高速公路路面裂缝检测与养护新技术研究

岳二涛

摘要：针对传统的高速公路路面裂缝检测方法存在的諸多问题和缺陷，详细阐述了路面识别与分割、路面裂缝几何参数计算方法，采用三维图像检测路面裂缝等方面的高速公路路面裂缝检测新技术。通过3种检测方法，对某地区R高速公路工程路面裂缝进行实地检测，其检测结果验证了该路面裂缝检测新技术具有更高的检测精度、可靠性，说明该项新技术可在高速公路路面裂缝检测施工中投入应用。

关键词：高速公路；路面裂缝；检测与养护；新技术

0   引言

高速公路建设工程具有线性性质，不同类型的高速公路也具有不同的使用性质，对路面的检测与养护要求也存在较大的差异[1]。常见的高速公路路面病害有裂缝、龟裂、沉陷、车辙等，其中以路面裂缝病害较为突出。路面裂缝以表面裂缝、内部裂缝以及疲劳裂缝为主，若裂缝问题得不到及时处理，可能引起高速公路路基水毁、沉陷等病害，降低路面的使用性能，无法保证车辆行驶的安全[2]。

科学合理的高速公路路面裂缝检测方法至关重要。传统的检测方法具有局限性，检测精度较低、成本费用较高，且无法快速测定路面裂缝的准确位置，检测不到公路面层以下的隐含裂缝[3]。为解决这一问题，以R高速公路工程为例，在传统路面裂缝检测方法的基础上，提出了一种全新的路面裂缝检测方法与养护处理技术。

1   高速公路路面裂缝检测新技术

1.1   高速公路路面识别与分割

高速公路路面裂缝检测技术，首先需要识别与分割高速公路路面，确定待检测路面区域，为后续分析研究奠定基础。高速公路路面识别与分割流程如图1所示。

图1中，首先结合高速公路路面自身特点，通过无人机航拍的方式，采集路面航拍图像，并检测公路无人机航拍图像特征。然后对无人机航拍图像进行二值化处理，将目标从无人机航拍图像中分割出来[4]。二值化处理的表达公式如式（1）：

（1）

式（1）中：g（x，y）表示待检测路面二值图像；?（x，y）表示无人机航拍灰度图像；T表示图像分割阈值。完成图像二值化处理后，基于Hough变换原理，变换路面特征图像，将图像被检测的特征从像素坐标空间变换至参数坐标空间，筛选出与高速公路路面区域无关的特征[5]。在此基础上，选择其中与路面参数坐标空间相对应的特征，进而确定无人机航拍图像中待检测路面裂缝的路面区域，达到路面识别与分割目的。

1.2   路面裂缝几何参数计算方法

完成高速公路路面识别与分割后，对可见路面裂缝的几何参数进行计算，进而确定路面裂缝的基本属性。本文设计的高速公路路面裂缝几何参数计算包括2个部分，分别为路面线性裂缝长度和宽度计算，以及网状裂缝面积计算，下面进行具体的计算说明。

1.2.1   计算路面线性裂缝长度和宽度

首先明确路面裂缝的线性特征，对裂缝进行初步细化处理。在不改变裂缝表面轮廓的前提下，提取其骨架结构，获取路面单像素宽度裂缝[6]。部分路面裂缝骨架提取后存在分支，此时需要人为去除分支[7]。在此基础上，计算路面裂缝长度和宽度，其计算公式分别为：

L=ml                  （2）

d= （x1-x2）2+（y1-y2）2            （3）

式（2）中：L表示路面线性裂缝长度；m表示路面线性裂缝每个像素代表的长度；l表示细化处理后的像素总数。通过计算得出线性裂缝的长度参数。

式（3）中：d表示路面线性裂缝宽度；（x1，y1）、（x2，y2）分别表示路面线性裂缝边缘的两个交点坐标。通过计算得出线性裂缝的宽度参数。

1.2.2   计算路面网状裂缝面积

高速公路路面网状裂缝面积是裂缝几何参数中的重要组成部分，能够直观描述裂缝的大小及形状，评价裂缝的破损程度。网状裂缝面积计算公式为：

S=d2（x2-x1）（y2-y1）             （4）

式（4）中：d2表示裂缝图像中1个像素点所占实际面积的比例参数；x1、x2分别表示裂缝在坐标系X轴上投影坐标的最大值与最小值；y1、y2分别表示裂缝在坐标系Y轴上投影坐标的最大值与最小值[8]。根据裂缝面积几何参数计算结果，初步获取裂缝的破损程度与形态大小，为后续路面裂缝检测提供有力的参数支持。

1.3   采用三维图像检测路面裂缝

在高速公路路面裂缝几何参数计算完毕后，明确获取了路面裂缝的相关信息数据，在此基础上采用三维图像检测方法，对高速公路路面裂缝作出全方位、多维度的检测。

首先，选择与高速公路路面工程适配度较高的激光扫描设备与三维相机。为了提高裂缝检测结果的精确度，采用三维剖面成像检测车，配备2套激光器和相机，对公路路面进行连续拍摄，获取路面检测区域内的二维图像。结合获取到的前述路面裂缝几何参数信息，生成相应的三维图像。

其次，消除三维图像背景阴影，进而分离图像背景与裂缝。将三维图像中的路面裂缝用白色标记，背景用黑色标记，使路面裂缝能够较为完整地表现出来。在路面裂缝检测中，将裂缝划分为表面裂缝与内部裂缝2个类别，其结构示意分别如图2、图3所示。

从图2、图3可知，这2个类别的裂缝存在较大差异。其中，表面裂缝多数为可见裂缝，检测过程较为简单；而内部裂缝会受到路面状态变化的影响而发生改变，检测过程中需要实时监测路面内部状态变化[9]。

路面裂缝与背景标记完毕后，利用检测系统提取裂缝像素信息。整合提取到的裂缝像素信息，重构高速公路路面三维模型，全面检测路面裂缝，进而获取公路每一路段的裂缝数量、裂缝形态、裂缝所在位置等信息，完成路面裂缝检测任务。

2   高速公路路面裂缝养护技术

根据获取到的高速公路路面裂缝所在位置、长度、深度、形态等检测结果，制定和实施路面养护方案，即采取沥青还原剂雾封层的养护处理技术，对高速公路路面裂缝进行养护处理，避免裂缝扩大对路面使用性能与行车安全造成不利影响。

将沥青还原剂均匀涂抹在裂缝所在位置，随着沥青还原剂的不断渗入，将裂缝处的老化沥青进行还原，使沥青各个组分达到平衡，封闭公路路面的裂缝，进而恢复高速公路路面沥青的韧性与原始性能。

将辅助再生剂作为胶体的介稳体系，通过其软化膨胀作用，封闭沥青还原剂无法封闭的细小裂缝，补充路面沥青缺少的组分及损失的沥青。通过沥青还原剂雾封层与辅助再生剂的作用，全方位实现高速公路路面裂缝养护处理目标。

3   高速公路路面裂缝检测实例

3.1   工程概况

某地区R高速公路工程的实际管养里程约为28.53公里，起点桩号为G311K234+762，终点桩号为G311K284+

052，属于一级公路。根据高速公路路面裂缝的实际情况与裂缝类型对应的特征，选取此次路面裂缝检测和养护所需的设备，其规格型号及数量如表1所示。

掌握该工程概况信息后，按照上述高速公路路面裂缝检测技术和路面裂缝养护技术，对R高速公路路面裂缝进行检测，并对其检测结果进行分析，如下所述。

3.2   检测方法和检测结果分析

3.2.1   检测方法

选取R高速公路工程路面裂缝检测识别率，作为此次实验的评价指标。将本文提出的上述检测方法设置为实验组，将文献[2]、文献[5]提出的检测方法分别设置为对照组1和对照组2，利用MATLAB模拟分析软件，测定3种检测方法的检测识别率。随机在R高速公路工程中选取6个路面裂缝数量较多的待检测路段，其信息如表2所示。

3.2.2   检测结果分析

利用上述3种检测方法，对表2中6个路段的路面裂缝进行全面检测，统计出对应的检测识别率并进行对比，其结果如图4所示。

由图4可知，应用这3种检测方法，其路面裂缝检测识别率具有明显差异。其中，应用本文提出的路面裂缝检测方法检测这6个路段的路面裂缝，其检测识别率均显著高于另外2种检测方法，检测识别率均达到了98%以上。该检验结果说明，本文提出的高速公路路面裂缝检测新技术能够更加准确地检测识别出路面裂缝，具有较高检测精度、检测的可靠性和可行性，可以在高速公路路面裂缝检测施工中投入使用。

4   结束语

为了解决高速公路路面裂缝等病害问题，研究并提出了高速公路路面裂缝检测新技术，以R高速公路工程为例开展了路面裂缝的检测与养护对比，验证了该项路面裂缝检测新技术的精准性和有效性，对改善高速公路路面的使用性能和提高车辆的行车安全，具有重要的现实意义和良好的应用前景。

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