丁輔強(qiáng)

（樂(lè)山市公路機(jī)械化養(yǎng)護(hù)中心，四川 樂(lè)山 614000）

0 引言

農(nóng)村公路是連接農(nóng)村與城市地區(qū)的重要紐帶，在促進(jìn)農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步方面起重要作用。然而，許多農(nóng)村地區(qū)的公路面臨著質(zhì)量不佳、維護(hù)不足和資源有限等挑戰(zhàn)，這些問(wèn)題不僅威脅著道路使用者的安全，也對(duì)農(nóng)村地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了阻礙。傳統(tǒng)的路面質(zhì)量評(píng)估通常依賴(lài)于人工檢查和主觀(guān)判斷，這種方法存在許多問(wèn)題，如不精確、費(fèi)時(shí)、昂貴、受人為因素影響等。因此，需要采取更有效的方法開(kāi)展農(nóng)村公路路面質(zhì)量評(píng)估。

1 自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)原理與應(yīng)用

自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)是一種利用現(xiàn)代傳感器、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)等，通過(guò)自動(dòng)采集、處理與分析相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定對(duì)象或過(guò)程的監(jiān)測(cè)、評(píng)估與控制。其中，傳感器主要用于收集與特定對(duì)象或過(guò)程相關(guān)的數(shù)據(jù)，如溫度、壓力和振動(dòng)數(shù)據(jù)；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行高速處理和分析，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并檢測(cè)異常情況；通信技術(shù)主要用于數(shù)據(jù)傳輸，以供遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和評(píng)估。在公路領(lǐng)域，自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)廣泛應(yīng)用于道路、橋梁、隧道等基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和評(píng)估，以確保其安全性和可維護(hù)性[1]。

自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)的起源可追溯到20 世紀(jì)初。最早的應(yīng)用之一是自動(dòng)化工業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)上的傳感器與控制系統(tǒng)，用于監(jiān)測(cè)和調(diào)整生產(chǎn)過(guò)程。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)得以不斷改進(jìn)和發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸擴(kuò)大。在公路領(lǐng)域，自動(dòng)化檢測(cè)相關(guān)技術(shù)逐漸成熟，能夠更好地促進(jìn)公路可維護(hù)性和安全性目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)在公路領(lǐng)域的應(yīng)用主要涵蓋路面質(zhì)量評(píng)估、交通流量監(jiān)測(cè)、安全管理、設(shè)備維護(hù)等方面。路面質(zhì)量評(píng)估是其中一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域，通過(guò)對(duì)路面的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)與解決路面病害問(wèn)題，及時(shí)減少交通事故風(fēng)險(xiǎn)，提高道路安全性。

2 傳統(tǒng)手工評(píng)估方法的局限性

2.1 主觀(guān)性強(qiáng)

傳統(tǒng)手工評(píng)估方法的局限性主要在于評(píng)估存在主觀(guān)性。通常由巡檢人員或工程師根據(jù)視覺(jué)、感覺(jué)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)路面質(zhì)量。然而，評(píng)估者的主觀(guān)判斷可能受到情緒、疲勞、環(huán)境條件等因素的影響，導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果不穩(wěn)定。

此外，不同的評(píng)估者可能對(duì)路面問(wèn)題的識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)存在差異，使得評(píng)估結(jié)果不一致。主觀(guān)性評(píng)估的另一個(gè)缺陷是不容易量化，難以提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持和可比性。

2.2 時(shí)間成本高

傳統(tǒng)手工評(píng)估方法的另一個(gè)局限性在于時(shí)間成本較高。手工評(píng)估通常需要大量的人力資源和時(shí)間，對(duì)于大范圍的公路網(wǎng)絡(luò)，手工評(píng)估需要巡查員沿道路行駛，逐一檢查路面質(zhì)量，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還可能需要多次檢查，以確保結(jié)果的準(zhǔn)確性。時(shí)間成本的增加不僅會(huì)增加維護(hù)和管理的整體開(kāi)銷(xiāo)，還可能導(dǎo)致評(píng)估不及時(shí)，延誤維護(hù)決策的制訂。

2.3 評(píng)估結(jié)果不精確

評(píng)估者的主觀(guān)判斷容易受到外部條件的干擾，如光照、天氣和交通情況等，可能導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果不準(zhǔn)確，無(wú)法提供準(zhǔn)確的路面質(zhì)量信息。此外，手工評(píng)估往往只能提供粗略的質(zhì)量評(píng)估，難以識(shí)別路面上的細(xì)微問(wèn)題，如微小裂縫或輕微凹陷等。

3 激光掃描技術(shù)原理與應(yīng)用

3.1 激光掃描技術(shù)的基本原理

激光掃描技術(shù)是一種通過(guò)激光束發(fā)射和接收來(lái)獲取目標(biāo)物體三維信息的自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)，其基本原理是利用激光束在不同方向掃描，測(cè)量激光束從發(fā)射點(diǎn)到目標(biāo)物體的反射時(shí)間，然后根據(jù)光速和時(shí)間差計(jì)算出距離。通過(guò)不斷變化掃描角度和位置，獲取目標(biāo)物體的三維坐標(biāo)信息[2]。

3.2 3D 激光掃描儀工作機(jī)制

在公路領(lǐng)域，3D 激光掃描儀通常安裝在車(chē)輛上，通過(guò)激光束掃描和接收，實(shí)時(shí)獲取路面高程、坡度、形狀等信息。3D 激光掃描儀還可以快速生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)，用于后續(xù)的圖像處理與分析。

3.3 激光掃描技術(shù)在路面質(zhì)量評(píng)估中的應(yīng)用

激光掃描技術(shù)在路面質(zhì)量評(píng)估中的應(yīng)用包括路面平整度測(cè)量、裂縫和坑洞檢測(cè)、路面變形監(jiān)測(cè)等。通過(guò)激光掃描技術(shù)，可以實(shí)時(shí)獲取路面三維數(shù)據(jù)，然后通過(guò)數(shù)據(jù)處理算法，識(shí)別和定量化路面問(wèn)題，如坑洞的深度和寬度，裂縫的長(zhǎng)度和寬度。這些數(shù)據(jù)能為維護(hù)和修復(fù)方案制訂提供依據(jù)，有助于提高路面質(zhì)量、延長(zhǎng)路面使用壽命。

3.4 農(nóng)村公路路況快速檢測(cè)系統(tǒng)

農(nóng)村公路路況數(shù)據(jù)采集特種設(shè)備（簡(jiǎn)稱(chēng)CiCS IV，廣泛用于農(nóng)村公路自動(dòng)化快速檢測(cè)及路面狀況智能評(píng)價(jià)，見(jiàn)圖1）的特點(diǎn)是能根據(jù)車(chē)流速度一次性、快速采集主要路況指標(biāo)，包括路面破損、路面平整度、路面車(chē)轍等情況，還可以檢測(cè)前方景觀(guān)信息（見(jiàn)表1），同時(shí)利用主控軟件對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行樁號(hào)校正、路況記錄等。同時(shí)，該系統(tǒng)還具備地理坐標(biāo)采集，支持GPS 和北斗雙模式定位，可以集成道路幾何線(xiàn)形。農(nóng)村公路路況快速檢測(cè)系統(tǒng)CiCS IV 滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《多功能路況快速檢測(cè)設(shè)備》（GB/T 26764—2011）、交通運(yùn)輸部《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG 5210—2018）、《農(nóng)村公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 5190—2019）等標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的檢測(cè)指標(biāo)。

表1 CiCS IV 系統(tǒng)主要技術(shù)性能指標(biāo)

圖1 多功能路況快速檢測(cè)系統(tǒng)（CiCS IV）

4 自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)對(duì)農(nóng)村公路可持續(xù)性的影響

4.1 可提高農(nóng)村公路的質(zhì)量和安全性

4.1.1 提升路面質(zhì)量

激光掃描、圖像處理和GIS 等自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)能夠提供全面、準(zhǔn)確的路面信息，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)路面問(wèn)題，如裂縫、坑洞和變形，進(jìn)而及時(shí)進(jìn)行維護(hù)和修復(fù)，顯著提升路面質(zhì)量，減少交通事故風(fēng)險(xiǎn)，提高道路使用者的安全感。

4.1.2 減少維護(hù)成本

自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)高效、精確，有助于減少維護(hù)成本。通過(guò)及時(shí)發(fā)現(xiàn)和定量化路面問(wèn)題，能夠制訂更具針對(duì)性維護(hù)決策，避免不必要的維修和資源浪費(fèi)，有助于降低維護(hù)成本，這對(duì)資源有限的農(nóng)村地區(qū)來(lái)說(shuō)尤為重要。

4.2 延長(zhǎng)農(nóng)村公路使用壽命

一方面，自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)使及時(shí)發(fā)現(xiàn)與維護(hù)農(nóng)村公路路面問(wèn)題成為可能。自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)能夠分辨與儲(chǔ)存1mm 及以上的路面裂縫數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖2），且檢測(cè)數(shù)據(jù)能長(zhǎng)期保存。路面問(wèn)題可以在早期階段被發(fā)現(xiàn)，為養(yǎng)護(hù)維修提供基礎(chǔ)信息，降低維修頻率，節(jié)省資源和資金，同時(shí)能夠有效避免問(wèn)題進(jìn)一步惡化，有助于延長(zhǎng)農(nóng)村公路使用壽命。

圖2 路面損壞自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（CiAS）界面

另一方面，自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)支持長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)積累，能夠準(zhǔn)確記錄與分析路面問(wèn)題的變化趨勢(shì)，便于公路管理部門(mén)制訂長(zhǎng)期維護(hù)策略，合理分配資源，保持道路的可維護(hù)性[3]。

4.3 促進(jìn)農(nóng)村地區(qū)可持續(xù)發(fā)展

自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用可以提高農(nóng)村地區(qū)的公路質(zhì)量和安全性，提高公路的可靠性，有助于改善農(nóng)村地區(qū)的連接性，促進(jìn)農(nóng)村地區(qū)與城市之間的聯(lián)系，支持農(nóng)村地區(qū)的發(fā)展、提高增加農(nóng)村居民的生活便利性，促進(jìn)農(nóng)村地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)農(nóng)村公路規(guī)模的不斷擴(kuò)大、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，公路出行需求持續(xù)提高，對(duì)農(nóng)村公路的建、管、養(yǎng)護(hù)水平提出了更高的要求。自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)在農(nóng)村公路路面質(zhì)量評(píng)估中扮演重要角色，能夠有效克服傳統(tǒng)手工評(píng)估方法的主觀(guān)性、不精確性和資源限制等問(wèn)題。

通過(guò)激光掃描技術(shù)，能夠創(chuàng)建高精度的三維地圖，提供全面、詳盡的路面信息；結(jié)合圖像處理技術(shù)，自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)能夠細(xì)致分析路面狀況，包括檢測(cè)裂縫、坑洞等問(wèn)題；地理信息系統(tǒng)（GIS）的應(yīng)用有助于整合和分析這些數(shù)據(jù)，為路面質(zhì)量評(píng)估提供更全面的信息支持。未來(lái)，隨著自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，能夠進(jìn)一步提高農(nóng)村公路的可靠性、安全性和可持續(xù)性。