隨著路面檢測技術(shù)的進(jìn)步，基于數(shù)字全息技術(shù)的路面全指標(biāo)三維檢測系統(tǒng)（以下簡稱“數(shù)字全息檢測系統(tǒng)”）有效解決了瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)檢測的現(xiàn)存難題。該系統(tǒng)共設(shè)計了車轍病害處治輔助設(shè)計模塊、平整度恢復(fù)輔助設(shè)計模塊、構(gòu)造深度和磨耗情況查看模塊等六大功能模塊，助力瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)更加精細(xì)化。

許特顯 攝

什么是數(shù)字全息檢測系統(tǒng)

Truelion?數(shù)字全息三維路面采集車模型

數(shù)字全息檢測系統(tǒng)是基于數(shù)字全息技術(shù)的路面全指標(biāo)三維檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以搭載在任意車型上，與車輛組裝成車載路面檢測系統(tǒng)，在車輛正常行駛（時速不大于100公里）的狀態(tài)下，可快速完成路面全息三維掃描，并利用所采集數(shù)據(jù)建設(shè)路面三維數(shù)據(jù)模型。從路面三維數(shù)據(jù)模型中，可以提取任意一個斷面的路面數(shù)據(jù)信息，用于計算路面技術(shù)狀況指標(biāo)，包括路面損壞狀況、平整度、車轍、跳車、磨耗、橫縱坡等信息。

不同于傳統(tǒng)的路面自動化檢測手段，數(shù)字全息檢測系統(tǒng)僅由一臺集成化的數(shù)字全息檢測設(shè)備構(gòu)成。該設(shè)備可以把路面的各項指標(biāo)作為路面整體數(shù)據(jù)的一部分進(jìn)行提取和解析，而不是獨立采集處理每項指標(biāo)。同時，該設(shè)備具有輕量化、小型化的優(yōu)點，而且硬件成本經(jīng)濟(jì)，組裝便捷，易于操作。

全息路面狀況指標(biāo)數(shù)據(jù)

“全息”顧名思義就是全信息，數(shù)字全息檢測系統(tǒng)是采用數(shù)字全息技術(shù)快速采集連續(xù)不間斷的路面三維信息并建設(shè)數(shù)據(jù)模型。在此基礎(chǔ)上，通過Truelion?數(shù)字全息三維數(shù)據(jù)分析軟件，獲得“全橫斷面”三維車轍、“全縱斷面”平整度、“全面域”構(gòu)造深度、全類型破損病害（裂縫、修補和變形類等）、橫坡和縱坡數(shù)據(jù)等路面全息數(shù)據(jù)。

數(shù)字全息技術(shù)

數(shù)字全息技術(shù)是用光電傳感器記錄全信息圖像。主要原理是采用小波變換方法、菲涅耳變換方法、卷積方法和傅立葉變換方法、全息系統(tǒng)三維物場再現(xiàn)等算法和理論，解構(gòu)數(shù)字全息圖，并獲得三維物場的再現(xiàn)像，此后用計算機(jī)模擬光學(xué)衍射過程，最終實現(xiàn)被記錄物體的全息再現(xiàn)和處理。

從全息數(shù)據(jù)中，養(yǎng)護(hù)工作人員可以提取路面任意斷面、任意位置的指標(biāo)信息。這些數(shù)據(jù)不僅可以用于路面宏觀狀況分析，而且可以為養(yǎng)護(hù)設(shè)計和養(yǎng)護(hù)施工提供精細(xì)化的數(shù)據(jù)支撐，數(shù)據(jù)精度可達(dá)到亞毫米級別。

全息路面地圖

全息路面三維數(shù)據(jù)與高精地圖路線信息、BIM三維場景信息融合，形成了一個完整的三維路面可視化系統(tǒng)。該系統(tǒng)可更直觀地呈現(xiàn)公路路面整體、局部及細(xì)節(jié)信息，幫助公路養(yǎng)護(hù)人員從三維視角全面掌控路面病害狀況。相關(guān)單位也可在線實時管理路段的路況指標(biāo)，減少養(yǎng)護(hù)人員的現(xiàn)場量測風(fēng)險。

全息指標(biāo)數(shù)據(jù)共享

使用數(shù)字全息檢測系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)可以被處理成任何格式，導(dǎo)入各單位現(xiàn)有的公路養(yǎng)護(hù)管理平臺，并根據(jù)公路養(yǎng)護(hù)管理平臺檢測指標(biāo)的分類（指標(biāo)模塊和輔助設(shè)計模塊），將數(shù)據(jù)分別導(dǎo)入不同模塊，比如病害智能識別模塊、病害養(yǎng)護(hù)輔助設(shè)計模塊；平整度指標(biāo)模塊、平整度輔助設(shè)計模塊；車轍指標(biāo)模塊、車轍輔助設(shè)計模塊等適用于路面檢測和養(yǎng)護(hù)輔助設(shè)計的多功能模塊。

Truelion?全息路面狀況指標(biāo)數(shù)據(jù)

Truelion?三維路面地圖和GIS系統(tǒng)結(jié)合

Truelion?三維路面數(shù)據(jù)地圖

Truelion?三維路面地圖和BIM結(jié)合，上圖為BIM場景，下圖為對應(yīng)的BIM場景中兩個車道單獨的三維路面信息。

六大功能助力瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)

數(shù)字全息檢測系統(tǒng)共設(shè)計了8個模塊，即采集模塊、破損模塊、平整度模塊、車轍模塊、構(gòu)造深度模塊、路面跳車模塊、路面磨耗模塊、橫縱坡模塊(可選)。從這8個模塊中，延伸出了車轍病害處治輔助設(shè)計、平整度恢復(fù)輔助設(shè)計等六大功能，助力瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)更加精細(xì)化。

車轍病害處治輔助設(shè)計功能。該功能可提供路面任意位置的橫斷面信息，用于車轍病害的精準(zhǔn)量測、車轍處治方案模擬，并可根據(jù)養(yǎng)護(hù)方案計算車轍修復(fù)的材料用量和成本預(yù)算，還可提供模擬施工后的效果圖、車轍指標(biāo)等。

平整度恢復(fù)輔助設(shè)計功能。該功能可提供路面任意位置的相對縱斷面高程，用于平整度指標(biāo)精準(zhǔn)計算，并輔助分析導(dǎo)致路面平整度較差的原因，還可提供不同的平整度恢復(fù)施工方案仿真模擬，模擬施工后的效果圖和施工后的平整度指標(biāo)情況等。

路面破損智能識別系統(tǒng)。該系統(tǒng)是建立在多維度數(shù)據(jù)集基礎(chǔ)之上的人工智能識別系統(tǒng)。在傳統(tǒng)二維病害數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，三維的病害數(shù)據(jù)增加了二維數(shù)據(jù)所無法反映出的多種變形類病害，比如路面坑槽、擁包、沉陷等，進(jìn)一步提高路面病害自動識別的準(zhǔn)確率，達(dá)到養(yǎng)護(hù)設(shè)計的需求。

表1 數(shù)字全息檢測系統(tǒng)的8個模塊

Truelion?三維路面車轍病害處治輔助設(shè)計

Truelion?三維路面車轍病害處治輔助設(shè)計效果圖，上圖為三維路面車轍；中圖為模擬銑刨后的路面效果；下圖為病害處治薄層罩面模擬效果。

Truelion?三維路面平整度異常原因分析

Truelion?三維路面平整度恢復(fù)-銑刨輔助設(shè)計

構(gòu)造深度和磨耗情況查看功能。該功能可提供路面任意位置的構(gòu)造深度模擬效果，并可選擇人工鋪砂法或電動輪鋪砂法等數(shù)據(jù)模型模擬計算路面構(gòu)造深度。此外，還可根據(jù)路面構(gòu)造深度分布情況，查看分析路段表觀的均勻性、磨耗狀況等信息。例如，在一塊0.1平方米的正方形區(qū)域（無病害）路面實施檢測，并運用人工鋪砂法模型分析三維檢測結(jié)果，在路面三維模型中依照模擬鋪砂法計算構(gòu)造深度，其構(gòu)造深度為0.8318毫米，可直觀地看到路面構(gòu)造情況。

路面橫縱坡輔助設(shè)計功能。路面橫縱坡數(shù)據(jù)為養(yǎng)護(hù)設(shè)計中非常重要的指標(biāo)，也是目前使用道路自動化檢測設(shè)備難于獲取的指標(biāo)。全車道橫坡信息不同于單車道的橫斷面信息，單車道的橫斷面指標(biāo)只反映了單一車道橫斷面的相對高程信息。一條完整的公路一般由兩條以上的車道構(gòu)成，而路面的橫坡信息要求測量的是全車道路面橫向絕對高程信息。該功能可以提供全車道的路面三維數(shù)據(jù)，基于全車道信息，可測量任意位置的橫坡數(shù)值，用于養(yǎng)護(hù)設(shè)計中橫坡排水順暢性檢驗。此外，該模塊還可提供指定路段任意位置的縱坡線狀分布信息，并以此反映路面的絕對高程分布情況，以及路面跳車狀況，用于養(yǎng)護(hù)工程中路面局部碎縱坡優(yōu)化調(diào)整的拉坡輔助設(shè)計。

路面病害發(fā)展趨勢監(jiān)測功能。該功能是在三維路面病害地圖數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合歷史檢測數(shù)據(jù)、歷史路況資料、歷史養(yǎng)護(hù)方案、氣候環(huán)境數(shù)據(jù)和交通荷載數(shù)據(jù)等進(jìn)行多源信息融合分析，建立科學(xué)的路面數(shù)據(jù)分析模型，預(yù)測路面病害的發(fā)展規(guī)律，為路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案決策和資金分配提供技術(shù)支撐。

三維破損病害坑槽和裂縫

三維車轍病害

三維路面裂縫、坑槽數(shù)據(jù)集

Truelion?三維路面構(gòu)造深度輔助設(shè)計

Truelion?三維路面橫縱坡模型，上圖為某120米路段的三維高程分布圖；中圖為此路段的某橫斷面的橫坡分布線；下圖為此路段的縱坡分布情況。

Truelion?長期病害監(jiān)測數(shù)據(jù)，長期監(jiān)測一段路得出的病害發(fā)育圖，車轍病害情況逐漸變差，并衍生出裂縫等伴隨病害。

應(yīng)用過程中的三大優(yōu)勢

成本優(yōu)勢

瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)科學(xué)決策的前提條件是，準(zhǔn)確地檢測與評估路面使用性能狀況。隨著檢測技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，以人工或半自動等低效率方式檢測評估路面性能的模式已逐漸被淘汰，自動化、快速化檢測方法與設(shè)備應(yīng)用越來越廣泛。然而，現(xiàn)有自動化檢測手段的特點是檢測每一項路面性能指標(biāo)都需要不同的檢測裝備，即便是多功能的道路檢測車也是將多套分立的檢測裝備集成在一輛車上。由于集成設(shè)備較多，多功能道路檢測裝備的成本一直居高不下，若全部采用進(jìn)口技術(shù)和裝備，價格更是令人望而卻步。此外，從產(chǎn)品的可靠性角度出發(fā)，集成器件越多，設(shè)備整體的可靠性就會越低，元器件出現(xiàn)故障的概率也將增加，這也在無形中增加了維修成本。

而數(shù)字全息檢測系統(tǒng)是基于數(shù)字全息技術(shù)采用一整套設(shè)備整體掃描路面，完成數(shù)據(jù)采集，并建立路面的三維數(shù)據(jù)模型，進(jìn)而從三維路面模型中提取養(yǎng)護(hù)工作中所需要的路面平整度、車轍、破損狀況、抗滑構(gòu)造深度、跳車指數(shù)、縱橫坡度等各項指標(biāo)，提高了數(shù)據(jù)采集的精度和維度，其硬件成本經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢極為突出。

道路數(shù)字全息三維檢測車

此外，數(shù)字全息檢測系統(tǒng)還可用于路面使用狀況評估，對接現(xiàn)有路面養(yǎng)護(hù)管理決策系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)優(yōu)勢

相比現(xiàn)有的道路多功能檢測技術(shù)，數(shù)字全息技術(shù)具有明顯的數(shù)據(jù)優(yōu)勢，不僅可提取用于路面宏觀狀況評價的指標(biāo)信息，還可提取用于量測路面任意位置的三維信息。在預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工作中，數(shù)字全息檢測技術(shù)的數(shù)據(jù)幾乎涵蓋了工作中所需要的全部信息，可為路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)設(shè)計提供全面、精細(xì)化的數(shù)據(jù)支撐。

更為重要的是，路面的三維模型重現(xiàn)了路面的三維場景，養(yǎng)護(hù)工作人員可以從路面真實的三維場景中提取路況指標(biāo)信息、診斷病害問題和追溯病害成因。例如廣東某高速公路在路面養(yǎng)護(hù)前獲取平整度指標(biāo)分布情況，在全息路面三維圖中，養(yǎng)護(hù)工作人員分別選取了路面五個位置的縱斷面高程數(shù)據(jù)分布信息，分別為車道中線、車道兩側(cè)邊緣和左、右車輪跡帶處。從圖中可以看出，每個縱斷面位置的平整度數(shù)值并不完全一致，而且在這段路有明顯的平整度異常，從對應(yīng)路面的全息三維數(shù)據(jù)可以分析判斷出，異常部位是由車輪跡帶部位的車轍加坑槽等多重病害引起。而這處異常的平整度數(shù)值對整段路的平整度水平起到了決定作用，導(dǎo)致整段路平整度指數(shù)不合格。

此圖是一張3.75米×1米的車道數(shù)字全息三維路面數(shù)據(jù)展示圖，幾乎包含了路面表面的所有信息，比如平整度指標(biāo)、車轍指標(biāo)、三維的破損病害、構(gòu)造深度、跳車指標(biāo)，以及縱坡和橫坡指標(biāo)等信息。

廣東某高速公路三維路面多縱斷面數(shù)據(jù)信息展示圖

此外，基于道路數(shù)字全息數(shù)據(jù)分析得出的指標(biāo)，不僅包含了現(xiàn)行公路路面技術(shù)狀況評價標(biāo)準(zhǔn)中所要求的幾項指標(biāo)，還可以從中分析更為詳細(xì)的精細(xì)化指標(biāo)，例如構(gòu)造深度。路面構(gòu)造深度是現(xiàn)有自動化檢測技術(shù)裝備無法精確提供的一項指標(biāo)，但在全息數(shù)據(jù)中可以提煉出路面任意樁號位置、任意面積范圍的構(gòu)造深度數(shù)據(jù)，進(jìn)而分析路面的磨耗情況和路面抗滑性能。

輔助設(shè)計優(yōu)勢

對路面養(yǎng)護(hù)工作人員來說，不僅需要從數(shù)據(jù)源中及時發(fā)現(xiàn)病害、診斷病害、追溯病害，還需要依據(jù)數(shù)據(jù)指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)工程的輔助設(shè)計，例如輔助設(shè)計的仿真模擬。在全息數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，可以模擬養(yǎng)護(hù)工程的方案、施工前后效果，以及計算實施養(yǎng)護(hù)工程后的路面狀況指標(biāo)。

基于數(shù)字全息三維數(shù)據(jù)的構(gòu)造深度模型

基于數(shù)字全息三維數(shù)據(jù)銑刨某段路后的養(yǎng)護(hù)工程效果圖

此外，瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工程大多采用?。ǔ。诱置媸┕?，但當(dāng)路面存在車轍變形、不平整或縱橫坡度不平順等現(xiàn)象時，養(yǎng)護(hù)工作人員很難精確地計算出養(yǎng)護(hù)罩面所需的工程數(shù)量，往往造成薄層罩面實際工程量與設(shè)計工程量出現(xiàn)較大的偏差，給養(yǎng)護(hù)施工單位投標(biāo)帶來潛在風(fēng)險。而數(shù)字全息檢測系統(tǒng)可以精確計算預(yù)防性養(yǎng)護(hù)薄層罩面工程量，避免此類問題發(fā)生。