中交路橋科技是從事工程檢測監(jiān)測、城市安全監(jiān)測預警與評價、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復合型高新技術集團企業(yè)。
一、高等級公路智能檢測技術及裝備
（一）高等級公路智能檢測技術研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
對高等級公路的使用性能和結構性能的評價一般從平整度、路面破損、車轍深度、抗滑性能、路面結構彎沉等幾個方面來進行。高等級公路智能檢測技術的研究也是根據(jù)這幾個路況指標的采集和分析展開的。
平整度檢測技術
平整度智能（自動化）采集技術分兩大類，一類是反應類平整度檢測技術，一類是斷面類檢測技術。高等級公路一般采用斷面類平整度檢測技術，因為此類技術檢測精度更高，且受車輛載體、車速的影響較小。
根據(jù)實現(xiàn)方法的不同，斷面類平整度檢測技術又分為基于慣性基準斷面的檢測方法 和 基于高程傳遞的檢測方法。
基于慣性基準斷面的檢測方法優(yōu)點是實現(xiàn)比較容易，精度較高，僅需一個測距傳感器，成本相對較低；缺點是在極低速（小于20km/h）和較大變速（大于3m/s2）檢測時會產(chǎn)生較大誤差。
基于高程傳遞的檢測方法優(yōu)點是不采用加速度計因而完全不受速度和變速的影響，缺點是在彎道位置測量的縱斷面不準確，而且需要采用多個激光測距設備成本較高，數(shù)據(jù)處理過程相對也比較復雜，目前僅有少量設備采用這種方法。
基于慣性斷面的平整度檢測技術未來仍然是平整度檢測的主流技術，隨著計算機數(shù)據(jù)處理技術的發(fā)展，未來的發(fā)展趨勢是研究精度更高的加速度計誤差處理算法，提高該技術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方面，未來的趨勢是不僅采用縱斷面評價宏觀的舒適性，還將利用高精度的縱斷面數(shù)據(jù)評價局部的道路變形類病害，如錯臺、橋頭跳車、坑槽等。
路面破損檢測技術
目前裂縫類路面破損檢測技術主要采用的是機器視覺檢測技術，即通過路面圖像的自動采集和路面圖片的機器識別實現(xiàn)路面破損的自動檢測。
除機器視覺檢測技術外，目前國外有研究機構正在研究采用高速三維激光掃描技術進行路面破損的自動檢測，這種技術利用高速三維掃描設備獲取高精度的路面三維數(shù)字模型，進而通過路面病害特征的提前獲得路面破損數(shù)據(jù)。
相比機器視覺技術，這種技術受光照環(huán)境及路面本身污染的影響較小，但受激光掃描速度影響，目前該技術還不能實現(xiàn)在高速情況下檢測細微裂縫的功能，且對數(shù)據(jù)存儲及處理能力要求很高，因此還未達到工程化應用的程度。
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，因為可以獲得高精度的路面表面三維數(shù)字模型，這種技術可以同時實行裂縫類病害和變形類病害的自動檢測。但這項技術要達到工程化應用的程度還需要解決諸如激光高速掃描、海量數(shù)據(jù)存儲及處理、各類病害特征提取等多個技術難題。
抗滑性能檢測技術
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 測定路面微觀構造和宏觀構造的間接法。
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造和微觀構造的綜合影響，僅僅采用宏觀構造的紋理深度指標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造的抗滑能力，因此兩者單獨作為抗滑能力的評價依據(jù)都存在不足。因此，PIARC提出了一種綜合考慮路面宏觀構造深度和摩擦系數(shù)測試值的抗滑能力評價指標IFI，但評價模型較為復雜，目前該指標的應用范圍并不廣。
路面抗滑能力的檢測技術未來的發(fā)展方向是綜合考慮路面的微觀構造和宏觀構造對抗滑能力的影響，采用同一設備同時實現(xiàn)這兩項內(nèi)容的檢測，獲取更全面的抗滑能力評價指標。
車轍檢測技術
車轍檢測主要是通過道路橫斷面的測量獲得的。從實現(xiàn)方法上，目前道路橫斷面的測量方法主要有三類：點激光橫斷面測量方法、線掃激光斷面測量方法和線結構光橫斷面測量方法。
獲得橫斷面曲線后，一般采用 模擬直尺法 或 包絡線法計算車轍深度指標 作為路面車轍的評價指標。
車轍檢測技術未來的發(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)，在車轍評價方面，采用更豐富的指標進行評價，不僅計算車轍深度，還對車轍形狀進行分析，如計算車轍寬度、兩壁坡度等指標，以更全面地評價車轍對行車安全和路面結構的影響。
彎沉檢測技術
根據(jù)測試方式的不同，彎沉檢測技術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)動力彎沉量測和脈沖動力彎沉量測（模擬實際行車荷載）。
目前無論哪種彎沉檢測技術，都存在檢測速度慢、影響交通的問題，國內(nèi)外很多研究機構都在研究高速的彎沉檢測技術，其中激光彎沉檢測技術的研究已接近應用階段，也是未來的發(fā)展方向。
（二）高等級公路智能檢測裝備研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
高等級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等多項指標的多功能路況綜合檢測設備、摩擦系數(shù)檢測設備和彎沉檢測設備三類。
國外比較有代表性的多功能路況綜合檢測設備有加拿大的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)比較有代表性的設備有公路養(yǎng)護技術國家工程研究中心開發(fā)的CiCS設備、武漢大學開發(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)檢測與路面紋理構造檢測是未來抗滑類檢測設備的發(fā)展趨勢。
典型的彎沉自動檢測設備包括落錘式彎沉儀、自動彎沉儀、穩(wěn)態(tài)動力彎沉儀，國內(nèi)外均有生產(chǎn)這些設備的廠家，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用，但高昂的價格會影響其在高等級公路的廣泛使用，開發(fā)價格適中的高速彎沉采集設備是未來的發(fā)展方向。
二、農(nóng)村公路智能檢測技術及裝備
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、加拿大等國家對于低交通量道路的檢測，其研究重點是非鋪裝道路的路況快速檢測和評價，一般僅將平整度作為非鋪裝道路的路況檢測和性能評價指標。
加拿大開發(fā)了一種叫Optigrade的應用系統(tǒng)用于未鋪裝道路的養(yǎng)護管理，該系統(tǒng)包括硬件和軟件，據(jù)稱該系統(tǒng)的應用可以降低1/3的道路升級費用。該系統(tǒng)采用單一的平整度指標作為觸發(fā)養(yǎng)護需求的指標，系統(tǒng)的硬件部分是平整度檢測設備，是用安裝于汽車前軸上的加速度計測量的，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價報告。
新西蘭后來在低等級公路的管理中引進了Optigrade系統(tǒng)，并根據(jù)新西蘭的實際情況對該系統(tǒng)進行了改進。
英國有大量的被稱為地方道路的次級公路網(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的系列研究，提出了一系列針對地方道路特點的路面檢測方法與評價指標，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，對每種病害，根據(jù)其嚴重程度和范圍，進行打分，不同病害類型根據(jù)其對路面使用性能的影響程度有不同的值域范圍。然后對所有病害打分進行累加，得到路面的缺陷分值，用100分減去這個缺陷分值即得到路況評價分值。
我國公路養(yǎng)護技術國家工程研究中心針對農(nóng)村公路的特點，于2011年首次研究開發(fā)了專門用于農(nóng)村公路養(yǎng)護管理的智能檢評一體化裝備，該設備是一款低成本，軟件和硬件高度集成的路況檢測、路況評價一體化裝備，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，檢測過程中即可同步對路面病害進行自動識別，利用配套的養(yǎng)護評價決策軟件系統(tǒng)，可根據(jù)數(shù)據(jù)處理結果進行路況評定及養(yǎng)護智能決策，提出大中修養(yǎng)護需求和養(yǎng)護項目的建議計劃，自動生成路況評定及養(yǎng)護分析報告。
未來農(nóng)村公路智能檢評技術及裝備的研究方向是解決污染路面平整度及破損的準確檢測問題。
三、路網(wǎng)陸上智能巡查技術及裝備
日常巡查裝備在國內(nèi)正在逐漸引起重視并逐步應用于日常養(yǎng)護巡查中。
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)護巡查裝備，江泰公路日常養(yǎng)護巡查車，還有一些應用于路政執(zhí)法巡查的裝備。
目前國內(nèi)的日常養(yǎng)護巡查裝備，其功能主要集中于視頻采集 和 手持設備圖像采集這兩大功能。視頻采集通常利用3G網(wǎng)絡進行傳輸，以起到巡查現(xiàn)場監(jiān)控的目的，而手持設備主要用于采集病害或者其它損壞情況，采集時必須要停車進行相關采集操作。在這些采集方式中，視頻采集無法給出拍攝地點的明確位置信息，而手持設備采集的圖像通常也只能獲取到GPS位置信息，樁號則依靠人工錄入，無法準確定位樁號位置，而病害的長度或面積估算也基本依靠人工估算輸入，不能進行自動估算。
我國公路養(yǎng)護技術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，自動化程度得到了一定程度的提高。該設備可對道路病害、路政事件、應急事件發(fā)生的位置、圖像、數(shù)量等信息進行實時采集和處理。目前該裝備只能采用人工識別系統(tǒng)對道路的表觀破損進行識別，獲取病害的詳細位置、種類、數(shù)量等信息，不能對變形類損壞如車轍、沉陷等病害進行識別。
未來區(qū)域公路網(wǎng)陸上智能巡查技術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識別技術。
四、路網(wǎng)空中智能巡查技術及裝備
國際上普遍認為無人機在公路交通領域的應用，會有很好的前景，其中一個應用重要領域就是路網(wǎng)監(jiān)測。在公路遇到冰雪霧、洪水、地震等自然災害，或遭遇突發(fā)公共事件如擁堵、危險品污染，在道路阻斷人、車無法到達的情況下，利用無人機對存在危險或受損路段進行作業(yè)，及時準確地采集相關信息，并實時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)模不大的試驗研究，未見實際應用的報道。均采用現(xiàn)有成熟技術，并未對飛行器及飛控系統(tǒng)做太多技術改進。
2008年，美國明尼蘇達大學ITS研究所利用無人機進行了路網(wǎng)交通監(jiān)測，此次嘗試基于現(xiàn)有技術，搭建無人機平臺，開發(fā)了地面工作站工具軟件，可實時分析數(shù)據(jù)，對明尼蘇達州的路網(wǎng)交通進行了檢測分析。
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驗，實驗區(qū)域位于陡峭山谷，利用無人機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。此次實驗嘗試了固定翼和直升機兩種機型，實驗結果表明直升機更適合在惡劣的環(huán)境下飛行。
法國研究機構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年開始開展一項預算為500萬美元的研究，將iFO應用于橋梁等結構物的檢測。
國內(nèi)，無人機應用于道路巡查的研究基本處于空白狀態(tài)。
未來該領域的研究方向主要集中在如下幾個方面：
1.無人駕駛飛行器智能控制技術研發(fā)，包括障礙探測及特征提取技術研究、面向環(huán)境感知的圖像信息融合技術研究、基于障礙預測的任務規(guī)劃技術研究、人機綜合顯控技術研究等；
2.無人駕駛飛行器機載信息采集及傳輸技術研發(fā)，包括圖像穩(wěn)定平臺技術、圖像壓縮存儲技術、數(shù)據(jù)采集自動控制技術、機載信息傳輸技術等；
3.多功能地面控制及應急處置指揮平臺系統(tǒng)研發(fā)，包括圖像矯正及拼接處理技術、基于圖像的高速公路損壞定位技術、基于圖像的高速公路損壞范圍及嚴重程度評估技術、基于GIS的信息集成信息展示和應急指揮綜合軟件平臺開發(fā)等。
