自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)是公路科學(xué)養(yǎng)護(hù)發(fā)展的趨勢(shì)
2014-12-01
我國(guó)公路建設(shè)在改革開放以后，發(fā)展速度很快。從中國(guó)第一條高速公路滬嘉高速公路到2014年各省在建的高速公路，累計(jì)通車總里程長(zhǎng)度10.4萬公里，短短20年高速公路總里程長(zhǎng)度僅次居美國(guó)，成為世界第二。公路、特別是高速公路的迅速發(fā)展為我們國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活帶了巨大的變化和快捷方便。從國(guó)家總體公路網(wǎng)建設(shè)布局上來看，國(guó)家公路建設(shè)已經(jīng)完成的大部分工程，剩下的公路路網(wǎng)建設(shè)主要集中在邊遠(yuǎn)省份和西部地區(qū)。大規(guī)模的公路建設(shè)期逐步轉(zhuǎn)向公路養(yǎng)護(hù)期轉(zhuǎn)變。截止2013年全國(guó)維養(yǎng)公路總長(zhǎng)度達(dá)425萬公里。公路養(yǎng)護(hù)越來越成為公路管理部門和公路養(yǎng)護(hù)單位的重點(diǎn)工作。公路養(yǎng)護(hù)之前的道路調(diào)查和道路檢測(cè)就愈加顯現(xiàn)十分重要。道路路面信息成為公路信息化建設(shè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)養(yǎng)護(hù)管理的客觀依據(jù)。
在公路檢測(cè)中路面檢測(cè)是數(shù)據(jù)量大、檢測(cè)類別多、檢測(cè)任務(wù)繁重，數(shù)據(jù)的科學(xué)性、準(zhǔn)確性、及時(shí)性對(duì)公路的養(yǎng)護(hù)計(jì)劃和養(yǎng)護(hù)決策影響大。從公路檢測(cè)技術(shù)發(fā)展規(guī)律看，公路檢測(cè)檢測(cè)技術(shù)要經(jīng)過三個(gè)發(fā)展階段。
?。ㄒ唬┤斯z測(cè)階段：人工檢測(cè)方法是劃分路段，分配人員在道路一側(cè)行走，目測(cè)勘察并記錄路面病害檢測(cè)方法。這種方法檢測(cè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大、速度慢、危險(xiǎn)性高、數(shù)據(jù)不科學(xué)、不準(zhǔn)確。
?。ǘ┛焖贆z測(cè)階段：車載式道路快速檢測(cè)。最近十年來我國(guó)生產(chǎn)的道路快速檢測(cè)車，取代了人力的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的勞苦和危險(xiǎn)。在車轍、平整度、構(gòu)造深度、彎沉、抗滑系數(shù)等方面實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別技術(shù)。在路面破損病害方面實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)采集、人工輔助識(shí)別破損病害圖像技術(shù)。完成了從人工檢測(cè)到設(shè)備的快速檢測(cè)轉(zhuǎn)變。道路快速檢測(cè)車采用人工逐張拖框，輔助計(jì)算機(jī)識(shí)別。操作人員掌握的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、尺度不一致、責(zé)任心要求高、視覺疲勞程度高，識(shí)別時(shí)間周期長(zhǎng)。目前道路檢測(cè)集中在10-11月內(nèi)，動(dòng)則數(shù)萬公里路面信息采集，車轍平整度數(shù)據(jù)可以比較快的完成數(shù)據(jù)報(bào)告，但在破損病害數(shù)據(jù)識(shí)別形成數(shù)據(jù)報(bào)告需要3-6個(gè)月。最后只能靠人海戰(zhàn)術(shù)完成任務(wù)。道路快速檢測(cè)車也不能很好的滿足道路養(yǎng)護(hù)及時(shí)、快速、準(zhǔn)確的作業(yè)要求。人工輔助識(shí)別出的數(shù)據(jù)不能做動(dòng)態(tài)對(duì)比和分析。在大數(shù)據(jù)時(shí)代這些數(shù)據(jù)不能充分挖掘就會(huì)成為數(shù)據(jù)垃圾和數(shù)據(jù)廢氣。
?。ㄈ┳詣?dòng)化檢測(cè)階段：車載式道路自動(dòng)化檢測(cè)。隨著公路養(yǎng)護(hù)的深入發(fā)展和養(yǎng)護(hù)決策的科學(xué)化，計(jì)算機(jī)自動(dòng)化檢測(cè)識(shí)別技術(shù)是道路檢測(cè)發(fā)展的趨勢(shì)。公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)2014年征求意見稿中也明確指出，“在實(shí)施大規(guī)模公路網(wǎng)路面技術(shù)狀況檢測(cè)中，應(yīng)使用自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)。”路面破損自動(dòng)化識(shí)別屬于計(jì)算機(jī)大數(shù)據(jù)處理技術(shù)。從國(guó)內(nèi)外的發(fā)展技術(shù)來看，計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別自動(dòng)、快速、準(zhǔn)確的破損病害的位置、類型、嚴(yán)重程度、影響面積是考量道路檢測(cè)車的整體設(shè)備質(zhì)量和軟件處理的科技水平。在交通領(lǐng)域公路路面檢測(cè)領(lǐng)域是行業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)瓶頸。即便是美國(guó)、加拿大等幾家國(guó)際知名的道路檢測(cè)車生產(chǎn)廠家也沒有完全突破這項(xiàng)技術(shù)瓶頸。其技術(shù)的難度主要有以下幾點(diǎn)：
1、海量數(shù)據(jù)：自動(dòng)化識(shí)別路面病害信息屬于海量信息。每幅圖像2.6-3.75米寬，縱向2米。假設(shè)道路檢測(cè)車以80公里時(shí)速連續(xù)采集，每秒采集在11張，每公里500張，每小時(shí)采集40000張，1000公里50萬張，10000公里500萬張圖像。每幅圖像大約8MB，100公里單單向單道圖像數(shù)據(jù)可以達(dá)到400G，原始圖像壓縮（JPG格式）會(huì)引起圖像的失真、圖像不壓縮（BMP格式）數(shù)據(jù)量又非常大。如果需要保存識(shí)別結(jié)果的圖像，那么數(shù)據(jù)量翻倍。如果以BMP格式存儲(chǔ)原始圖像和識(shí)別結(jié)果圖像，1T 的硬盤最多能存100多公里圖像數(shù)據(jù)。目前各省僅就高速公路里程程度少則3000-4000公里，內(nèi)的省份發(fā)展快的有望突破5000公里，發(fā)達(dá)省份甚至達(dá)到6000公里。如果加上國(guó)道、省道等公路里程長(zhǎng)度多大幾萬、十幾萬公里。僅就重載車道上下行檢測(cè)，省內(nèi)的高速公路、及公路路面病害信息就是一個(gè)天文數(shù)據(jù)量。所以，路面病害海量圖像數(shù)據(jù)自動(dòng)化識(shí)別是道路自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)的瓶頸。
2、計(jì)算機(jī)算法技術(shù)：道路病害識(shí)別技術(shù)屬于計(jì)算機(jī)模式識(shí)別和圖像處理技術(shù)，其中算法技術(shù)是關(guān)鍵。如上所述，這樣大的海量圖像數(shù)據(jù)，如果算法技術(shù)不是世界領(lǐng)先的，那么自動(dòng)化識(shí)別的速度就會(huì)很慢。國(guó)內(nèi)外在識(shí)別一張3.7mX2m的路面圖像信息所用的時(shí)間在10秒上下甚至更長(zhǎng)時(shí)間，在實(shí)際應(yīng)用過程中圖像識(shí)別速度不佳。所以，計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別用多快的時(shí)間識(shí)別一副圖像（8MB）的路面病害信息是計(jì)算機(jī)算法技術(shù)的關(guān)鍵。
3、補(bǔ)光技術(shù)：計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別前提，需要一個(gè)穩(wěn)定的、均衡的光源下的采集圖像。在白天道路采集過程中陽光下道路路況有很多的路噪影響采集圖像的質(zhì)量，造成假性裂縫，造成誤檢識(shí)別。早晚光線變化產(chǎn)生光噪，也會(huì)造成采集圖像灰度值不均勻的情況，影響采集圖像的質(zhì)量，也會(huì)造成計(jì)算機(jī)誤檢識(shí)別。這項(xiàng)技術(shù)比快速檢測(cè)技術(shù)下為人眼識(shí)別提供的補(bǔ)光技術(shù)對(duì)光源的要求更高。例如采用橫向?qū)挾葹槿嚨缹挾冗M(jìn)行道路病害圖像采集，2M的車身寬度，補(bǔ)光燈寬度不能超過車身寬度很多。要照3.75M-4M的寬度，光源的均勻性、光源的亮度就是補(bǔ)光燈技術(shù)的瓶頸。
近年來，各省交通系統(tǒng)、高速管理系統(tǒng)相繼開展公路資產(chǎn)管理平臺(tái)和公路養(yǎng)護(hù)平臺(tái)的計(jì)算機(jī)信息化建設(shè)。計(jì)算機(jī)養(yǎng)護(hù)平臺(tái)信息化建設(shè)，涉及公路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、路面檢測(cè)數(shù)據(jù)和公路交通量數(shù)據(jù)的采集。其中路面檢測(cè)數(shù)據(jù)形成的海量數(shù)據(jù)的科學(xué)性、計(jì)量性、完整性對(duì)公路資產(chǎn)管理平臺(tái)和養(yǎng)護(hù)決策科學(xué)化有十分重要的意義。
數(shù)據(jù)采集的科學(xué)性是建立在標(biāo)準(zhǔn)上。目前，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTG H20-2007中有些病害的標(biāo)準(zhǔn)還缺少定量劃分。例如橫向、縱向裂縫中在劃分輕重程度是規(guī)定裂縫寬度在3MM以內(nèi)和大于3MM。并沒有明確在一定長(zhǎng)度下的裂縫中是最大裂縫寬度還是最小或者是平均寬度。在龜裂、塊裂裂縫中對(duì)輕重程度的規(guī)定有大部分裂縫塊度的描述，并沒有明確大部分是多大百分比，是50%還是70%可以成為大部分。這種沒有定量標(biāo)準(zhǔn)在自動(dòng)化識(shí)別時(shí)就會(huì)遇到科學(xué)計(jì)量的問題。自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)要依據(jù)于公路技術(shù)狀況評(píng)定的定量標(biāo)準(zhǔn)。公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿中也指出，公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)(JTG H20-2007)已表現(xiàn)出一定的不適應(yīng)性，自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)與現(xiàn)有的指標(biāo)體系的不完全匹配等等。
數(shù)據(jù)識(shí)別的計(jì)量性是建立在尺度上。目前，快速檢測(cè)技術(shù)人工逐張拖框、輔助計(jì)算機(jī)識(shí)別的技術(shù)，由于需要人工對(duì)病害進(jìn)行判斷，很容易造成檢測(cè)人員標(biāo)準(zhǔn)尺度掌握的不一致，電腦顯示屏幕是實(shí)際圖像的2-3%大小，在壓縮文件（JPG格式）下，在電腦顯示屏前靠人眼看到1mm細(xì)小裂縫十分困難。識(shí)別連續(xù)識(shí)別作業(yè)，會(huì)造成人眼的疲勞，造成識(shí)別煩躁。進(jìn)而產(chǎn)生看的不準(zhǔn)確，漏檢、誤判識(shí)別。同一人員重復(fù)檢測(cè)、不同人員同一圖像檢測(cè)所得到的數(shù)據(jù)仍會(huì)有差異。自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)從根本上避免了這些問題，計(jì)算機(jī)可以在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)量尺度下進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別。
數(shù)據(jù)的完整性是建立在橫向檢測(cè)寬度的基礎(chǔ)上。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTG H20-2007中規(guī)定橫向檢測(cè)寬度不得少于道路寬度的70%?？焖贆z測(cè)技術(shù)就可以在這個(gè)寬度最低下限進(jìn)行圖像采集和識(shí)別。這與橫向檢測(cè)寬度在全車道寬度3.75M，數(shù)據(jù)量少了近三分之一。在實(shí)施以路面大中修養(yǎng)護(hù)的項(xiàng)目級(jí)檢測(cè)時(shí)，路面病害信息對(duì)養(yǎng)護(hù)規(guī)劃的完整性就有很大的影響。
北京恒達(dá)錦程圖像技術(shù)有限公司經(jīng)過幾年的技術(shù)攻關(guān)，完成了道路智能檢測(cè)車的研制、生產(chǎn)和銷售。先后申請(qǐng)了全自動(dòng)路面裂縫信息采集和分析軟件發(fā)明專利和路面檢測(cè)補(bǔ)光燈發(fā)明專利等23項(xiàng)高科技技術(shù)。2012年在交通部國(guó)家道路及橋梁質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心實(shí)際路段測(cè)試。2014年在客戶使用過程中，進(jìn)行了人工現(xiàn)場(chǎng)勘查檢測(cè)與計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集自動(dòng)識(shí)別的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，路面破損狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)PCI都在90%以上。我公司獨(dú)立研發(fā)的“智能識(shí)別系統(tǒng)”是國(guó)內(nèi)外首個(gè)可以真正實(shí)現(xiàn)無人工干預(yù)的自動(dòng)化路面圖像處理軟件。該軟件可以對(duì)路面病害進(jìn)行自動(dòng)分類并保存數(shù)據(jù)結(jié)果，識(shí)別準(zhǔn)確率大于90%，并且在識(shí)別過程中，用戶可以實(shí)時(shí)看到病害結(jié)果圖和病害分布統(tǒng)計(jì)圖，是一款真正意義圖像處理和數(shù)據(jù)分析的高智能軟件。恒達(dá)錦程道路智能檢測(cè)車在上萬公里的設(shè)備運(yùn)行試驗(yàn)中以及數(shù)千公里的道路檢測(cè)和識(shí)別處理過程中，軟件運(yùn)行的質(zhì)量和設(shè)備運(yùn)行的質(zhì)量都達(dá)到了良好的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)的突破。
總之，隨著我國(guó)公路資產(chǎn)管理平臺(tái)的建立和道路養(yǎng)護(hù)科學(xué)化管理平臺(tái)的建立，公路科學(xué)養(yǎng)護(hù)工作越來越引起管理部門和行政領(lǐng)導(dǎo)人更多的重視。過去重建設(shè)輕養(yǎng)護(hù)、養(yǎng)護(hù)資金給付不足的局面也在轉(zhuǎn)變。相應(yīng)的，隨著快速檢測(cè)技術(shù)向自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)轉(zhuǎn)變，自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用也會(huì)越來越廣泛。自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)對(duì)于高速公路、國(guó)道省道長(zhǎng)距離檢測(cè)有極大的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)也可以為項(xiàng)目級(jí)檢測(cè)提供很具體位置的病害信息，提供路段病害特征、分布狀態(tài)的統(tǒng)計(jì)分析，為養(yǎng)護(hù)規(guī)劃提供客觀的數(shù)據(jù)依據(jù)。為進(jìn)一步大數(shù)據(jù)再挖掘提供了數(shù)據(jù)庫和服務(wù)器支持。對(duì)連續(xù)、動(dòng)態(tài)、歷史數(shù)據(jù)比較提供了統(tǒng)一的尺度。自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)為公路養(yǎng)護(hù)管理和科學(xué)化決策提供科學(xué)的、統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，積極推進(jìn)公路養(yǎng)護(hù)科學(xué)決策體系建設(shè)的發(fā)展，是公路科學(xué)養(yǎng)護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)。
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