吉婉欣，陳 長(zhǎng)，沈俊逸

路面狀況數(shù)據(jù)采集是路面管理中的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)人工調(diào)查法多采用人工步行目測(cè)判定損害類(lèi)型，手動(dòng)測(cè)量損害數(shù)量并根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)確定損害等級(jí)，最后整理匯總調(diào)查表格，計(jì)算得到路面狀況指數(shù)（Pavement Condition Index，簡(jiǎn)稱為PCI）。該方法檢測(cè)效率低、危險(xiǎn)、干擾交通且易出錯(cuò)［1］。近些年來(lái)，各國(guó)學(xué)者研究開(kāi)發(fā)了各類(lèi)高效快速的檢測(cè)設(shè)備用于路面檢測(cè)，路況攝像儀就是其中之一［2］。路況攝像儀的工作原理是利用車(chē)載的高速高清攝像裝置，在高速行車(chē)條件下將路面的影像拍攝下來(lái)，然后，對(duì)影像進(jìn)行后期識(shí)別，得到路面損壞狀況的檢測(cè)結(jié)果。路況攝像儀的應(yīng)用大大提高了檢測(cè)效率，保障了檢測(cè)人員安全，避免了對(duì)交通的干擾［3］。

但是，路況攝像儀也存在相應(yīng)的問(wèn)題。后期的路面損壞識(shí)別采用人機(jī)交互的方式進(jìn)行，工作人員根據(jù)拍攝圖片進(jìn)行損壞類(lèi)型和損壞程度的判斷［4］。受平面影像顯示制約，很難識(shí)別車(chē)轍、沉陷及波浪擁包等變形類(lèi)損壞［5］；受圖片分辨率限制，不能辨識(shí)部分損壞類(lèi)型［6］；除此之外，還可能存在其他的問(wèn)題。

作者擬按照特定原則，抽取部分路段進(jìn)行人工PCI檢測(cè)，將路況攝像儀檢測(cè)PCI和人工檢測(cè)PCI進(jìn)行對(duì)比分析，分析路況攝像儀的檢測(cè)精度和所存在的問(wèn)題。

1 樣本選取和路況檢測(cè)

通過(guò)對(duì)上海市市政工程管理處的調(diào)研，獲取了2011年上海市12個(gè)中心城區(qū)所管轄的4 915個(gè)路段、1 321km的道路檢測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包括利用路況攝像儀檢測(cè)分析得到的路段PCI（記為PCI1）、利用激光斷面儀檢測(cè)得到的路段國(guó)際平整度指數(shù)（International Republican Institute，簡(jiǎn)稱為IRI）和具有豐富工程經(jīng)驗(yàn)的工作人員目測(cè)估計(jì)的PCI（記為PCI2）?？紤]到樣本量巨大，不可能對(duì)轄區(qū)內(nèi)所有道路進(jìn)行人工檢測(cè)。結(jié)合路況攝像儀的工作原理和固有缺陷，從兩個(gè)方面選取樣本進(jìn)行分析。

第一類(lèi)針對(duì)變形類(lèi)問(wèn)題突出的路段。首先按照《城鎮(zhèn)道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》［7］對(duì)轄區(qū)內(nèi)所有道路進(jìn)行PCI和IRI評(píng)級(jí)，選出PCI等級(jí)高于IRI等級(jí)兩級(jí)以上的路段進(jìn)行檢測(cè)分析；第二類(lèi)針對(duì)其他問(wèn)題的路段。以目測(cè)PCI作為參考標(biāo)準(zhǔn)。選取PCI1和PCI2差值大于10的路段進(jìn)行檢測(cè)分析。

綜合考慮道路等級(jí)、所屬轄區(qū)、安全問(wèn)題及可行性，選取包括主干路、次干路及支路在內(nèi)的共20條路段進(jìn)行檢測(cè)分析。

對(duì)于第一類(lèi)路段，選取了PCI等級(jí)高于IRI等級(jí)兩級(jí)以上的路段進(jìn)行人工檢測(cè)。為方便分析，首先對(duì)等級(jí)進(jìn)行賦值，A級(jí)值為4，B級(jí)值為3，以此類(lèi)推。然后用路段的PCI等級(jí)值減IRI等級(jí)值，得到PCI和IRI等級(jí)差值，記為D。D大于2的路段即為本研究對(duì)象。差值具體組成如圖1所示。

圖1 D分布Fig.1 The distribution curve of D

從圖1中可以看到，D大于2的路段共有80條，從中隨機(jī)抽取10%的路段進(jìn)行人工檢測(cè)，檢測(cè)內(nèi)容按照《城鎮(zhèn)道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》［7］規(guī)定的進(jìn)行。最后根據(jù)規(guī)范，計(jì)算PCI（記為PCI3）。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 第一類(lèi)路段檢測(cè)結(jié)果匯總Table 1 Detection results of Section I

一般認(rèn)為，誤差在±5%以內(nèi)是可被接受的。PCI采用的是百分值，故將差值5作為臨界值。由表1可知，所有檢測(cè)路段的人工實(shí)測(cè)PCI值和利用路況攝像儀分析PCI差值均大于5，即檢測(cè)精度不能符合要求。

路況攝像儀除了存在不能識(shí)別變形類(lèi)損壞的問(wèn)題，還存在其他一系列的問(wèn)題。借助人工目測(cè)PCI，將PCI1和PCI2作差，選取差值大于10的路段進(jìn)行人工檢測(cè)。一共有124條路段差值大于等于10，選取其中的12條進(jìn)行人工檢測(cè)，具體檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

對(duì)實(shí)測(cè)的PCI差值進(jìn)行區(qū)間統(tǒng)計(jì)為：僅25%的路段PCI1和PCI3的差值在5分以下，75%的路段差值大于5分，大部分路段精度不符合要求。由于路況攝像儀依靠影像進(jìn)行路面損壞識(shí)別的模式存在固有屬性，對(duì)于部分路面損壞尚不能識(shí)別，導(dǎo)致檢測(cè)精度較低。

表2 二類(lèi)路段檢測(cè)結(jié)果匯總Table 2 Detection results of Section II

2 結(jié)果分析和改進(jìn)建議

2.1 變形類(lèi)問(wèn)題

1）變形類(lèi)損壞

受平面攝影技術(shù)的制約，僅依據(jù)拍攝圖片很難識(shí)別出車(chē)轍、沉陷及波浪擁包等變形類(lèi)損壞，利用路況攝像儀得到的分析結(jié)果不能反映路面變形類(lèi)損壞。當(dāng)?shù)缆反嬖谳^多變形類(lèi)損壞時(shí)，檢測(cè)結(jié)果可能?chē)?yán)重偏離路面實(shí)際狀況。以天山路（古北路至芙蓉江路）為例，進(jìn)行詳細(xì)分析。

路況攝像儀所拍攝圖片如圖2（a）所示。從圖2（a）中可以看出，路面狀況很好，僅由圖片判斷識(shí)別不出任何路面損壞。但實(shí)地檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，該路段存在較多且嚴(yán)重的車(chē)轍問(wèn)題。如果不憑借測(cè)量?jī)x器，拍攝出來(lái)的一維圖片是不能識(shí)別變形類(lèi)問(wèn)題的，如圖2（b）所示。

天山路的PCI1為98分，而實(shí)際檢測(cè)的PCI3僅為85分。天山路路面病害組成為：變形類(lèi)損壞占86%，裂縫類(lèi)損壞占13%，其他類(lèi)損壞占1%。天山路的路面損壞有86%由變形類(lèi)損壞構(gòu)成，這是造成誤差的主要原因。若剔除變形類(lèi)損壞，實(shí)際計(jì)算的PCI3為95分，接近路況攝像儀檢測(cè)的PCI1。

圖2 車(chē)轍問(wèn)題對(duì)比Fig.2 The comparison of rutting problems

2）修補(bǔ)高差問(wèn)題

根據(jù)《城鎮(zhèn)道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》，當(dāng)修補(bǔ)部分與原路面高差達(dá)到1.5cm時(shí)，應(yīng)記入擁包損壞。如圖3（a）所示的蒲松北路存在大面積修補(bǔ)，且修補(bǔ)部分與原路面有超過(guò)2cm的高差。而根據(jù)路況攝像儀拍攝的圖片，很難看出存在高差，如圖3（b）所示。其PCI1為92分，但實(shí)地調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)路況很差，實(shí)際檢測(cè)的PCI3僅為84分。

3）窨井蓋高差

窨井蓋是城市道路特有的道路組成設(shè)施。當(dāng)?shù)缆酚休^多的窨井蓋、且窨井蓋與路面有較大高差時(shí)，極大地影響了行車(chē)平順性?！冻擎?zhèn)道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，當(dāng)窨井蓋與路面的高差超過(guò)1.5cm時(shí)，應(yīng)按路框差記入路面損壞。路況攝像儀拍攝的窨井蓋圖片如圖4（a）所示，圖4（a）中不能判斷窨井蓋與路面是否存在高差，故該損壞被忽略。實(shí)際檢測(cè)時(shí)，利用測(cè)量工具拍攝的圖片如圖4（b）所示。很明顯，該窨井蓋與路面的高差高于5cm。雖然路框差影響權(quán)重較小，但當(dāng)一條道路存在較多高差的窨井蓋時(shí)，這種影響是不能忽視的。且窨井蓋周邊為病害多發(fā)區(qū)。調(diào)查結(jié)果顯示，平均有18.4%的窨井蓋周邊發(fā)生破損，主要破損形式為沉陷、碎裂和坑槽［8］。窨井蓋周邊不僅是單純的路框差損壞，往往伴隨著其他路面損壞形式，目前《城鎮(zhèn)道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》尚未有專門(mén)針對(duì)窨井蓋損壞的評(píng)分項(xiàng)目。

圖3 修補(bǔ)高差問(wèn)題對(duì)比Fig.3 The comparison of patching difference

圖4 窨井蓋高差對(duì)比Fig.4 The comparison of manhole distress

路況攝像儀在實(shí)際應(yīng)用中因不能識(shí)別變形類(lèi)問(wèn)題會(huì)帶來(lái)不可忽視的誤差，需引起工作者的注意。該問(wèn)題屬于路況攝像儀的固有缺陷，對(duì)檢測(cè)精度有著重要影響。因?yàn)槁窙r攝像儀尚不能識(shí)別車(chē)轍、沉陷及波浪擁包等變形類(lèi)損壞，勢(shì)必導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果偏高。因?yàn)镮RI作為評(píng)價(jià)道路平順狀況的指標(biāo)，能反映部分變形類(lèi)損壞。在實(shí)際工作中，結(jié)合路況攝像儀PCI和IRI，通過(guò)對(duì)路段進(jìn)行綜合分析，建議工作人員根據(jù)道路的IRI，對(duì)路況攝像儀PCI等級(jí)高于IRI等級(jí)兩級(jí)以上的路段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘人工補(bǔ)測(cè)。為了提高工作效率，可以引進(jìn)專門(mén)針對(duì)變形類(lèi)損壞檢測(cè)的儀器，如：激光斷面儀。

2.2 其他問(wèn)題

1）有間隙拍攝問(wèn)題

在利用路況攝像儀檢測(cè)時(shí)，為了提高檢測(cè)速度，采集車(chē)每前進(jìn)5m，拍攝一張3m的圖片，覆蓋率為60%。一般情況下，這種抽樣方法是符合統(tǒng)計(jì)學(xué)抽樣規(guī)律的。但在一些特殊情況下，可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，此次調(diào)查中發(fā)現(xiàn)：當(dāng)?shù)缆反嬖谳^多貫穿全幅路段的橫向裂縫時(shí)，漏拍了多條橫向裂縫，造成誤差。

以蒲松北路為例，路況攝像儀所采集的圖片中，僅有兩張圖片顯示路面存在裂縫，而且圖片由于視角問(wèn)題，僅能看到小部分裂縫，如圖5（a）所示。而在實(shí)際調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，該路段存在著大量嚴(yán)重的橫向裂縫，如圖5（b）所示。

蒲松北路的PCI1較高，為98分。但經(jīng)實(shí)際檢測(cè)計(jì)算，得到的PCI3僅為88分。造成如此大差異的原因是：路況攝像儀拍攝時(shí)，遺漏了大部分的橫向裂縫。調(diào)查以后發(fā)現(xiàn)，蒲松北路存在著大量程度嚴(yán)重的橫向裂縫，共有輕度橫向裂縫6m，重度橫向裂縫37m。

圖5 橫向裂縫對(duì)比Fig.5 The comparison of transverse cracking distress

對(duì)于橫向裂縫較多的路段，有間隙地拍攝取樣會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。橫向裂縫是道路路面比較嚴(yán)重的損壞，如果不及時(shí)進(jìn)行處理橫向裂縫，路面的使用壽命會(huì)大大縮短。對(duì)于橫向裂縫分布較多的路面，40%的溢出對(duì)檢測(cè)結(jié)果有較大的影響。為了有助于開(kāi)展科學(xué)合理養(yǎng)護(hù)措施，建議采用無(wú)間隙拍攝取樣。

2）圖片分辨率問(wèn)題

路況攝像儀所拍攝的照片為高清照片，可以識(shí)別大部分路面損壞。但在實(shí)際檢測(cè)分析中發(fā)現(xiàn)，存在不能識(shí)別大面積剝落的問(wèn)題。以楓橋路為例，該路年久失修，路面大面積發(fā)生細(xì)集料缺失，如圖6（a）所示。因缺少參照物，根據(jù)路況攝像儀拍攝的圖片很難判斷出存在剝落損壞，如圖6（b）所示。由于剝落面積較大，對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。路況攝像儀所拍攝圖片分析得到的PCI為85分，而實(shí)際檢測(cè)PCI僅為68分。兩者相差17分。

圖6 剝落問(wèn)題對(duì)比Fig.6 The comparison of peeling distress

由楓橋路這個(gè)實(shí)例可知，目前路況攝像儀拍攝的圖片雖然可以識(shí)別大部分路面損壞，但也存在局限性，它不能識(shí)別不存在相對(duì)參照物的大面積剝落。鑒于該路況攝像儀已使用10年之久，為了提高檢測(cè)精度，建議對(duì)攝像設(shè)備進(jìn)行升級(jí)，采用更高像素的攝像裝置。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)路況攝像儀在實(shí)際應(yīng)用中可能存在的問(wèn)題，從兩個(gè)角度取樣，對(duì)特殊路段進(jìn)行了人工PCI檢測(cè)。將人工檢測(cè)PCI3與路況攝像儀檢測(cè)PCI1進(jìn)行定量對(duì)比發(fā)現(xiàn)：路況攝像儀的檢測(cè)精度不能100%達(dá)到要求。在實(shí)際檢測(cè)中，發(fā)現(xiàn)影響檢測(cè)精度的因素有：①不能識(shí)別變形類(lèi)損壞；②有間隙拍攝；③圖片分辨率問(wèn)題。

根據(jù)不同的問(wèn)題給出了建議，包括：①在實(shí)際路面評(píng)價(jià)工作中，應(yīng)對(duì)路況攝像儀檢測(cè)PCI等級(jí)高于IRI等級(jí)兩級(jí)以上的路段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘人工補(bǔ)測(cè)，以防檢測(cè)誤差過(guò)大，造成對(duì)養(yǎng)護(hù)建議制定的干擾；或者為了提高工作效率，可采用激光斷面儀針對(duì)車(chē)轍和沉陷等變形類(lèi)損壞的檢測(cè)儀器進(jìn)行補(bǔ)充檢測(cè)。②建議采用無(wú)間隙拍攝；③對(duì)路況攝像儀設(shè)備進(jìn)行升級(jí)，采用更高像素的攝像頭。

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