筆者將基于路面養(yǎng)護決策分析需求的路面技術狀況檢測細分為路面破損檢測、路面平整度檢測、路面車轍檢測、路面抗滑性能檢測，以及路面彎沉檢測，并從檢測技術、適用范圍、優(yōu)缺點對比等方面，進行了詳細介紹。

01 路面破損檢測

路面破損檢測的目的是檢測路面裂縫、坑槽、壅包、沉陷、松散等表面病害，用以評價路面技術狀況，作為路面養(yǎng)護決策的依據(jù)。路面破損檢測分為人工采集和機器自動采集兩種方法，人工法一般僅在低等級公路或維修設計前需要詳細勘察的情形中使用，現(xiàn)階段大規(guī)模路況檢測都利用綜合檢測車自動采集路面破損數(shù)據(jù)。

人工檢測

人工檢測主要利用卷尺、直尺、相機等簡易器具，對路面各類裂縫、變形、車轍、修補等破損狀況進行人工徒步調(diào)查與檢測，記錄各類病害的類型、程度、數(shù)量。缺點是速度慢、效率低、對檢測人員經(jīng)驗要求高，優(yōu)點是檢測寬度涵蓋路面全幅、檢查更加細致。

早期的自動化檢測車一般檢測寬度為車道寬度的70%，可檢測一個車道或全部車道，而人工檢測可以檢測包括路肩全部路面寬度范圍?；谄矫鎴D像的自動化檢測對于變形類病害鑒別，以及各類病害嚴重程度分辨能力有限，當需要細致調(diào)查路面病害時，還需要人工補充檢測，因此人工檢測法是檢測車自動化檢測的有益補充。隨著信息技術的發(fā)展，人工法路面破損檢測也引入了手持式終端，利用手機網(wǎng)絡，實時記錄現(xiàn)場檢測信息并上傳到數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的快速匯集和處理。

基于平面圖像的路面破損檢測

該技術主要是在檢測車上集成圖像采集系統(tǒng)和距離定位系統(tǒng)，應用照相或攝像技術快速采集路面破損照片，同步利用距離傳感器、衛(wèi)星定位系統(tǒng)采集檢測車位置信息，然后通過人工、機器輔助或機器識別的方式，識別路面病害，獲取定量的路面破損檢測數(shù)據(jù)。

隨著現(xiàn)代科技及儀器制造工藝水平的快速發(fā)展，路面檢測技術已逐漸從傳統(tǒng)的以人工手動檢測為主發(fā)展為以快速、自動化、無損為特點的新型檢測技術。

基于平面圖像的路面破損檢測技術最早研制成功并投入使用的是法國，其開發(fā)的設備采用高速攝像機和車輛定位系統(tǒng)，實現(xiàn)路面損壞圖像的同步采集，用電影膠片存儲路面圖像，通過技術人員后續(xù)判讀各種路面病害并統(tǒng)計匯總相應數(shù)據(jù)。

隨著數(shù)字成像、數(shù)據(jù)存儲、圖像處理、計算機硬件技術的發(fā)展，路面病害圖像采集技術也得到了快速發(fā)展，數(shù)字相機、線掃描相機的應用，極大地提高了圖像采集速度和分辨率，使檢測車的檢測速度達到每小時100公里、圖像尺寸最小分辨度達到1毫米。圖像處理技術和高速硬盤的應用，可以滿足大量圖像數(shù)據(jù)快速處理和存儲的需要。同時，基于路面圖像幾何和灰度等特征的機器自動識別技術，也逐步得到了應用。

目前，基于平面圖像的路面破損檢測技術已經(jīng)廣泛應用于我國各等級公路的路況檢測，國內(nèi)包括交通運輸部公路科學研究所、武漢大學等多家科研院、高校、企業(yè)，在早期引進國外檢測設備的基礎上研究開發(fā)了國產(chǎn)設備，經(jīng)過多年的發(fā)展，技術已經(jīng)非常成熟。現(xiàn)行行業(yè)標準也對設備基本組成、檢測速度、分辨率、長度允許誤差、圖像采集處理軟件功能等性能參數(shù)做出了明確規(guī)范。

基于平面圖像的路面破損檢測技術的主要優(yōu)點是檢測速度快、自動化、圖像分辨率高、數(shù)字化圖像便于后期計算機處理及機器自動識別。但受技術和環(huán)境限制，在以下3個方面需要進一步研究和提高。一是光照環(huán)境對成像效果影響較大，因此設備一般需配備專門的照明裝置，且光照參數(shù)需要根據(jù)環(huán)境光照情況隨時調(diào)整，才能保證最終照片的高度可識別性；二是由于路面照片是平面的，對豎直方向上的變化不能準確表現(xiàn)，因此對路面變形類病害識別準確度不高，因此，此類設備檢測的路面破損率實質(zhì)上為路面裂縫率；三是基于機器學習的病害自動識別能力方面仍有待提高；路面病害照片的差異性和復雜性大，并受到陰影、雜物、油跡等現(xiàn)實因素的干擾，雖然一些設備廠商、科研機構(gòu)已經(jīng)開發(fā)并應用了多款自動識別軟件，但多數(shù)仍然需要在人工干預、核校的情況下才能達到90%以上的識別準確率。

基于三維激光掃描技術的路面破損檢測

為解決平面圖像不能識別路面壅包、沉陷等不具備明顯邊緣的變形類病害問題，科研工作者開始研究三維測量相機在路面破損信息采集中的應用，開發(fā)出了基于三維激光掃描技術的路面破損檢測設備。該技術利用三維測量相機、線激光器組成測量單元，并基于激光三角測量原理，連續(xù)采集路面三維斷面，組成連續(xù)的路面三維圖像，再結(jié)合路面平面圖像，可以實現(xiàn)破損類病害和變形類病害的統(tǒng)一采集，病害識別準確率高于平面圖像，該技術已在部分省份測試使用。

三維檢測技術檢測信息量大，可以還原路面完整三維模型，除用于路面破損數(shù)據(jù)提取外，還可以直接利用模型中的高程信息計算路面平整度、構(gòu)造深度、幾何線型等其他檢測數(shù)據(jù)，是未來路況檢測技術的發(fā)展方向?，F(xiàn)階段，該技術的應用還處于初步階段，尚未建立相關設備及檢測標準，需要進一步研究的內(nèi)容包括兩方面：首先，是數(shù)據(jù)的快速采集、存儲、處理和傳輸方面，由于三維模型數(shù)據(jù)量遠超二維平面數(shù)據(jù)量，因此要求數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有很高的帶寬和數(shù)據(jù)處理速度，系統(tǒng)成本也遠高于普通設備；其次，三維模型的建立與信息提取方面，由于需先建立三維模型，再根據(jù)病害特征提取病害信息，需要開發(fā)出高效率、高準確性的程序算法，才能進一步促進此項技術的推廣應用。

根據(jù)我國公路建設發(fā)展的現(xiàn)狀與規(guī)劃，大量公路已進入大規(guī)模養(yǎng)護周期，預防養(yǎng)護、功能性修復、結(jié)構(gòu)性修復的養(yǎng)護需求急劇增加，給公路網(wǎng)養(yǎng)護管理帶來嚴峻挑戰(zhàn)。圖為海南海文跨海大橋。

02 路面平整度檢測

路面平整度檢測是以規(guī)定方法測量路面縱斷面凹凸、不平整情況，用以表征車輛行駛舒適性。除了平整度之外，新版《公路技術狀況評定標準》還提出了跳車指數(shù)指標，用于表示由路面異常突起或沉陷等損壞引起的車輛突然顛簸，這項指標可以利用平整度檢測時所獲得的路面縱斷面數(shù)據(jù)計算得出。

現(xiàn)行行業(yè)規(guī)范規(guī)定了多種平整度檢測方法，其中3米直尺法和連續(xù)式平整度儀法，一般僅用于公路建設過程中各結(jié)構(gòu)層平整度質(zhì)量控制和低等級公路的交工驗收檢測；手推式斷面儀多用于城市道路等連續(xù)檢測受限的區(qū)域，上述方法檢測速度慢，不適宜大規(guī)模路況采集。在路面技術狀況評價的檢測中，普遍使用快速自動化檢測設備。

常用的自動化檢測設備分為斷面類和響應類兩種，斷面類方法測定的是路面縱向凹凸狀況，響應類方法測定的是由于路面不平整造成的車輛振動顛簸情況。各類自動化檢測方法所獲得的結(jié)果一般需與國際平整度指數(shù)IRI建立換算關系，IRI基準值是由精密水準儀測量路段測線的縱斷面高程后，再根據(jù)IRI標準計算程序計算得到。由于平整度結(jié)果是基于路面縱斷面高程數(shù)據(jù)計算獲得的，因此前面提到的三維激光掃描技術獲取的路面三維模型中，也可以提取出路面平整度數(shù)據(jù)。

激光平整度檢測法

激光平整度測試儀是目前國內(nèi)外廣泛應用的平整度檢測設備，主要部件包括激光位移傳感器、加速度計、陀螺儀，以及相應的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，工作時以正常車速行駛，通過固定在車架上的激光傳感器測試豎向距離變化，利用加速度計和陀螺儀的數(shù)據(jù)，消除自身顛簸影響，從而得到路面縱斷面數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)實時處理得到國際平整度指數(shù)等檢測結(jié)果。該類儀器的特點是檢測速度快、精度高、準確性好，國內(nèi)已形成成熟的產(chǎn)品標準，但國產(chǎn)高性能激光傳感器與進口產(chǎn)品相比在耐久性和穩(wěn)定性上還有差距，市面上國產(chǎn)高端設備一般采用進口激光傳感器組裝，高性能國產(chǎn)激光傳感器是進一步研究的方向。

車載顛簸累計儀法

車載顛簸累計儀是一種響應式平整度檢測設備，通過機械傳感器采集由路面不平整狀況引起的汽車后軸與車廂之間單向位移累計值VBI，通過換算可以得到國際平整度指數(shù)。由于該類設備測試的是機械系統(tǒng)的振動特性，因此測試結(jié)果與行駛速度有關，另外該類設備不適用于破損較為嚴重的路面平整度測定，國內(nèi)僅少部分檢測機構(gòu)在使用。

03 路面車轍檢測

路面車轍檢測根據(jù)規(guī)范規(guī)定的方法采集路面橫斷面數(shù)據(jù)，從而獲取路面輪跡帶位置的縱向帶狀車轍變形深度，這種變形一般由交通荷載、高溫引起，與路面結(jié)構(gòu)層材料性能有關。車轍的檢測方法主要包括基準尺法、橫斷面儀法、超聲波法和激光檢測法，其中，基準尺法和橫斷面儀法是利用人工方法采集路面車轍信息，不用于大規(guī)模路況檢測。目前，普遍使用的車轍檢測技術為各類激光車轍檢測技術。平整度數(shù)據(jù)可以從路面三維模型中提取，車轍計算所需的路面橫斷面數(shù)據(jù)也可以從三維激光掃描技術獲取的路面三維模型中提取。

超聲波車轍檢測技術

超聲波車轍檢測方法使用多個超聲波距離傳感器采集路面橫斷面信息，利用模型提取車轍數(shù)據(jù)。該方法早期曾在國外大量使用，但在激光測試方法出現(xiàn)之后，相比之下，該方法測試速度低、精度差、易受外界干擾等缺點明顯，目前已基本不使用。

公路路面技術狀況檢測與評價是公路建設與資產(chǎn)管理中的關鍵性、基礎性技術。（攝影：張嘯天）

截至2019年末，我國公路總里程已達到501.25萬公里，高速公路里程達到14.96萬公里，位居世界前列。（攝影：韋志勝）

共梁多點激光車轍檢測技術

該方法將多個激光位移傳感器依次安裝在一根剛性橫梁上，橫梁架設在車輛的前部或后部，用激光束照射被測路面，由各傳感器直接測出橫梁與地面各照射點之間的距離，再根據(jù)各傳感器所測得距離做成連續(xù)圖像，即可獲得路面橫斷面，可以根據(jù)模型實時計算出車轍深度檢測結(jié)果。特點是非接觸、速度快、精度高、功耗低，現(xiàn)行行業(yè)規(guī)范規(guī)定激光傳感器數(shù)量不少于13個，檢測寬度范圍不小于3.5米，縱向采樣間距10厘米，可以滿足各類檢測需要，國內(nèi)多個生產(chǎn)廠商都已形成成熟的產(chǎn)品，此類設備已成為目前最廣泛使用的車轍檢測設備。由于該方法用離散點連線獲取橫斷面，可能存在漏測的情況。

線激光車轍檢測技術

該類技術與點激光技術不同，是基于激光三角測量原理，應用線激光和高速數(shù)字圖像采集技術，將激光光源發(fā)射的激光光束經(jīng)透鏡擴束后，照射到路面橫斷面上形成一條激光線，如果路面存在車轍，激光線就會發(fā)生扭曲，用一定偏離角度的高速數(shù)字相機拍攝這條激光線，并結(jié)合相機拍攝角度數(shù)據(jù)處理圖像，可以獲得路面橫斷面數(shù)據(jù)，通過車轍模型計算即可提取路面車轍信息。

該技術與多點共梁式激光車轍檢測技術相比，采用連續(xù)激光線代替多個離散的激光點，減少了激光光源數(shù)量，提高了設備可靠性，同時連續(xù)激光線獲取連續(xù)橫斷面，避免了點激光可能的漏測現(xiàn)象。目前，已有部分國內(nèi)廠商研制出了該類設備，并應用到了實際工程中。

04 路面抗滑性能檢測

路面抗滑性能是用戶對道路行駛安全的基本要求。路面抗滑性能檢測包括摩擦系數(shù)檢測和構(gòu)造深度檢測兩部分內(nèi)容，摩擦系數(shù)表征輪胎與路面之間的摩擦力和垂直力比值，直接表征路面抗滑性能；構(gòu)造深度表征路表面的粗糙程度，間接表征路面抗滑性能。

摩擦系數(shù)檢測方法包括擺式儀法、橫向力測試儀法和動態(tài)旋轉(zhuǎn)式摩擦系數(shù)測定法等，其中擺式儀法是人工檢測方法，主要用于路面施工質(zhì)量控制，動態(tài)旋轉(zhuǎn)摩擦系數(shù)測定儀法在國內(nèi)很少應用，國內(nèi)路況檢測摩擦系數(shù)主要使用橫向力系數(shù)儀法。

構(gòu)造深度檢測方法主要有手動鋪砂法、電動鋪砂法和激光構(gòu)造深度儀法等，其中鋪砂法檢測速度慢，主要用于施工質(zhì)量控制、低等級公路交工驗收，路況檢測普遍采用激光構(gòu)造深度儀法。

單輪式橫向力系數(shù)儀

單輪式橫向力系數(shù)測試儀基于英國SCRIM系統(tǒng)，設置一個與行駛方向成一定角度的、受恒定豎向荷載，并于路面緊密接觸的測試輪，利用壓力傳感器測試車輛行駛時在側(cè)向輪上產(chǎn)生的側(cè)向滑動摩阻力，側(cè)向力與豎向荷載的比值，即位橫向力系數(shù)SFC。這種設備是我國常用的一種橫向力系數(shù)檢測設備，也是規(guī)范規(guī)定的基準設備，其他橫向力系數(shù)檢測設備需要與此類設備建立比對換算關系。該類車輛和儀器不可分離，設備體積龐大、用水量大、使用不便，一般在科研院所或大型檢測機構(gòu)才配備此類設備。

雙輪式橫向力系數(shù)測試儀

雙輪式橫向力系數(shù)測定儀組成結(jié)構(gòu)和測試原理與英國的Mu-meter摩擦系數(shù)測試設備類似，由安裝有電測設備的三輪小拖車和供水系統(tǒng)組成，包含兩個摩擦力測試輪與一個距離測試輪，測試輪與行車方向固定15度夾角，測試輪橫向力與豎向力之間的比值即位橫向力系數(shù)。該儀器體積小，方便運輸和使用，可以使用不同的車輛牽引，價格相對單輪式橫向力系數(shù)儀低得多，在國內(nèi)各檢測機構(gòu)得到廣泛使用。由于此類設備與SCRIM標準單輪式橫向力系數(shù)測試儀原理和結(jié)構(gòu)有所不同，因此需要與標準測試儀進行比對，并建立換算關系，將測值換算成標準SFC橫向力系數(shù)值使用。

車載式激光構(gòu)造深度測試儀

激光構(gòu)造深度測試方法采用激光位移傳感器，對路面縱向測線進行連續(xù)高頻率測距，在一定概率分布假設的基礎上，通過理論模型推算路面構(gòu)造深度。由于鋪砂法路面構(gòu)造深度是指路表面開口空隙的平均深度，理論模型與激光構(gòu)造深度測定方法有所不同，激光構(gòu)造深度檢測儀器需要與鋪砂法構(gòu)造深度檢測對比，并建立換算關系，將測值換算成鋪砂法構(gòu)造深度值使用。

由于激光構(gòu)造深度儀與激光平整度測定儀或激光車轍測定儀都采用激光位移傳感器，可集成在一起，但因構(gòu)造深度縱向采樣間隔要求不大于5毫米，高于平整度和車轍儀的縱向采樣間隔要求，當共用激光傳感器時需換用采樣頻率更高的傳感器。車載式激光構(gòu)造深度儀相對摩擦系數(shù)類抗滑性能檢測設備，具有采集速度快、數(shù)據(jù)精確度高、操作方便等特點，加之可以與激光平整度或車轍檢測設備集成在一起，其在最新的《公路技術狀況評定標準》中已經(jīng)作為路面抗滑性能檢測的替代方法，代替摩擦系數(shù)檢測。

隨著我國路面檢測技術水平的不斷提升，需要及時建立相應的儀器設備標準與檢測方法規(guī)程，規(guī)范各類檢測活動，更好地為路面養(yǎng)護服務。

05 路面彎沉檢測

公路技術狀況評定中對路面結(jié)構(gòu)整體強度評定的檢測指標是路面彎沉，彎沉是指路基或路面在規(guī)定荷載作用下產(chǎn)生的垂直變形，利用路面彎沉實測值和路面彎沉標準值可以計算出路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù)，路面彎沉標準值由公路技術等級、累計標準當量軸次、路面結(jié)構(gòu)類型等因素確定。彎沉檢測還用于路面各結(jié)構(gòu)層交工驗收檢測，以及水泥混凝土路面板底脫空的判斷。彎沉檢測包括多種檢測方法及相應設備。

貝克曼梁法彎沉檢測

該方法利用杠桿原理，人工測試在標準車作用下路面垂直變形量，檢測結(jié)果為單點靜態(tài)回彈彎沉。這種方法操作簡便、儀器簡單，在我國公路建設質(zhì)量控制和低等級公路交工驗收檢測中大量使用，其缺點是測試速度慢、占用人員多、需封閉交通，不適用于大規(guī)模路況檢測。

自動彎沉儀

自動彎沉儀是基于貝克曼梁工作原理發(fā)展起來的靜力彎沉檢測設備，車輛以時速3公里至5公里行駛，同時將測定梁放在車輛底盤前端，并支于地面保持不動，當后軸雙輪通過測點時，通過位移傳感器自動采集路面總彎沉值，然后測定梁被牽引車拖動到下一檢測點，從而實現(xiàn)連續(xù)測定。

落錘式彎沉儀

新型檢測技術將檢測速度相近的檢測設備集成在同一臺檢測車上，共用縱向距離傳感器等設備，可以實現(xiàn)一次檢測采集多項數(shù)據(jù)。

落錘式彎沉儀（FWD）通過計算機控制將一定質(zhì)量的重錘提升到一定高度后自由下落，沖擊荷載作用于承載板并傳遞至路面，使路面產(chǎn)生瞬間變形，通過位移傳感器采集測點在動態(tài)荷載作用下的變形，從而獲得路面動態(tài)彎沉。該方法具有高效、高靈敏度的優(yōu)點，動態(tài)荷載也與實際交通荷載作用更加吻合，因此獲得了廣泛應用。國內(nèi)廠商已開發(fā)出了車載式、拖車式等多種形式國產(chǎn)落錘式彎沉儀。

由于路面各結(jié)構(gòu)層強度相差較大，生產(chǎn)廠商開發(fā)出了不同質(zhì)量重錘的落錘式彎沉儀，包括輕型落錘式彎沉儀（LWD)，也稱便攜式落錘式彎沉儀（PFWD），采用輕型重錘，體積小、攜帶方便，主要用于不含結(jié)合料的路面結(jié)構(gòu)層強度，以及路基強度的檢測；還有重型落錘式彎沉儀（HWD），使用重型重錘，主要用于機場跑道等設計荷載要求更高的路面結(jié)構(gòu)強度檢測。

落錘式彎沉儀在檢測時需要每個點都停留檢測，因此檢測速度較慢，在已通車道路上檢測時，需要做好安全防護措施。

激光彎沉儀

激光彎沉儀是一種新型的彎沉檢測設備，其利用安裝在荷載車輛上的多個激光多普勒傳感器同步采集不同測點的彎沉變形速度，再通過彈性力學數(shù)學模型計算出各個測點的動態(tài)彎沉值。其最大特點是可以以時速15公里至80公里的正常車速行駛并檢測，不會影響正常交通通行，從而大大提高了檢測效率，特別適合大規(guī)模路況檢測。

目前，激光彎沉儀測試方法已列入最新發(fā)布的《公路路基路面測試規(guī)程》，國內(nèi)中公高科、武大卓越等企業(yè)也已實現(xiàn)了激光彎沉檢測車的國產(chǎn)化。