高速公路路面裂縫檢測與養護新技術研究

岳二濤

摘要：針對傳統的高速公路路面裂縫檢測方法存在的諸多問題和缺陷，詳細闡述了路面識別與分割、路面裂縫幾何參數計算方法，采用三維圖像檢測路面裂縫等方面的高速公路路面裂縫檢測新技術。通過3種檢測方法，對某地區R高速公路工程路面裂縫進行實地檢測，其檢測結果驗證了該路面裂縫檢測新技術具有更高的檢測精度、可靠性，說明該項新技術可在高速公路路面裂縫檢測施工中投入應用。

關鍵詞：高速公路；路面裂縫；檢測與養護；新技術

0? ?引言

高速公路建設工程具有線性性質，不同類型的高速公路也具有不同的使用性質，對路面的檢測與養護要求也存在較大的差異[1]。常見的高速公路路面病害有裂縫、龜裂、沉陷、車轍等，其中以路面裂縫病害較為突出。路面裂縫以表面裂縫、內部裂縫以及疲勞裂縫為主，若裂縫問題得不到及時處理，可能引起高速公路路基水毀、沉陷等病害，降低路面的使用性能，無法保證車輛行駛的安全[2]。

科學合理的高速公路路面裂縫檢測方法至關重要。傳統的檢測方法具有局限性，檢測精度較低、成本費用較高，且無法快速測定路面裂縫的準確位置，檢測不到公路面層以下的隱含裂縫[3]。為解決這一問題，以R高速公路工程為例，在傳統路面裂縫檢測方法的基礎上，提出了一種全新的路面裂縫檢測方法與養護處理技術。

1? ?高速公路路面裂縫檢測新技術

1.1? ?高速公路路面識別與分割

高速公路路面裂縫檢測技術，首先需要識別與分割高速公路路面，確定待檢測路面區域，為后續分析研究奠定基礎。高速公路路面識別與分割流程如圖1所示。

圖1中，首先結合高速公路路面自身特點，通過無人機航拍的方式，采集路面航拍圖像，并檢測公路無人機航拍圖像特征。然后對無人機航拍圖像進行二值化處理，將目標從無人機航拍圖像中分割出來[4]。二值化處理的表達公式如式（1）：

（1）

式（1）中：g（x，y）表示待檢測路面二值圖像；?（x，y）表示無人機航拍灰度圖像；T表示圖像分割閾值。完成圖像二值化處理后，基于Hough變換原理，變換路面特征圖像，將圖像被檢測的特征從像素坐標空間變換至參數坐標空間，篩選出與高速公路路面區域無關的特征[5]。在此基礎上，選擇其中與路面參數坐標空間相對應的特征，進而確定無人機航拍圖像中待檢測路面裂縫的路面區域，達到路面識別與分割目的。

1.2? ?路面裂縫幾何參數計算方法

完成高速公路路面識別與分割后，對可見路面裂縫的幾何參數進行計算，進而確定路面裂縫的基本屬性。本文設計的高速公路路面裂縫幾何參數計算包括2個部分，分別為路面線性裂縫長度和寬度計算，以及網狀裂縫面積計算，下面進行具體的計算說明。

1.2.1? ?計算路面線性裂縫長度和寬度

首先明確路面裂縫的線性特征，對裂縫進行初步細化處理。在不改變裂縫表面輪廓的前提下，提取其骨架結構，獲取路面單像素寬度裂縫[6]。部分路面裂縫骨架提取后存在分支，此時需要人為去除分支[7]。在此基礎上，計算路面裂縫長度和寬度，其計算公式分別為：

L=ml? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

d= （x1-x2）2+（y1-y2）2? ? ? ? ? ? （3）

式（2）中：L表示路面線性裂縫長度；m表示路面線性裂縫每個像素代表的長度；l表示細化處理后的像素總數。通過計算得出線性裂縫的長度參數。

式（3）中：d表示路面線性裂縫寬度；（x1，y1）、（x2，y2）分別表示路面線性裂縫邊緣的兩個交點坐標。通過計算得出線性裂縫的寬度參數。

1.2.2? ?計算路面網狀裂縫面積

高速公路路面網狀裂縫面積是裂縫幾何參數中的重要組成部分，能夠直觀描述裂縫的大小及形狀，評價裂縫的破損程度。網狀裂縫面積計算公式為：

S=d2（x2-x1）（y2-y1）? ? ? ? ? ? ?（4）

式（4）中：d2表示裂縫圖像中1個像素點所占實際面積的比例參數；x1、x2分別表示裂縫在坐標系X軸上投影坐標的最大值與最小值；y1、y2分別表示裂縫在坐標系Y軸上投影坐標的最大值與最小值[8]。根據裂縫面積幾何參數計算結果，初步獲取裂縫的破損程度與形態大小，為后續路面裂縫檢測提供有力的參數支持。

1.3? ?采用三維圖像檢測路面裂縫

在高速公路路面裂縫幾何參數計算完畢后，明確獲取了路面裂縫的相關信息數據，在此基礎上采用三維圖像檢測方法，對高速公路路面裂縫作出全方位、多維度的檢測。

首先，選擇與高速公路路面工程適配度較高的激光掃描設備與三維相機。為了提高裂縫檢測結果的精確度，采用三維剖面成像檢測車，配備2套激光器和相機，對公路路面進行連續拍攝，獲取路面檢測區域內的二維圖像。結合獲取到的前述路面裂縫幾何參數信息，生成相應的三維圖像。

其次，消除三維圖像背景陰影，進而分離圖像背景與裂縫。將三維圖像中的路面裂縫用白色標記，背景用黑色標記，使路面裂縫能夠較為完整地表現出來。在路面裂縫檢測中，將裂縫劃分為表面裂縫與內部裂縫2個類別，其結構示意分別如圖2、圖3所示。

從圖2、圖3可知，這2個類別的裂縫存在較大差異。其中，表面裂縫多數為可見裂縫，檢測過程較為簡單；而內部裂縫會受到路面狀態變化的影響而發生改變，檢測過程中需要實時監測路面內部狀態變化[9]。

路面裂縫與背景標記完畢后，利用檢測系統提取裂縫像素信息。整合提取到的裂縫像素信息，重構高速公路路面三維模型，全面檢測路面裂縫，進而獲取公路每一路段的裂縫數量、裂縫形態、裂縫所在位置等信息，完成路面裂縫檢測任務。

2? ?高速公路路面裂縫養護技術

根據獲取到的高速公路路面裂縫所在位置、長度、深度、形態等檢測結果，制定和實施路面養護方案，即采取瀝青還原劑霧封層的養護處理技術，對高速公路路面裂縫進行養護處理，避免裂縫擴大對路面使用性能與行車安全造成不利影響。

將瀝青還原劑均勻涂抹在裂縫所在位置，隨著瀝青還原劑的不斷滲入，將裂縫處的老化瀝青進行還原，使瀝青各個組分達到平衡，封閉公路路面的裂縫，進而恢復高速公路路面瀝青的韌性與原始性能。

將輔助再生劑作為膠體的介穩體系，通過其軟化膨脹作用，封閉瀝青還原劑無法封閉的細小裂縫，補充路面瀝青缺少的組分及損失的瀝青。通過瀝青還原劑霧封層與輔助再生劑的作用，全方位實現高速公路路面裂縫養護處理目標。

3? ?高速公路路面裂縫檢測實例

3.1? ?工程概況

某地區R高速公路工程的實際管養里程約為28.53公里，起點樁號為G311K234+762，終點樁號為G311K284+

052，屬于一級公路。根據高速公路路面裂縫的實際情況與裂縫類型對應的特征，選取此次路面裂縫檢測和養護所需的設備，其規格型號及數量如表1所示。

掌握該工程概況信息后，按照上述高速公路路面裂縫檢測技術和路面裂縫養護技術，對R高速公路路面裂縫進行檢測，并對其檢測結果進行分析，如下所述。

3.2? ?檢測方法和檢測結果分析

3.2.1? ?檢測方法

選取R高速公路工程路面裂縫檢測識別率，作為此次實驗的評價指標。將本文提出的上述檢測方法設置為實驗組，將文獻[2]、文獻[5]提出的檢測方法分別設置為對照組1和對照組2，利用MATLAB模擬分析軟件，測定3種檢測方法的檢測識別率。隨機在R高速公路工程中選取6個路面裂縫數量較多的待檢測路段，其信息如表2所示。

3.2.2? ?檢測結果分析

利用上述3種檢測方法，對表2中6個路段的路面裂縫進行全面檢測，統計出對應的檢測識別率并進行對比，其結果如圖4所示。

由圖4可知，應用這3種檢測方法，其路面裂縫檢測識別率具有明顯差異。其中，應用本文提出的路面裂縫檢測方法檢測這6個路段的路面裂縫，其檢測識別率均顯著高于另外2種檢測方法，檢測識別率均達到了98%以上。該檢驗結果說明，本文提出的高速公路路面裂縫檢測新技術能夠更加準確地檢測識別出路面裂縫，具有較高檢測精度、檢測的可靠性和可行性，可以在高速公路路面裂縫檢測施工中投入使用。

4? ?結束語

為了解決高速公路路面裂縫等病害問題，研究并提出了高速公路路面裂縫檢測新技術，以R高速公路工程為例開展了路面裂縫的檢測與養護對比，驗證了該項路面裂縫檢測新技術的精準性和有效性，對改善高速公路路面的使用性能和提高車輛的行車安全，具有重要的現實意義和良好的應用前景。

參考文獻

[1] 田陳燕，岳建洪，陳金蓉，等.基于技術效應的瀝青路面養

護后評價研究[J].公路與汽運，2022（5）：126-130+141.

[2] 徐希忠，韋金城，張曉萌，等.瀝青路面使用性能檢測與評

價研究現狀[J].石油瀝青，2022，36（1）：1-8+29.

[3] 黃九達，陳濤，洪盛祥，等.高速公路瀝青路面養護現狀與

決策分析[J].河南科技，2021，40（36）：73-76.

[4] 李江華，盧軍源，馬進，等.柳州北環高速路面病害特征與

養護決策分析[J].企業科技與發展，2021（8）：174-176.

[5] 徐鵬，祝軒，姚丁，等.瀝青路面養護智能檢測與決策綜述

[J].中南大學學報（自然科學版），2021，52（7）：2099-2117.

[6] 雷煜，林彥宇，楊慧，等.高速公路路基路面病害的科學檢

測及預防養護策略研究[J].四川水泥，2021（4）：276-277.

[7] 曹明明，陳金蓉，張洲洋，等.高速公路瀝青路面技術狀況

評價指標分析[J].公路與汽運，2021（2）：155-160.

[8] 施彥，凌天清，崔立龍，等.瀝青路面預防性養護評價標準

及決策優化研究[J].公路交通，2020，37（10）：25-34+56.

[9] 顏魯鵬，吳逸飛，陳波，等.融合BIM與現實捕捉技術的

高速公路病害檢測信息化技術研究[J].中外公路， 2020，40

（2）：300-306.