【摘要】高速公路路基路面病害檢測(cè)技術(shù)的合理選擇對(duì)于道路系統(tǒng)的維護(hù)和安全至關(guān)重要。文中探討了幾種關(guān)鍵的檢測(cè)技術(shù)，包括傳感器網(wǎng)絡(luò)、無(wú)人機(jī)巡檢、云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以及綜合應(yīng)用技術(shù)。這些技術(shù)的合理選擇和整合可以提高病害檢測(cè)的準(zhǔn)確性、全面性和效率，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決路面問(wèn)題，確保道路的安全暢通。

【關(guān)鍵詞】高速公路；路基；路面；病害檢測(cè)；傳感器網(wǎng)絡(luò)

【中圖分類(lèi)號(hào)】U418" " " "【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A" " " "【文章編號(hào)】1673-6028（2024）02-0119-03

0引言

由于各種自然因素和交通負(fù)荷的作用，高速公路路基路面常常會(huì)出現(xiàn)各種病害，如裂縫、坑洞、龜裂等，這些問(wèn)題不僅影響了行車(chē)的安全性，還增加了維護(hù)成本。為了確保高速公路正常運(yùn)營(yíng)，提高道路安全性，病害檢測(cè)和道路維修至關(guān)重要。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代化的檢測(cè)技術(shù)成為解決這一挑戰(zhàn)的有效手段。首先，傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種分布式系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)路面的各種參數(shù)。這些傳感器可以追蹤路面的振動(dòng)、溫度、濕度等數(shù)據(jù)，為路面病害的早期發(fā)現(xiàn)提供了重要信息。其次，無(wú)人機(jī)巡檢技術(shù)通過(guò)空中視角可以快速覆蓋大面積路段，捕捉高分辨率的圖像和數(shù)據(jù)，有助于檢測(cè)裂縫和坑洞等病害。此外，云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問(wèn)和實(shí)時(shí)分析，支持決策制定。最后，綜合應(yīng)用技術(shù)可以將多種檢測(cè)方法整合，提高檢測(cè)的全面性和準(zhǔn)確性。通過(guò)綜合選擇和應(yīng)用這些技術(shù)，道路管理部門(mén)可以提高路面的安全性和可維護(hù)性，確保公路正常運(yùn)行。本文將詳細(xì)討論這些技術(shù)的原理和應(yīng)用，為高速公路路基路面病害檢測(cè)提供更多有價(jià)值的信息和參考。

1 非接觸式檢測(cè)技術(shù)

非接觸式檢測(cè)技術(shù)主要特點(diǎn)是無(wú)需直接接觸路面，能夠迅速、準(zhǔn)確地獲取路面狀態(tài)信息。包括激光掃描技術(shù)、雷達(dá)技術(shù)和高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)，在高速公路路基路面病害檢測(cè)中都具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。它們能夠以高精度、高效率和全天候的方式獲取路面信息，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)路面病害，提高道路維護(hù)效率，提升道路行駛安全性。這些技術(shù)可以單獨(dú)使用，也可以與其他檢測(cè)技術(shù)和數(shù)據(jù)處理方法結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)更全面的路面狀態(tài)監(jiān)測(cè)和分析[1]。

1.1 激光掃描技術(shù)

激光掃描技術(shù)利用激光束掃描路面，通過(guò)激光雷達(dá)或激光測(cè)距儀測(cè)量路面高程和形狀數(shù)據(jù)。這種技術(shù)能夠以高精度獲取路面的三維信息，包括凹坑、凸起和龜裂等病害。激光掃描技術(shù)具有快速、精確和遠(yuǎn)距離測(cè)量的優(yōu)勢(shì)，適用于大面積路段的檢測(cè)，并且可以實(shí)現(xiàn)全天候監(jiān)測(cè)。

1.2 雷達(dá)技術(shù)

雷達(dá)技術(shù)利用微波信號(hào)來(lái)探測(cè)路面特征，包括路面的厚度、密度和電磁性質(zhì)。通過(guò)分析反射信號(hào)的特征，可以識(shí)別路面病害，如裂縫和坑洞。雷達(dá)技術(shù)對(duì)于發(fā)現(xiàn)深埋在路面下的路基病害檢測(cè)也具有優(yōu)勢(shì)，可以檢測(cè)到隱蔽的結(jié)構(gòu)問(wèn)題。此外，雷達(dá)技術(shù)不受天氣和光照影響。

1.3 高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)

高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)通過(guò)衛(wèi)星傳感器獲取路面圖像，提供全面覆蓋區(qū)域的數(shù)據(jù)。這種技術(shù)能夠監(jiān)測(cè)路面整體狀況，包括裂縫、坑洞和變形等。高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)具有全球范圍的監(jiān)測(cè)能力，可用于長(zhǎng)距離路段的病害檢測(cè)。它還可以提供歷史數(shù)據(jù)，以進(jìn)行病害變化分析和趨勢(shì)預(yù)測(cè)。

2 接觸式檢測(cè)技術(shù)

接觸式檢測(cè)技術(shù)是一種直接與路面物體接觸并獲取信息的方法。主要包括超聲波檢測(cè)技術(shù)、遙感測(cè)量?jī)x器和攝像頭與圖像處理技術(shù)，這些技術(shù)能夠提供高精度的路面信息，但通常需要投入更多的人力和時(shí)間，還可能對(duì)交通產(chǎn)生一定的干擾。選擇合適的檢測(cè)技術(shù)應(yīng)考慮具體的檢測(cè)需求、預(yù)算和路面特點(diǎn)。這些技術(shù)也可以與非接觸式檢測(cè)技術(shù)結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)更全面的路面狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

2.1 超聲波檢測(cè)技術(shù)

超聲波檢測(cè)技術(shù)通過(guò)發(fā)送超聲波脈沖并測(cè)量其反射時(shí)間來(lái)判斷路面下的結(jié)構(gòu)和病害情況。當(dāng)超聲波遇到路面下的缺陷或材料不均勻時(shí)會(huì)發(fā)生反射。通過(guò)分析反射信號(hào)的時(shí)間和強(qiáng)度，可以識(shí)別路面下的病害問(wèn)題，如空洞、松散土壤或裂縫。這種技術(shù)對(duì)于發(fā)現(xiàn)路面下隱蔽的結(jié)構(gòu)問(wèn)題非常有效，但需要直接接觸路面，因此需要逐一檢測(cè)。

2.2 遙感測(cè)量?jī)x器

遙感測(cè)量?jī)x器包括激光測(cè)距儀、測(cè)距儀和其他傳感器，可以直接測(cè)量路面的高程、紋理和形狀。這些設(shè)備通常搭載在檢測(cè)車(chē)輛上，通過(guò)物理接觸路面來(lái)獲取數(shù)據(jù)。遙感測(cè)量?jī)x器能夠提供高分辨率的路面信息，適用于檢測(cè)裂縫、坑洞、紋理變化等病害。它們的優(yōu)勢(shì)在于數(shù)據(jù)精確度高，但速度較慢且需要路面封閉，對(duì)交通影響較大[2]。

2.3 攝像頭和圖像處理技術(shù)

攝像頭和圖像處理技術(shù)是一種常用的接觸式檢測(cè)方法，使用攝像頭拍攝路面圖像，然后通過(guò)圖像處理算法來(lái)分析圖像中的路面特征。這些特征包括裂縫、坑洞、變形和紋理。圖像處理技術(shù)可以自動(dòng)化對(duì)路面病害檢測(cè)和分類(lèi)，提高檢測(cè)效率。此外，這種技術(shù)可以在不封閉道路的情況下進(jìn)行檢測(cè)，減少交通干擾。

3 傳感器技術(shù)

傳感器技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)路面的各種參數(shù)，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)病害并進(jìn)行維護(hù)。主要包括高頻振動(dòng)傳感器、溫度和濕度傳感器以及應(yīng)變傳感器，為高速公路路基路面病害檢測(cè)提供了重要的數(shù)據(jù)支持。這些傳感器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)路面的振動(dòng)、溫度和濕度，以及應(yīng)變情況，幫助運(yùn)維團(tuán)隊(duì)及時(shí)了解路面的狀況。這些數(shù)據(jù)可以用于制定維護(hù)計(jì)劃，提高路面的安全性和耐久性。同時(shí)，傳感器技術(shù)也可以與其他檢測(cè)技術(shù)和數(shù)據(jù)處理方法結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更全面的路面狀態(tài)監(jiān)測(cè)和分析。

3.1 高頻振動(dòng)傳感器

高頻振動(dòng)傳感器用于監(jiān)測(cè)路面的振動(dòng)情況。這些傳感器能夠測(cè)量路面上車(chē)輛的振動(dòng)頻率和振動(dòng)幅度，從而識(shí)別路面的平整度和坑洞。高頻振動(dòng)傳感器通常安裝在道路上，通過(guò)感知車(chē)輛經(jīng)過(guò)時(shí)的振動(dòng)來(lái)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以用于評(píng)估路面的狀況，以及確定何時(shí)需要進(jìn)行維護(hù)或修復(fù)[3]。

3.2 溫度和濕度傳感器

溫度和濕度傳感器用于監(jiān)測(cè)路面的溫度和濕度狀況。這些參數(shù)對(duì)于路面的穩(wěn)定性和耐久性非常重要。溫度傳感器能夠測(cè)量路面的溫度變化，幫助確定路基是否存在凍融問(wèn)題。濕度傳感器則可以監(jiān)測(cè)路面的濕度水平，有助于防止路基因濕度引起的損害。這些傳感器提供的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可用于決策路面維護(hù)的時(shí)機(jī)。

3.3 應(yīng)變傳感器

應(yīng)變傳感器用于監(jiān)測(cè)路面的應(yīng)變情況，特別是在車(chē)輛通過(guò)時(shí)的變形。這些傳感器通常嵌入路面中，測(cè)量路面的變形程度。應(yīng)變傳感器可以檢測(cè)到裂縫、坑洞和其他病害引起的路面變形。通過(guò)分析應(yīng)變數(shù)據(jù)，可以確定路面的健康狀況，提前發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題。

4 數(shù)據(jù)處理和分析技術(shù)

數(shù)據(jù)處理和分析技術(shù)包括機(jī)器學(xué)習(xí)算法、圖像識(shí)別技術(shù)以及數(shù)據(jù)挖掘和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)等，能夠提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和警報(bào)，自動(dòng)檢測(cè)和分類(lèi)路面問(wèn)題，幫助維護(hù)團(tuán)隊(duì)快速作出決策，提高路面的安全性和可維護(hù)性。

4.1 機(jī)器學(xué)習(xí)算法

機(jī)器學(xué)習(xí)算法工具可用于分析路面病害檢測(cè)數(shù)據(jù)，識(shí)別病害并進(jìn)行分類(lèi)。通過(guò)訓(xùn)練這些算法可以識(shí)別裂縫、坑洞、龜裂等常見(jiàn)的路面問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)。通過(guò)使用大量標(biāo)記數(shù)據(jù)，機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以不斷提高其準(zhǔn)確性和性能[4]。它們還能夠預(yù)測(cè)路面病害趨勢(shì)，幫助路面維護(hù)團(tuán)隊(duì)作出精準(zhǔn)決策。

4.2 圖像識(shí)別技術(shù)

通過(guò)使用計(jì)算機(jī)視覺(jué)和深度識(shí)別技術(shù)，能夠識(shí)別縫、坑洞和其他病害以及路面的紋理和結(jié)構(gòu)。圖像識(shí)別系統(tǒng)能夠高效分析大量圖像數(shù)據(jù)，減少人工干預(yù)。還可以提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和警報(bào)，幫助及時(shí)處理路面問(wèn)題。

4.3 數(shù)據(jù)挖掘和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)

數(shù)據(jù)挖掘和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)可用于處理傳感器數(shù)據(jù)和其他來(lái)源的大規(guī)模數(shù)據(jù)集。這些技術(shù)能夠發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的模式、趨勢(shì)和異常，識(shí)別潛在的路面問(wèn)題。通過(guò)分析歷史數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)路面病害的發(fā)展?fàn)顟B(tài)和維護(hù)需求，優(yōu)化維護(hù)計(jì)劃。此外，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)還可以支持決策制定，確保有限的資源得到最優(yōu)利用。

5 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)

遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)包括無(wú)人機(jī)巡檢技術(shù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)以及云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，為高速公路路基路面病害檢測(cè)提供了強(qiáng)大的工具。它們能夠提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程訪問(wèn)，減少了人力和時(shí)間成本，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性和高效性。通過(guò)結(jié)合這些技術(shù)，道路管理部門(mén)可以更好地維護(hù)道路，提高路面的安全性和可維護(hù)性，確保公路系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

5.1 無(wú)人機(jī)巡檢技術(shù)

無(wú)人機(jī)巡檢技術(shù)是一種高效的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)方法，配備攝像頭、激光掃描儀或其他傳感器的無(wú)人機(jī)能夠從空中對(duì)道路進(jìn)行巡檢。無(wú)人機(jī)能夠快速覆蓋大面積路段，捕捉高分辨率的圖像和數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以用于檢測(cè)路面裂縫、坑洞和龜裂等，同時(shí)還可以監(jiān)測(cè)交通流量和道路環(huán)境。通過(guò)使用無(wú)人機(jī)，道路管理部門(mén)可以快速獲得全面的路面信息，降低人工巡檢的成本和風(fēng)險(xiǎn)。

5.2 傳感器網(wǎng)絡(luò)

傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種分布式系統(tǒng)，通過(guò)在道路上部署多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)路面的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。這些傳感器包括高頻振動(dòng)傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器等。通過(guò)傳感器網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)傳輸?shù)街醒肟刂浦行?，允許操作員監(jiān)測(cè)路面狀況并及時(shí)采取措施。傳感器網(wǎng)絡(luò)提供了全天候、全方位覆蓋的監(jiān)測(cè)，有助于更早地發(fā)現(xiàn)路面問(wèn)題。

5.3 云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以將路面病害檢測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云端，提供遠(yuǎn)程訪問(wèn)和分析功能。運(yùn)維團(tuán)隊(duì)可以遠(yuǎn)程訪問(wèn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和決策制定。云計(jì)算還可以處理大量數(shù)據(jù)，進(jìn)行病害趨勢(shì)分析和預(yù)測(cè)，確定最佳維護(hù)策略。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過(guò)連接各種傳感器和設(shè)備，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化控制，提高道路維護(hù)效率。

6 綜合應(yīng)用技術(shù)

6.1 綜合多種技術(shù)進(jìn)行路面病害檢測(cè)

在高速公路路基路面病害檢測(cè)中，綜合多種技術(shù)的應(yīng)用是一種有效的策略，可以提高檢測(cè)的全面性和準(zhǔn)確性。通過(guò)整合不同的檢測(cè)方法，更好地滿(mǎn)足路面維護(hù)工作需求。

（1）綜合多種技術(shù)應(yīng)用。綜合多種技術(shù)的應(yīng)用意味著同時(shí)或依次使用不同類(lèi)型的檢測(cè)工具和傳感器，以獲取更全面的路面信息。例如，可以將無(wú)人機(jī)巡檢技術(shù)與傳感器網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，無(wú)人機(jī)用于快速覆蓋大面積路段，傳感器網(wǎng)絡(luò)提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)這種方式，可以實(shí)現(xiàn)大范圍監(jiān)測(cè)和高精度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集，有助于發(fā)現(xiàn)裂縫、坑洞和其他病害[5]。

（2）數(shù)據(jù)融合和整合技術(shù)。數(shù)據(jù)融合和整合技術(shù)允許將來(lái)自不同檢測(cè)工具和傳感器的數(shù)據(jù)整合到一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)中，以進(jìn)行綜合分析。這些技術(shù)可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)，并消除不同傳感器之間的差異。通過(guò)整合數(shù)據(jù)，可以更容易識(shí)別病害位置、嚴(yán)重程度，并預(yù)測(cè)病害發(fā)展趨勢(shì)，有助于制定更加精確的維護(hù)計(jì)劃。

（3）地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)。GIS是一種能夠整合地理信息的工具，它將空間數(shù)據(jù)和地圖信息與路面病害檢測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合。通過(guò)GIS可以將路面病害的位置精確地標(biāo)記在地圖上，同時(shí)標(biāo)記交通流量、天氣條件等各種信息。這有助于路面管理者更好地了解路面情況與周?chē)h(huán)境，支持提升決策質(zhì)量和效率。

6.2 綜合應(yīng)用技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

綜合多種技術(shù)應(yīng)用能夠有效提升路面檢測(cè)的覆蓋面和準(zhǔn)確性。通過(guò)整合多種技術(shù)，可以獲得更豐富的數(shù)據(jù)，更好地了解路面問(wèn)題，及時(shí)采取維護(hù)措施，降低道路維護(hù)成本。這種綜合方法也適用于大規(guī)模道路網(wǎng)，因?yàn)樗梢愿咝У馗采w廣泛的區(qū)域，確保道路使用的可持續(xù)性和安全性。因此，綜合應(yīng)用技術(shù)在高速公路路基路面病害檢測(cè)中具有重要的作用，有助于維護(hù)道路系統(tǒng)的完好性和安全性。

7 結(jié)語(yǔ)

在高速公路路基路面病害檢測(cè)技術(shù)的合理選擇中，強(qiáng)調(diào)了多種關(guān)鍵技術(shù)的重要性，包括傳感器網(wǎng)絡(luò)、無(wú)人機(jī)巡檢、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和綜合應(yīng)用技術(shù)。這些技術(shù)的合理選擇和整合應(yīng)用可以提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性、全面性和高效性，為道路維護(hù)提供了強(qiáng)大的工具。

隨著科技不斷進(jìn)步，有信心在道路維護(hù)方面取得更大突破。通過(guò)將先進(jìn)技術(shù)與智能管理相結(jié)合，可以更好地維護(hù)高速公路，確保道路使用的可持續(xù)性和安全性，提供舒適的行車(chē)體驗(yàn)。同時(shí)，也應(yīng)該不斷推動(dòng)技術(shù)研究和創(chuàng)新，不斷改進(jìn)和完善路基路面病害檢測(cè)技術(shù)，使道路維護(hù)更加高效。

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[作者簡(jiǎn)介]賈根選（1990—），女，漢族，青海西寧人，本科，研究方向：試驗(yàn)檢測(cè)。