝青路面裂縫檢測方法與評價(jià)指標(biāo)2021/3/2329 圖像的采集:裂縫深度信息很難獲得圖像的處理:多尺度分析 5. 5.展望展望2021/3/2330u多尺度圖像分析多尺度圖像分析是一種模擬人類視覺感知外界事

20、物的過程:當(dāng)一幅圖像進(jìn)入人眼后,人能同時(shí)辨別出大小不一的物體,可見人腦能同時(shí)在不同的尺度下對這幅圖像進(jìn)行采樣與描述。所以僅僅在某一種固定的尺寸下分析圖像,根本不能表現(xiàn)出圖像本身固有的多尺度特性,也就限制了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此,采用多尺度圖像分析方法就是在一組連續(xù)尺度上分析路面圖像,使不同尺度層上圖像之間滿足某種特定的關(guān)系,以達(dá)到綜合各尺度層上信息的目的,提高路面病害檢測精度。目前多尺度分析方法在圖像平滑和邊緣檢測方面主要有高斯卷積多尺度、小波多尺度、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)多尺度等2021/3/2331 相關(guān)新技術(shù)u 結(jié)構(gòu)光公路路面裂縫檢測技術(shù) 從系統(tǒng)的角度來看,基于結(jié)構(gòu)光的三維裂縫檢測系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集、

21、數(shù)據(jù)處理、定位子系統(tǒng)、承載車及其附屬裝置四個(gè)部分。其中,數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)為檢測系統(tǒng)的重要組成部分,直接影響著系統(tǒng)最終結(jié)果的準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)處理部分包含光條中心坐標(biāo)提取、結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)標(biāo)定、三維輪廓特征提取、路面裂縫決策識(shí)別、路面裂縫類型及破損程度分析五大關(guān)鍵技術(shù)。2021/3/2332參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1 1 高建貞高建貞, ,任明武任明武, ,唐振民等唐振民等. .路面裂縫的自動(dòng)檢測與識(shí)別路面裂縫的自動(dòng)檢測與識(shí)別J.J.公路公路, ,2003,29(2):149-150. 2 2 施樹明施樹明, ,初秀民初秀民, ,王榮本王榮本. .瀝青路面破損圖像測量方法研究瀝青路面破損圖像測量方法研究J,J,公路交通科技公路交通科技, ,2004,21(7):12-16. 3 3 凌勇凌勇, ,汪國有汪國有. .高速公路裂縫邊緣檢測算法研究高速公路裂縫邊緣檢測算法研究Jl.Jl.計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程