中交路橋科技是從事工程檢測監(jiān)測、城市安全監(jiān)測預(yù)警與評(píng)價(jià)、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
一、高等級(jí)公路智能檢測技術(shù)及裝備
（一）高等級(jí)公路智能檢測技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
對(duì)高等級(jí)公路的使用性能和結(jié)構(gòu)性能的評(píng)價(jià)一般從平整度、路面破損、車轍深度、抗滑性能、路面結(jié)構(gòu)彎沉等幾個(gè)方面來進(jìn)行。高等級(jí)公路智能檢測技術(shù)的研究也是根據(jù)這幾個(gè)路況指標(biāo)的采集和分析展開的。
平整度檢測技術(shù)
平整度智能（自動(dòng)化）采集技術(shù)分兩大類，一類是反應(yīng)類平整度檢測技術(shù)，一類是斷面類檢測技術(shù)。高等級(jí)公路一般采用斷面類平整度檢測技術(shù)，因?yàn)榇祟惣夹g(shù)檢測精度更高，且受車輛載體、車速的影響較小。
根據(jù)實(shí)現(xiàn)方法的不同，斷面類平整度檢測技術(shù)又分為基于慣性基準(zhǔn)斷面的檢測方法 和 基于高程傳遞的檢測方法。
基于慣性基準(zhǔn)斷面的檢測方法優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)比較容易，精度較高，僅需一個(gè)測距傳感器，成本相對(duì)較低；缺點(diǎn)是在極低速（小于20km/h）和較大變速（大于3m/s2）檢測時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大誤差。
基于高程傳遞的檢測方法優(yōu)點(diǎn)是不采用加速度計(jì)因而完全不受速度和變速的影響，缺點(diǎn)是在彎道位置測量的縱斷面不準(zhǔn)確，而且需要采用多個(gè)激光測距設(shè)備成本較高，數(shù)據(jù)處理過程相對(duì)也比較復(fù)雜，目前僅有少量設(shè)備采用這種方法。
基于慣性斷面的平整度檢測技術(shù)未來仍然是平整度檢測的主流技術(shù)，隨著計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展，未來的發(fā)展趨勢是研究精度更高的加速度計(jì)誤差處理算法，提高該技術(shù)在低速和變速情況下的檢測能力。在基于縱斷面的路況解析技術(shù)方面，未來的趨勢是不僅采用縱斷面評(píng)價(jià)宏觀的舒適性，還將利用高精度的縱斷面數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)局部的道路變形類病害，如錯(cuò)臺(tái)、橋頭跳車、坑槽等。
路面破損檢測技術(shù)
目前裂縫類路面破損檢測技術(shù)主要采用的是機(jī)器視覺檢測技術(shù)，即通過路面圖像的自動(dòng)采集和路面圖片的機(jī)器識(shí)別實(shí)現(xiàn)路面破損的自動(dòng)檢測。
除機(jī)器視覺檢測技術(shù)外，目前國外有研究機(jī)構(gòu)正在研究采用高速三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行路面破損的自動(dòng)檢測，這種技術(shù)利用高速三維掃描設(shè)備獲取高精度的路面三維數(shù)字模型，進(jìn)而通過路面病害特征的提前獲得路面破損數(shù)據(jù)。
相比機(jī)器視覺技術(shù)，這種技術(shù)受光照環(huán)境及路面本身污染的影響較小，但受激光掃描速度影響，目前該技術(shù)還不能實(shí)現(xiàn)在高速情況下檢測細(xì)微裂縫的功能，且對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理能力要求很高，因此還未達(dá)到工程化應(yīng)用的程度。
路面破損智能檢測未來的發(fā)展方向是三維激光掃描技術(shù)，因?yàn)榭梢垣@得高精度的路面表面三維數(shù)字模型，這種技術(shù)可以同時(shí)實(shí)行裂縫類病害和變形類病害的自動(dòng)檢測。但這項(xiàng)技術(shù)要達(dá)到工程化應(yīng)用的程度還需要解決諸如激光高速掃描、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理、各類病害特征提取等多個(gè)技術(shù)難題。
抗滑性能檢測技術(shù)
目前世界各國已經(jīng)形成了多種路面抗滑性能的測試方法，根據(jù)測試方式可以分為測定摩擦系數(shù)等參數(shù)的直接法 和 測定路面微觀構(gòu)造和宏觀構(gòu)造的間接法。
國際通用的摩擦系數(shù)測試系統(tǒng)主要有兩類：一類是測定橫向力摩擦系數(shù)，以英國的SCRIM為代表，廣泛應(yīng)用于歐洲國家；另一類是測定縱向摩擦系數(shù)，北美、歐洲和日本等國也經(jīng)常采用。
由于路面的抗滑能力受宏觀構(gòu)造和微觀構(gòu)造的綜合影響，僅僅采用宏觀構(gòu)造的紋理深度指標(biāo)不能完全反映路面的抗滑能力，而摩擦系數(shù)測試值主要反映的是微觀構(gòu)造的抗滑能力，因此兩者單獨(dú)作為抗滑能力的評(píng)價(jià)依據(jù)都存在不足。因此，PIARC提出了一種綜合考慮路面宏觀構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)測試值的抗滑能力評(píng)價(jià)指標(biāo)IFI，但評(píng)價(jià)模型較為復(fù)雜，目前該指標(biāo)的應(yīng)用范圍并不廣。
路面抗滑能力的檢測技術(shù)未來的發(fā)展方向是綜合考慮路面的微觀構(gòu)造和宏觀構(gòu)造對(duì)抗滑能力的影響，采用同一設(shè)備同時(shí)實(shí)現(xiàn)這兩項(xiàng)內(nèi)容的檢測，獲取更全面的抗滑能力評(píng)價(jià)指標(biāo)。
車轍檢測技術(shù)
車轍檢測主要是通過道路橫斷面的測量獲得的。從實(shí)現(xiàn)方法上，目前道路橫斷面的測量方法主要有三類：點(diǎn)激光橫斷面測量方法、線掃激光斷面測量方法和線結(jié)構(gòu)光橫斷面測量方法。
獲得橫斷面曲線后，一般采用 模擬直尺法 或 包絡(luò)線法計(jì)算車轍深度指標(biāo) 作為路面車轍的評(píng)價(jià)指標(biāo)。
車轍檢測技術(shù)未來的發(fā)展趨勢是采用縱向采樣精度更高的線掃激光裝置，獲取高精度的近似連續(xù)的橫斷面數(shù)據(jù)，在車轍評(píng)價(jià)方面，采用更豐富的指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，不僅計(jì)算車轍深度，還對(duì)車轍形狀進(jìn)行分析，如計(jì)算車轍寬度、兩壁坡度等指標(biāo)，以更全面地評(píng)價(jià)車轍對(duì)行車安全和路面結(jié)構(gòu)的影響。
彎沉檢測技術(shù)
根據(jù)測試方式的不同，彎沉檢測技術(shù)可分為固定采樣和行駛采樣兩類，按照檢測裝置的施荷特性可以分為3類：靜態(tài)彎沉量測、穩(wěn)態(tài)動(dòng)力彎沉量測和脈沖動(dòng)力彎沉量測（模擬實(shí)際行車荷載）。
目前無論哪種彎沉檢測技術(shù)，都存在檢測速度慢、影響交通的問題，國內(nèi)外很多研究機(jī)構(gòu)都在研究高速的彎沉檢測技術(shù)，其中激光彎沉檢測技術(shù)的研究已接近應(yīng)用階段，也是未來的發(fā)展方向。
（二）高等級(jí)公路智能檢測裝備研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
高等級(jí)公路智能檢測裝備包括集成路面平整度、車轍、路面破損、紋理深度、前方景觀、GPS等多項(xiàng)指標(biāo)的多功能路況綜合檢測設(shè)備、摩擦系數(shù)檢測設(shè)備和彎沉檢測設(shè)備三類。
國外比較有代表性的多功能路況綜合檢測設(shè)備有加拿大的ARAN系統(tǒng)，英國的HARRIS、RAV系統(tǒng)，澳大利亞的NSV系統(tǒng)，瑞典的PAVUE系統(tǒng)等。國內(nèi)比較有代表性的設(shè)備有公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)國家工程研究中心開發(fā)的CiCS設(shè)備、武漢大學(xué)開發(fā)的智能道路檢測車、北京星通聯(lián)華科技有限公司開發(fā)的多功能道路綜合檢測車等。
摩擦系數(shù)檢測設(shè)備主要有英國研制的SCRIM橫向力系數(shù)檢測系統(tǒng)、GripTester縱向摩擦系數(shù)測試儀，丹麥Dynatest公司研制開發(fā)了多種縱向摩擦系數(shù)測試設(shè)備，以及瑞典開發(fā)的SAAB 9000型內(nèi)置式和T-10拖車式摩擦系數(shù)測試車。
集成摩擦系數(shù)檢測與路面紋理構(gòu)造檢測是未來抗滑類檢測設(shè)備的發(fā)展趨勢。
典型的彎沉自動(dòng)檢測設(shè)備包括落錘式彎沉儀、自動(dòng)彎沉儀、穩(wěn)態(tài)動(dòng)力彎沉儀，國內(nèi)外均有生產(chǎn)這些設(shè)備的廠家，性能上也沒有太大差異。3目前激光彎沉儀也開始步入工程化應(yīng)用，但高昂的價(jià)格會(huì)影響其在高等級(jí)公路的廣泛使用，開發(fā)價(jià)格適中的高速彎沉采集設(shè)備是未來的發(fā)展方向。
二、農(nóng)村公路智能檢測技術(shù)及裝備
國外一般把與我國農(nóng)村公路功能相似的道路稱為小交通量道路（LVR：Low Volume Roads）或地方道路美國、加拿大等國家對(duì)于低交通量道路的檢測，其研究重點(diǎn)是非鋪裝道路的路況快速檢測和評(píng)價(jià)，一般僅將平整度作為非鋪裝道路的路況檢測和性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。
加拿大開發(fā)了一種叫Optigrade的應(yīng)用系統(tǒng)用于未鋪裝道路的養(yǎng)護(hù)管理，該系統(tǒng)包括硬件和軟件，據(jù)稱該系統(tǒng)的應(yīng)用可以降低1/3的道路升級(jí)費(fèi)用。該系統(tǒng)采用單一的平整度指標(biāo)作為觸發(fā)養(yǎng)護(hù)需求的指標(biāo)，系統(tǒng)的硬件部分是平整度檢測設(shè)備，是用安裝于汽車前軸上的加速度計(jì)測量的，但他們的研究表明這種檢測方法受車輛的懸掛和行駛速度影響。系統(tǒng)的軟件部分可以生成地圖和路況評(píng)價(jià)報(bào)告。
新西蘭后來在低等級(jí)公路的管理中引進(jìn)了Optigrade系統(tǒng)，并根據(jù)新西蘭的實(shí)際情況對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)。
英國有大量的被稱為地方道路的次級(jí)公路網(wǎng)，與與我國農(nóng)村公路類似。這些道路雖然都是鋪裝道路，但路面較窄，路面上存在大量非裂縫類損壞以及路面邊緣損壞。為此，TRL開展了地方道路路況快速檢測技術(shù)的系列研究，提出了一系列針對(duì)地方道路特點(diǎn)的路面檢測方法與評(píng)價(jià)指標(biāo)，如跳車指數(shù)、橫向不平整度、邊緣不平整度、三線紋理等。
美國瀝青研究所提出了一種簡單的用于農(nóng)村公路瀝青路面狀況評(píng)估的方法，將瀝青路面的病害分為縱裂、橫裂、龜裂等10多種病害類型，對(duì)每種病害，根據(jù)其嚴(yán)重程度和范圍，進(jìn)行打分，不同病害類型根據(jù)其對(duì)路面使用性能的影響程度有不同的值域范圍。然后對(duì)所有病害打分進(jìn)行累加，得到路面的缺陷分值，用100分減去這個(gè)缺陷分值即得到路況評(píng)價(jià)分值。
我國公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)國家工程研究中心針對(duì)農(nóng)村公路的特點(diǎn)，于2011年首次研究開發(fā)了專門用于農(nóng)村公路養(yǎng)護(hù)管理的智能檢評(píng)一體化裝備，該設(shè)備是一款低成本，軟件和硬件高度集成的路況檢測、路況評(píng)價(jià)一體化裝備，可檢測包括路面損壞、平整度、前方景觀和GPS信息等檢測指標(biāo)，檢測過程中即可同步對(duì)路面病害進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，利用配套的養(yǎng)護(hù)評(píng)價(jià)決策軟件系統(tǒng)，可根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行路況評(píng)定及養(yǎng)護(hù)智能決策，提出大中修養(yǎng)護(hù)需求和養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目的建議計(jì)劃，自動(dòng)生成路況評(píng)定及養(yǎng)護(hù)分析報(bào)告。
未來農(nóng)村公路智能檢評(píng)技術(shù)及裝備的研究方向是解決污染路面平整度及破損的準(zhǔn)確檢測問題。
三、路網(wǎng)陸上智能巡查技術(shù)及裝備
日常巡查裝備在國內(nèi)正在逐漸引起重視并逐步應(yīng)用于日常養(yǎng)護(hù)巡查中。
近年來，也不斷涌現(xiàn)出各種巡查裝備，例如北京瑞通科技股份有限公司的日常養(yǎng)護(hù)巡查裝備，江泰公路日常養(yǎng)護(hù)巡查車，還有一些應(yīng)用于路政執(zhí)法巡查的裝備。
目前國內(nèi)的日常養(yǎng)護(hù)巡查裝備，其功能主要集中于視頻采集 和 手持設(shè)備圖像采集這兩大功能。視頻采集通常利用3G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，以起到巡查現(xiàn)場監(jiān)控的目的，而手持設(shè)備主要用于采集病害或者其它損壞情況，采集時(shí)必須要停車進(jìn)行相關(guān)采集操作。在這些采集方式中，視頻采集無法給出拍攝地點(diǎn)的明確位置信息，而手持設(shè)備采集的圖像通常也只能獲取到GPS位置信息，樁號(hào)則依靠人工錄入，無法準(zhǔn)確定位樁號(hào)位置，而病害的長度或面積估算也基本依靠人工估算輸入，不能進(jìn)行自動(dòng)估算。
我國公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)國家工程研究中心開發(fā)的多功能路況巡查系統(tǒng)屬于新一代路況巡查裝備，與前述巡查裝備相比，自動(dòng)化程度得到了一定程度的提高。該設(shè)備可對(duì)道路病害、路政事件、應(yīng)急事件發(fā)生的位置、圖像、數(shù)量等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和處理。目前該裝備只能采用人工識(shí)別系統(tǒng)對(duì)道路的表觀破損進(jìn)行識(shí)別，獲取病害的詳細(xì)位置、種類、數(shù)量等信息，不能對(duì)變形類損壞如車轍、沉陷等病害進(jìn)行識(shí)別。
未來區(qū)域公路網(wǎng)陸上智能巡查技術(shù)及裝備的研究方向是（1）低成本的距離定位系統(tǒng)及圖像采集系統(tǒng)研發(fā)；（2）基于前方圖像（路面圖像）的包括裂縫、坑槽、沉陷在內(nèi)的路面明顯病害的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。
四、路網(wǎng)空中智能巡查技術(shù)及裝備
國際上普遍認(rèn)為無人機(jī)在公路交通領(lǐng)域的應(yīng)用，會(huì)有很好的前景，其中一個(gè)應(yīng)用重要領(lǐng)域就是路網(wǎng)監(jiān)測。在公路遇到冰雪霧、洪水、地震等自然災(zāi)害，或遭遇突發(fā)公共事件如擁堵、危險(xiǎn)品污染，在道路阻斷人、車無法到達(dá)的情況下，利用無人機(jī)對(duì)存在危險(xiǎn)或受損路段進(jìn)行作業(yè)，及時(shí)準(zhǔn)確地采集相關(guān)信息，并實(shí)時(shí)回傳至路面控制系統(tǒng)，以利于公路管理部門了解公路損壞的性質(zhì)、范圍、程度，高效地開展應(yīng)急處置工作。
國外美國WDOT、Ohio DOT、MDOT等州在近幾年開展了一些規(guī)模不大的試驗(yàn)研究，未見實(shí)際應(yīng)用的報(bào)道。均采用現(xiàn)有成熟技術(shù)，并未對(duì)飛行器及飛控系統(tǒng)做太多技術(shù)改進(jìn)。
2008年，美國明尼蘇達(dá)大學(xué)ITS研究所利用無人機(jī)進(jìn)行了路網(wǎng)交通監(jiān)測，此次嘗試基于現(xiàn)有技術(shù)，搭建無人機(jī)平臺(tái)，開發(fā)了地面工作站工具軟件，可實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)，對(duì)明尼蘇達(dá)州的路網(wǎng)交通進(jìn)行了檢測分析。
2009年，美國華盛頓州交通研究中心做了山區(qū)道路邊坡的雪崩控制實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)區(qū)域位于陡峭山谷，利用無人機(jī)巡查被雪覆蓋的公路道路，觀測雪地地形及交通，為清雪提供了可靠信息。此次實(shí)驗(yàn)嘗試了固定翼和直升機(jī)兩種機(jī)型，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明直升機(jī)更適合在惡劣的環(huán)境下飛行。
法國研究機(jī)構(gòu)LCPC曾經(jīng)研究用于大型橋梁檢測的iFO，采用基于視覺伺服控制方法實(shí)現(xiàn)狹小空間內(nèi)的自主飛行和避障功能。美國CyPhy Works公司自2009年開始開展一項(xiàng)預(yù)算為500萬美元的研究，將iFO應(yīng)用于橋梁等結(jié)構(gòu)物的檢測。
國內(nèi)，無人機(jī)應(yīng)用于道路巡查的研究基本處于空白狀態(tài)。
未來該領(lǐng)域的研究方向主要集中在如下幾個(gè)方面：
1.無人駕駛飛行器智能控制技術(shù)研發(fā)，包括障礙探測及特征提取技術(shù)研究、面向環(huán)境感知的圖像信息融合技術(shù)研究、基于障礙預(yù)測的任務(wù)規(guī)劃技術(shù)研究、人機(jī)綜合顯控技術(shù)研究等；
2.無人駕駛飛行器機(jī)載信息采集及傳輸技術(shù)研發(fā)，包括圖像穩(wěn)定平臺(tái)技術(shù)、圖像壓縮存儲(chǔ)技術(shù)、數(shù)據(jù)采集自動(dòng)控制技術(shù)、機(jī)載信息傳輸技術(shù)等；
3.多功能地面控制及應(yīng)急處置指揮平臺(tái)系統(tǒng)研發(fā)，包括圖像矯正及拼接處理技術(shù)、基于圖像的高速公路損壞定位技術(shù)、基于圖像的高速公路損壞范圍及嚴(yán)重程度評(píng)估技術(shù)、基于GIS的信息集成信息展示和應(yīng)急指揮綜合軟件平臺(tái)開發(fā)等。
