徐煥明

（煙臺市公路事業(yè)發(fā)展中心，山東 煙臺 261400）

0 引言

近年來，在新時代背景下，隨著國家對基礎(chǔ)建設(shè)投資與重視程度的增加，基礎(chǔ)設(shè)施的修建和維護(hù)水平日趨成熟，尤其是對于公路的檢測維護(hù)，在一定程度上提升了人們?nèi)粘５某鲂邪踩?，對?jīng)濟(jì)的發(fā)展具有積極作用[1]。

我國公路大多分布在山區(qū)，這些區(qū)域雖然廣袤，但地勢崎嶇、陡峭，蜿蜒擴(kuò)展[2]。不僅如此，公路的邊坡數(shù)量較多且角度多變，使坡體表面常年裸露在外，經(jīng)過風(fēng)力侵蝕以及外部因素的沖擊，常出現(xiàn)錯位現(xiàn)象，導(dǎo)致公路損壞以及公路橋梁裂縫的延伸。以我國西南部的公路為例[3]，這一區(qū)域多河流，高速公路為公路橋梁形式，但公路修建地區(qū)坡體多變，地勢險峻，內(nèi)部地質(zhì)復(fù)雜，縫隙發(fā)育，缺乏穩(wěn)定性。在上述的背景環(huán)境之下，公路的外部壓力劇增，使內(nèi)部縫隙逐漸累積疊加，給修護(hù)檢測工作的實施造成阻礙[4]。

聲波信號分析法是較為先進(jìn)的智能檢測方式，對于縫隙的掃描與分析十分靈活多變，即使在復(fù)雜的維修情況之下，也可得出較為精準(zhǔn)的檢測結(jié)果。因此，對基于聲波信號分析的公路橋梁路面裂縫深度檢測方法進(jìn)行設(shè)計[5]。在較為真實的環(huán)境之下，結(jié)合公路實際地勢以及修建需求，設(shè)計具體的檢測方案，針對突出問題具體處理分析，取代人工檢測，形成更為系統(tǒng)、完整的檢測體系，為檢測技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展奠定基礎(chǔ)，同時推動相關(guān)行業(yè)邁入新的發(fā)展臺階。

1 聲波信號分析下公路橋梁路面裂縫深度檢測方法設(shè)計

1.1 聲波信號檢測環(huán)境預(yù)處理

通常情況下，對于公路橋梁的路面裂縫深度，均會依據(jù)傳統(tǒng)的方式來檢測，多為人工檢測。這種方式雖然可以完成預(yù)期檢測目標(biāo)，但缺乏可靠性與穩(wěn)定性，在實際應(yīng)用的過程中，時常會出現(xiàn)檢測失誤或異常的現(xiàn)象，最終對路面深度檢測的結(jié)果造成影響。因此，在上述情況下，需要結(jié)合現(xiàn)代化方式與手段，測定裂縫實際深度[6]。聲波信號檢測方法雖然高效，但是需要先搭建相應(yīng)的測定環(huán)境，進(jìn)行檢測預(yù)處理。依據(jù)初始的深度數(shù)據(jù)信息，調(diào)整應(yīng)用的聲波信號覆蓋范圍，計算覆蓋核心距離，如式（1）所示：

式（1）中：B為覆蓋核心距離；κ為預(yù)設(shè)檢測面積；R為異常檢測區(qū)域；z為檢測幅值；c為裂縫數(shù)量。通過上述計算，最終可得出實際的覆蓋核心距離。結(jié)合得出的核心距離，設(shè)定聲波信號的預(yù)處理范圍，同時，定位公路橋梁的路面裂縫長度，計算裂縫數(shù)量，利用聲波信號對路面掃描獲取初始的數(shù)據(jù)信息，完成路面裂縫深度檢測的預(yù)處理，為后續(xù)的檢測工作奠定基礎(chǔ)。

1.2 公路橋梁路面裂縫深度檢測目標(biāo)設(shè)定

在完成對聲波信號檢測預(yù)處理工作后，需要設(shè)定更為具體裂縫深度檢測目標(biāo)。由于傳統(tǒng)檢測形式多為人工檢測，因此設(shè)定的檢測目標(biāo)相對主觀，極易出現(xiàn)誤差[7]。在聲波信號技術(shù)可將獲取的裂縫深度數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，設(shè)定結(jié)合協(xié)議編制平臺，將所需要處理、操作步驟設(shè)定成具體的協(xié)議指令信號，由系統(tǒng)向外設(shè)備傳輸，以達(dá)到預(yù)期的檢測目的[8]。考慮到路面檢測情況的變化與復(fù)雜度，所設(shè)立的目標(biāo)也需具有靈活性與多變性。基于此，可結(jié)合路面的應(yīng)用情況，將檢測的深度設(shè)定為不用的層級，每一個層級的裂縫程度與數(shù)量均存在一定差異，層級的變化表示檢測目標(biāo)的加深，具體檢測目標(biāo)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 檢測目標(biāo)結(jié)構(gòu)圖示

根據(jù)上述層級結(jié)構(gòu)，將加測目標(biāo)劃定在實際的目標(biāo)路面處，以確保測試結(jié)果的穩(wěn)定性與可靠性，進(jìn)而完成公路橋梁路面裂縫深度檢測目標(biāo)的設(shè)定。

1.3 構(gòu)建交錯低秩組卷積混合深度檢測結(jié)構(gòu)

在完成對公路橋梁路面裂縫深度檢測目標(biāo)的設(shè)定后，需要構(gòu)建交錯低秩組卷積混合深度檢測結(jié)構(gòu)。公路路面裂縫檢測的關(guān)鍵是定位裂縫的位置，而傳統(tǒng)檢測方法定位的效率相對較低，對于裂縫的聚合程度把控也較難，因此，需應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行公路路面裂縫的檢測。交錯低秩組卷積混合深度檢測方法則更加靈活多變，多被應(yīng)用于中小型裂縫的檢測工作之中。

根據(jù)路面的交錯低秩組面積，設(shè)定具體的檢測節(jié)點，每一個檢測節(jié)點均是獨立的，且各自代表對應(yīng)的檢測區(qū)域，利用聲波進(jìn)行掃描，并標(biāo)記重點檢測區(qū)域，采取正、負(fù)樣本，如果裂縫像素位于一個圖像塊的中心區(qū)域，標(biāo)記為正樣本，反之，則被標(biāo)記為負(fù)樣本。依照卷積復(fù)合深度預(yù)設(shè)的檢測范圍，建立路面裂縫圖像數(shù)據(jù)集，結(jié)合相關(guān)技術(shù)，對于裂縫圖像進(jìn)行二次處理，完成交錯低秩組卷積混合深度檢測結(jié)構(gòu)的建立。

1.4 ILGCHDN雙向檢測模型設(shè)計

在完成對交錯低秩組卷積混合深度檢測結(jié)構(gòu)的構(gòu)建后，根據(jù)實際情況進(jìn)行ILGCHDN雙向檢測模型設(shè)計。ILGCHDN 雙向檢測是指在復(fù)雜的路面環(huán)境下，依據(jù)專業(yè)設(shè)備形成的ILGCHDN 雙向檢測環(huán)境，對于路面中的裂縫深度可更加完整地檢測。先進(jìn)行雙向檢測目標(biāo)的設(shè)定，同時，在基礎(chǔ)檢測模型中，添加交錯低秩組卷積混合深度檢測結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)更改ILGCHDN的檢測方位，對公路側(cè)向雙方的路面同時收歸檢測，得出雙向核檢檢測節(jié)點，經(jīng)過預(yù)處理，測定的區(qū)域已經(jīng)明確，隨后，設(shè)計雙向處理流程，具體如圖2所示。

圖2 雙向檢測處理流程圖

將此流程與檢測的結(jié)果統(tǒng)一，在此范圍之內(nèi)，計算出最優(yōu)檢測系數(shù)，具體如式（2）所示：

式（2）中：F為最優(yōu)檢測系數(shù)；b為節(jié)點數(shù)量；φ為側(cè)向節(jié)點數(shù)量；k為變化檢測范圍。通過上述計算，最終可得出實際的最優(yōu)檢測系數(shù)，優(yōu)化完善ILGCHDN 雙向檢測模型。

1.5 瞬態(tài)聲波法實現(xiàn)公路橋梁路面的裂縫深度檢測

在完成對ILGCHDN 雙向檢測模型的設(shè)計后，接下來，采用瞬態(tài)聲波法來實現(xiàn)最終檢測。設(shè)定聲波的覆蓋范圍，調(diào)整瞬態(tài)作用值，選取公路橋梁的核心區(qū)域或者裂縫聚集區(qū)進(jìn)行首次深度檢測，獲取檢測數(shù)據(jù)之后，與標(biāo)準(zhǔn)裂縫數(shù)量對比，數(shù)量過多，表明路面承壓較多應(yīng)用危險系數(shù)較高，反之，則表明承壓在合理的范圍之內(nèi)，危險系數(shù)均衡，檢測誤差也可更好地控制，以有效完善優(yōu)化最終的橋梁路面裂縫深度的檢測結(jié)果。

2 方法測試

本次主要是對基于聲波信號分析的公路橋梁路面裂縫深度檢測效果的分析與驗證。為確保測試結(jié)果的穩(wěn)定性與可靠性，測試劃定為3個小組，分別采用三種檢測方法對公路橋梁路面的裂縫深度進(jìn)行檢測。第一組為傳統(tǒng)的垂直檢測方法，將其設(shè)定為傳統(tǒng)垂直裂縫深度檢測組；第二組為傳統(tǒng)的混合形態(tài)分割檢測方法，將其設(shè)定為傳統(tǒng)混合形態(tài)分割檢測組；最后一組為本文所設(shè)計的檢測方法，將其設(shè)定為聲波信號裂縫檢測組。三組檢測方法在相同的環(huán)境之下同時實施，最終得出測試結(jié)果對比分析。

2.1 測試準(zhǔn)備

在對基于聲波信號分析的公路橋梁路面裂縫深度檢測方法進(jìn)行驗證與分析前，需要先搭建相應(yīng)的測試環(huán)境。本文選取A 公路橋梁作為測試的主要目標(biāo)對象，且三組測試在相同環(huán)境下進(jìn)行。測試環(huán)境的搭建共分為兩部分，外部測試環(huán)境的建立與聲波信號測試環(huán)境的建立。

外部測試環(huán)境主要設(shè)定輔助性的裝置。在A公路橋梁的雙側(cè)方設(shè)定關(guān)聯(lián)墻，墻體的厚度是橋梁厚度的一半，隨后結(jié)合公路路面的承壓面積，計算出初始的承壓力，具體如式（3）所示：

式（3）中：H為承壓力；d為關(guān)聯(lián)承壓極限值；β為側(cè)方承壓。根據(jù)上述計算，最終可得出實際的初始承壓力。在初始壓力值的范圍之內(nèi)，建立維護(hù)結(jié)構(gòu)，同時根據(jù)外邊緣邊坡的作用方向，修建路面的檢測輔助架。隨后，利用專業(yè)設(shè)備獲取整合該公路橋梁的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，同時，為確保檢測結(jié)果的可靠性，可先對路面的基層裂縫進(jìn)行測定，進(jìn)行基礎(chǔ)裂縫的深度計算，如式（4）所示：

式（4）中：Y為基礎(chǔ)裂縫的深度；n為裂縫橫向長度；t為單元區(qū)域裂縫數(shù)量；α為預(yù)設(shè)固定范圍。通過上述計算，最終可得出實際的基礎(chǔ)裂縫深度。隨后，結(jié)合得出的數(shù)據(jù)，進(jìn)行公路橋梁路面實際情況的分析與研究，隨后，結(jié)合檢測的需求，搭建聲波信號的分析環(huán)境。首先，需要先設(shè)定所應(yīng)用的不同聲波逆向檢測標(biāo)準(zhǔn)，具體如表1所示。

表1 不同聲波裂縫檢測標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定表

依據(jù)表1 所設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)，明確聲波信號分析的順序，完成相應(yīng)的測試準(zhǔn)備，核定測試的裝備是否處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)，同時，確保不存在影響最終測試結(jié)果的外部因素，完成之后，開始測試。

2.2 測試過程及結(jié)果分析

在上述所設(shè)定的測試環(huán)境之中，開始檢測驗證，可先依據(jù)不同的聲波設(shè)定相應(yīng)測試環(huán)境。隨后，測量A公路的首端寬度與末端寬度，核定選取中心值，在A公路中選取一個標(biāo)定路段作為目標(biāo)檢測對象，利用專業(yè)設(shè)備檢測目標(biāo)對象路段中的裂縫深度，明確最大深度和最小深度，計算出極限差異值，具體如式（5）所示：

式（5）中：D為極限差異值；g為目標(biāo)測定面積；s為誤差測定面積；N為裂縫雙向深度值。通過上述計算，最終可得出實際的極限差異值。完成之后，以所得出的差異值作為允許出現(xiàn)的極限誤差標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定具體的深度檢測范圍，同時利用聲波傳輸設(shè)備，對目標(biāo)路段進(jìn)行深度掃描，這部分需要利用回彈聲波、逆聲波以及雙向定位聲波作出檢測。根據(jù)聲波的回彈速度以及所確定的方位，對路面的裂縫深度進(jìn)行測定，同時結(jié)合雙向定位聲波對裂縫首尾兩端距離測定，即為對裂縫長度的測定。根據(jù)實際的情況，將所測定的路段劃分為5個測試路段區(qū)域，同時對三組方法同時測試，最終以對比的形式分析研究，具體如表2所示。

表2 路面裂縫深度檢測結(jié)果對比分析表

相較于傳統(tǒng)垂直裂縫深度檢測組與傳統(tǒng)混合形態(tài)分割檢測組，本文所設(shè)計的聲波信號裂縫檢測組最終得出的裂縫深度誤差均值相對較小，表明測試的方法具有更強(qiáng)的可靠性，最終結(jié)果也更為準(zhǔn)確，具有一定的實際應(yīng)用價值。

3 結(jié)語

綜上所述，對基于聲波信號分析的公路橋梁路面裂縫深度檢測方法的設(shè)計與分析。相較于傳統(tǒng)的檢測方法，本文所設(shè)計的方法在聲波信號分析技術(shù)的輔助與支持之下，可形成更加靈活的檢測形式，在一定程度上簡化了公路縫隙的檢測環(huán)節(jié)。同時，信號檢測對于公路的應(yīng)用與維護(hù)不會造成任何的損壞與阻礙，檢測成本相對較低，具有多樣性的優(yōu)勢，在面對復(fù)雜的公路環(huán)境時，也可結(jié)合計算機(jī)、大數(shù)據(jù)技術(shù)，得出精準(zhǔn)、可靠的檢測數(shù)據(jù)，最大程度提升路面裂縫的檢測精度，確保施工順利完成。