自动化检测技术在农村公路路面质量评估中的作用

丁辅强

（乐山市公路机械化养护中心，四川 乐山 614000）

0 引言

农村公路是连接农村与城市地区的重要纽带，在促进农村地区经济发展和社会进步方面起重要作用。然而，许多农村地区的公路面临着质量不佳、维护不足和资源有限等挑战，这些问题不仅威胁着道路使用者的安全，也对农村地区的可持续发展构成了阻碍。传统的路面质量评估通常依赖于人工检查和主观判断，这种方法存在许多问题，如不精确、费时、昂贵、受人为因素影响等。因此，需要采取更有效的方法开展农村公路路面质量评估。

1 自动化检测技术原理与应用

自动化检测技术是一种利用现代传感器、计算机和通信技术等，通过自动采集、处理与分析相关数据，实现对特定对象或过程的监测、评估与控制。其中，传感器主要用于收集与特定对象或过程相关的数据，如温度、压力和振动数据；计算机系统对这些数据进行高速处理和分析，实现实时监测数据并检测异常情况；通信技术主要用于数据传输，以供远程监测和评估。在公路领域，自动化检测技术广泛应用于道路、桥梁、隧道等基础设施状态实时监测和评估，以确保其安全性和可维护性[1]。

自动化检测技术的起源可追溯到20 世纪初。最早的应用之一是自动化工业生产线上的传感器与控制系统，用于监测和调整生产过程。随着计算机技术的发展，自动化检测技术得以不断改进和发展，应用领域也逐渐扩大。在公路领域，自动化检测相关技术逐渐成熟，能够更好地促进公路可维护性和安全性目标的实现。

自动化检测技术在公路领域的应用主要涵盖路面质量评估、交通流量监测、安全管理、设备维护等方面。路面质量评估是其中一个重要的应用领域，通过对路面的实时监测与数据分析，可以及时发现与解决路面病害问题，及时减少交通事故风险，提高道路安全性。

2 传统手工评估方法的局限性

2.1 主观性强

传统手工评估方法的局限性主要在于评估存在主观性。通常由巡检人员或工程师根据视觉、感觉和经验进行评价路面质量。然而，评估者的主观判断可能受到情绪、疲劳、环境条件等因素的影响，导致评估结果不稳定。

此外，不同的评估者可能对路面问题的识别标准存在差异，使得评估结果不一致。主观性评估的另一个缺陷是不容易量化，难以提供准确的数据支持和可比性。

2.2 时间成本高

传统手工评估方法的另一个局限性在于时间成本较高。手工评估通常需要大量的人力资源和时间，对于大范围的公路网络，手工评估需要巡查员沿道路行驶，逐一检查路面质量，不仅费时费力，还可能需要多次检查，以确保结果的准确性。时间成本的增加不仅会增加维护和管理的整体开销，还可能导致评估不及时，延误维护决策的制订。

2.3 评估结果不精确

评估者的主观判断容易受到外部条件的干扰，如光照、天气和交通情况等，可能导致评估结果不准确，无法提供准确的路面质量信息。此外，手工评估往往只能提供粗略的质量评估，难以识别路面上的细微问题，如微小裂缝或轻微凹陷等。

3 激光扫描技术原理与应用

3.1 激光扫描技术的基本原理

激光扫描技术是一种通过激光束发射和接收来获取目标物体三维信息的自动化检测技术，其基本原理是利用激光束在不同方向扫描，测量激光束从发射点到目标物体的反射时间，然后根据光速和时间差计算出距离。通过不断变化扫描角度和位置，获取目标物体的三维坐标信息[2]。

3.2 3D 激光扫描仪工作机制

在公路领域，3D 激光扫描仪通常安装在车辆上，通过激光束扫描和接收，实时获取路面高程、坡度、形状等信息。3D 激光扫描仪还可以快速生成点云数据，用于后续的图像处理与分析。

3.3 激光扫描技术在路面质量评估中的应用

激光扫描技术在路面质量评估中的应用包括路面平整度测量、裂缝和坑洞检测、路面变形监测等。通过激光扫描技术，可以实时获取路面三维数据，然后通过数据处理算法，识别和定量化路面问题，如坑洞的深度和宽度，裂缝的长度和宽度。这些数据能为维护和修复方案制订提供依据，有助于提高路面质量、延长路面使用寿命。

3.4 农村公路路况快速检测系统

农村公路路况数据采集特种设备（简称CiCS IV，广泛用于农村公路自动化快速检测及路面状况智能评价，见图1）的特点是能根据车流速度一次性、快速采集主要路况指标，包括路面破损、路面平整度、路面车辙等情况，还可以检测前方景观信息（见表1），同时利用主控软件对采集数据进行桩号校正、路况记录等。同时，该系统还具备地理坐标采集，支持GPS 和北斗双模式定位，可以集成道路几何线形。农村公路路况快速检测系统CiCS IV 满足国家标准《多功能路况快速检测设备》（GB/T 26764—2011）、交通运输部《公路技术状况评定标准》（JTG 5210—2018）、《农村公路养护技术规范》（JTG/T 5190—2019）等标准和规范的检测指标。

表1 CiCS IV 系统主要技术性能指标

图1 多功能路况快速检测系统（CiCS IV）

4 自动化检测技术对农村公路可持续性的影响

4.1 可提高农村公路的质量和安全性

4.1.1 提升路面质量

激光扫描、图像处理和GIS 等自动化检测技术能够提供全面、准确的路面信息，有助于及时发现路面问题，如裂缝、坑洞和变形，进而及时进行维护和修复，显著提升路面质量，减少交通事故风险，提高道路使用者的安全感。

4.1.2 减少维护成本

自动化检测技术高效、精确，有助于减少维护成本。通过及时发现和定量化路面问题，能够制订更具针对性维护决策，避免不必要的维修和资源浪费，有助于降低维护成本，这对资源有限的农村地区来说尤为重要。

4.2 延长农村公路使用寿命

一方面，自动化检测技术使及时发现与维护农村公路路面问题成为可能。自动化检测系统能够分辨与储存1mm 及以上的路面裂缝数据（见图2），且检测数据能长期保存。路面问题可以在早期阶段被发现，为养护维修提供基础信息，降低维修频率，节省资源和资金，同时能够有效避免问题进一步恶化，有助于延长农村公路使用寿命。

图2 路面损坏自动识别系统（CiAS）界面

另一方面，自动化检测技术支持长期监测与数据积累，能够准确记录与分析路面问题的变化趋势，便于公路管理部门制订长期维护策略，合理分配资源，保持道路的可维护性[3]。

4.3 促进农村地区可持续发展

自动化检测技术的应用可以提高农村地区的公路质量和安全性，提高公路的可靠性，有助于改善农村地区的连接性，促进农村地区与城市之间的联系，支持农村地区的发展、提高增加农村居民的生活便利性，促进农村地区的可持续发展。

5 结语

随着我国农村公路规模的不断扩大、农村经济的增长，公路出行需求持续提高，对农村公路的建、管、养护水平提出了更高的要求。自动化检测技术在农村公路路面质量评估中扮演重要角色，能够有效克服传统手工评估方法的主观性、不精确性和资源限制等问题。

通过激光扫描技术，能够创建高精度的三维地图，提供全面、详尽的路面信息；结合图像处理技术，自动化检测系统能够细致分析路面状况，包括检测裂缝、坑洞等问题；地理信息系统（GIS）的应用有助于整合和分析这些数据，为路面质量评估提供更全面的信息支持。未来，随着自动化检测技术的广泛应用，能够进一步提高农村公路的可靠性、安全性和可持续性。