沥青路面裂缝检测

1、 目录 CONTENTS 序 言 国内外路面检测 技术研究现状 沥青路面 裂缝分类 沥青路面裂缝 检测方法与评 价指标 展 望 1. 1. 序序 言言 高速公路的发展带给人们方便的同时高速公路的发展带给人们方便的同时,也给人们提出了一个新的难也给人们提出了一个新的难 题题:公路养护与管理。日常生活中的很多原因都会给公路带来破损公路养护与管理。日常生活中的很多原因都会给公路带来破损, 破损形式多样破损形式多样,如裂缝、坑槽等如裂缝、坑槽等,这些病害给人们交通安全带来了隐这些病害给人们交通安全带来了隐 患。因此患。因此,及时并且有效的路面破损检测成为公路养护的重中之重及时并且有效的路面破损检测成为

2、公路养护的重中之重, 其中其中,路面裂缝检测就是一个关键的部分。路面裂缝检测就是一个关键的部分。 2. 2. 国国内内外沥青路面裂缝检测技术研究现状外沥青路面裂缝检测技术研究现状 近年来近年来,一些新的理论逐渐被应用于沥青路面裂缝检测中一些新的理论逐渐被应用于沥青路面裂缝检测中,如小波理论、形态如小波理论、形态 学理论、分形理论、多尺度分析等。学理论、分形理论、多尺度分析等。 1. 2009年年,法国南特大学的法国南特大学的Peggysubirats等人提出用小波变换的方法等人提出用小波变换的方法,先对二先对二 维图像进行小波分解维图像进行小波分解,对分解后各个方向的系数做相关变换对分解后各个

3、方向的系数做相关变换,再用经过变换后再用经过变换后 的系数重构图像的系数重构图像,最后做二值化处理以判断该图像是否为裂缝图像最后做二值化处理以判断该图像是否为裂缝图像 2. Xu, B. G (2010)获得了实时路面图像采集设备、系统和方法的美国专利。获得了实时路面图像采集设备、系统和方法的美国专利。 3. Wang, K. C.P等在普通车辆上建立起四相机系统，并采用激光路面成像系等在普通车辆上建立起四相机系统，并采用激光路面成像系 统对检测车进行了改进，提出了三维路表重建算法，裂缝检测精度为统对检测车进行了改进，提出了三维路表重建算法，裂缝检测精度为2mm。 1. 2003年年,南京理工

4、大学的高建贞、任明武、唐振民等提出首先对路面裂缝南京理工大学的高建贞、任明武、唐振民等提出首先对路面裂缝 图像进行灰度不均校正处理图像进行灰度不均校正处理,然后进行图像增强、分割的自动检测方法。然后进行图像增强、分割的自动检测方法。 2. 2004年年,吉林大学的施树明、初秀民等在对裂缝图像分块的基础上吉林大学的施树明、初秀民等在对裂缝图像分块的基础上,用子块用子块 灰度方差描述子块图像特征灰度方差描述子块图像特征,然后采用神经网络分类器对其进行识别然后采用神经网络分类器对其进行识别,以确定以确定 破损严重的裂缝子块破损严重的裂缝子块,再对该子块进行去噪、二值化处理。再对该子块进行去噪、二值化

5、处理。 3. 长安大学信息工程学院的韦娜、赵祥模等提出了基于形态学和局部阂值长安大学信息工程学院的韦娜、赵祥模等提出了基于形态学和局部阂值 分割的沥青路面裂缝检测算法分割的沥青路面裂缝检测算法;丁爱玲等提出了基于支撑矢量机的路面裂缝丁爱玲等提出了基于支撑矢量机的路面裂缝 识别方法识别方法,并建立了相应的支撑矢量机分类器算法。并建立了相应的支撑矢量机分类器算法。 2. 2. 国国内内外沥青路面裂缝检测技术研究现状外沥青路面裂缝检测技术研究现状 3. 3. 沥青路面裂缝的分类及破损等级沥青路面裂缝的分类及破损等级 纵向裂缝纵向裂缝 横向裂缝横向裂缝 网状裂缝网状裂缝 块状裂缝块状裂缝 裂缝类型（形

6、状）裂缝类型（形状） 纵向裂缝：与道路中线大致平行 的长直裂缝，有时伴有少量支缝。这类 裂缝通常由路基、基层沉降，或施工接 缝质量或结构承载力不足而引起。路基、 基层沉降引起的纵缝，通常断断续续， 绵延很长；施工搭接引起的纵缝，其形 态特征是长且直；而结构承载力不足引 起的纵缝多出现在路面边缘，由于路基 湿软造成承载力不足，从而导致纵缝。 图3.1 纵向裂缝 u沥青路裂缝简介 3. 3. 沥青路面裂缝的分类及破损等级沥青路面裂缝的分类及破损等级 横向裂缝：横向裂缝：与道路中 线近于垂直的裂缝，有时伴 有少量支缝。横向裂缝多由 路基、基层裂缝的反射或由 路面低温收缩造成；最初多 出现于路面两侧，

7、逐渐发展 形成贯通路幅的横缝。 图3.2 横向裂缝 3. 3. 沥青路面裂缝的分类及破损等级沥青路面裂缝的分类及破损等级 网状裂缝：网状裂缝：相互交错的裂缝将路 面分割成形似网状或龟纹状的锐角多 边形小块，块的尺寸小于50cm50cm。 网状裂缝（龟裂）是行车荷载的重复 作用而引起的疲劳裂缝，其最初形态 是一条或几条平行的纵缝，随着荷载 重复作用次数的增加，平行纵缝间出 现了横向、斜向连接缝，形成多边的、 锐角的、形似网状、龟裂状的裂缝型 式。 图3.3 龟裂 3. 3. 沥青路面裂缝的分类及破损等级沥青路面裂缝的分类及破损等级 块状裂缝：块状裂缝：块裂表现为纵向 和横向裂缝的交错而使路面分裂

8、成 近似成直角的多边形大块，块裂的 网格在形状和尺寸上都有别于龟裂。 路面裂缝呈不规则形状，块的最长 边长小于100cm。不规则裂缝主要 由面层材料的收缩和温度的周期性 变化所致。 图3.4 块状裂缝 3. 3. 沥青路面裂缝的分类及破损等级沥青路面裂缝的分类及破损等级 u破损等级划分 3. 3. 沥青路面裂缝的分类及破损等级沥青路面裂缝的分类及破损等级 4. 4. 沥青路面裂缝检测方法与评价指标沥青路面裂缝检测方法与评价指标 u人工检测人工检测 指在封闭或不封闭交通的情况下，按照规定的损坏分类和识别方 法，采用目测和简单工具丈量的方式，人工记录各种路面损坏的 类型、严重程度和数量（长度或面积

9、）。 u人工检测存在的不足人工检测存在的不足 人工检测虽能得到一些路面破损信息，但存在以下几方人工检测虽能得到一些路面破损信息，但存在以下几方 面主要问题：面主要问题： (1)(1)精确度低：精确度低：人工观测受主观因素影响较大，观测数据人工观测受主观因素影响较大，观测数据 不精确。不精确。 (2)(2)成本较高：成本较高：采用人工观测要支付很高的劳务费，并限采用人工观测要支付很高的劳务费，并限 制交通量，降低了车辆通行量，减少了收费额。制交通量，降低了车辆通行量，减少了收费额。 (3)(3)效率较低：效率较低：人工观测速度慢，耗时长。人工观测速度慢，耗时长。 (4)(4)存在安全隐患：存在安

10、全隐患：观测人员在公路上行走时要避让车辆，观测人员在公路上行走时要避让车辆， 存在一定的安全隐患存在一定的安全隐患 4. 4. 沥青路面裂缝检测方法与评价指标沥青路面裂缝检测方法与评价指标 4. 4. 沥青路面裂缝检测方法与评价指标沥青路面裂缝检测方法与评价指标 u钻芯挖验钻芯挖验 国外路面检测系统国外路面检测系统与方法与方法 u加拿大路德威加拿大路德威(Roadware)(Roadware)公司生产的公司生产的ARANARAN系统系统 ARAN系统是由一辆经过改装后的汽车底盘和各种数据采集子系统构成的套模系统是由一辆经过改装后的汽车底盘和各种数据采集子系统构成的套模 块化的数据采集平台，能在

11、高达块化的数据采集平台，能在高达80km/h的速度下同时采集路面损坏、平整度和的速度下同时采集路面损坏、平整度和 路面前方图像等数据。成像子系统能根据车速自动选取图像帧中的适当部分，路面前方图像等数据。成像子系统能根据车速自动选取图像帧中的适当部分， 而舍弃发生重叠的部分。此外，由于系统还使用了闪光灯，使系统能够适应全而舍弃发生重叠的部分。此外，由于系统还使用了闪光灯，使系统能够适应全 天候的检测工作。与天候的检测工作。与ARAN系统配套的路面裂缝自动评价系统系统配套的路面裂缝自动评价系统WiseCrax集成了集成了 先进的图像处理技术和有效的硬件加速技术，自动分析先进的图像处理技术和有效的硬

12、件加速技术，自动分析1mm精度以上的裂缝成精度以上的裂缝成 为可能，正确识别率可达为可能，正确识别率可达85%90%。用户还可根据各项不同的数值界定范围。用户还可根据各项不同的数值界定范围 的标准，在分析时定义自己的界限。的标准，在分析时定义自己的界限。 国外路面检测系统国外路面检测系统与方法与方法 (1)系统采集到的路面损坏图像数据为模拟量，存储在录像带中，只有将其数字化之 后才能被计算机处理，极大地影响了图像数据处理的效率。 (2)路面损坏图像的光照系统由功率较大的多盏碘灯或氢激光灯组成，在检测过程中 能耗高且极易损坏。 (3)同步检测技术还不成熟，摄像机采集的路面损坏图像会出现重叠或缺失

13、的现象。 uARAN系统的不足系统的不足 国外路面检测系统国外路面检测系统与方法与方法 澳洲道路运输研究所(ARRB)研制开发的Hawkeye2000快速检测 系统，Hawkeye2000系统由图像系统、数字断面系统、GPS与 DGPS系统、采集系统和数据处理系统等部分组成。该系统可 以在110km/h的车速下同时采集路面破损、平整度、车辙、路面 横纵坡等数据，同时对图像数据进行实时压缩并由工业图像采 集卡把路面图像及时存储到计算机硬盘。该系统路面破损图像 分辨率为2.5mm，检测宽度为3.2m, GPS系统具有1m范围内的 定位精度。 uHawkeye2000快速检测系统快速检测系统 国外路

14、面检测系统国外路面检测系统与方法与方法 uHawkeye2000快速检测系统的不足快速检测系统的不足 (1)依然采用多数量的常规光源照明，未改进路面照明系统。 (2)线扫描技术尚不成熟，采集到的路面破损图像质量不高。 国外路面检测系统国外路面检测系统与方法与方法 国内路面检测国内路面检测系统与方法系统与方法 uJG-1JG-1型激光三维智能检测车型激光三维智能检测车 JG-1型激光三维智能检测车是在型激光三维智能检测车是在 20042004年底由南京理工大学研制出年底由南京理工大学研制出 来的。该系统解决了国际上速度来的。该系统解决了国际上速度 低于低于25km/h不能检测的难题不能检测的难题

15、, ,检检 测速度范围可在测速度范围可在0-120km/h之间之间 变化变化, ,该系统使用连续非拼接线列该系统使用连续非拼接线列 激光断面扫面，可以无间点采集激光断面扫面，可以无间点采集 路面数据路面数据, ,能正确给出拥包、坑槽能正确给出拥包、坑槽 等破损的大小。等破损的大小。 国内路面检测系统国内路面检测系统与方法与方法 uCiCSCiCS路况快速检测系统路况快速检测系统 CiCS是国内首套具有完全自主知识产并达到世界先进技术水平的多功能路况快 速检测装备，这套装备能在正常车流速度下准确、迅速地对路面平整度、车辙、路 面纹理深度、路面损坏及前方景观图像等数据进行采集。与之配套的路面损坏识

16、别 系统CiAS (Cracking image Analysis System)针对路面破损的识别率高达90%95%， 较好地符合了公路技术状况评定标准(JTGH20-2007)的要求。 u 检测原理检测原理 路面裂缝检测原理指应用相关设备收集路面信息，并对路面 图像信息进行识别、判断的过程。如果路面产生了裂缝，则 需要用图像处理算法改善图像质量，完成路面图像信息的辨 别与存储，记录裂缝出现的具体位置，并标明路面裂缝的形 状、大小、严重程度等信息，为公路路面的养护和修理提供 信息和技术参考。 4. 4. 沥青路面裂缝检测方法与评价指标沥青路面裂缝检测方法与评价指标 u检测车调查流程图检测车调

17、查流程图 4. 4. 沥青路面裂缝检测方法与评价指标沥青路面裂缝检测方法与评价指标 4. 4. 沥青路面裂缝检测方法与评价指标沥青路面裂缝检测方法与评价指标 2 每种路面裂缝都有产生和发展的过程。处于不同阶段的裂缝，对于路面 的使用性能的影响程度是不同的。裂缝出现的早期，裂缝间尚有较高的 传荷能量，因而对行车舒适性的影响较小；发展到后期，缝隙变得很宽， 边缘处严重碎裂，车辆行驶时出现较大颠簸，裂缝间己几乎没有传荷能 力。 1 u路面破损状况评价指数（路面破损状况评价指数（PCI） 为了使各路段的损坏程度或损坏状况具有可比性，需采用一项综合 评价指标，将破损严重程度及范围、损坏类型等进行综合考虑

18、，通 常由路面破损状况评价指数(PCI)来决定。 u裂缝大小对行车的影响裂缝大小对行车的影响 u路面破损状况指数路面破损状况指数(PCI)计算公式计算公式 通过对路面损坏数据进行检测，根据路面的折合损坏面积和调查 面积可计算路面破损率（DR）和路面破损状况评价指数（PCI），以 此来评价路面的损坏状态。 式中， 0沥青路面采用15.00； 1沥青路面采用0.412。 4. 4. 沥青路面裂缝检测方法与评价指标沥青路面裂缝检测方法与评价指标 u路面破损率路面破损率(DR) 路面破损率(DR)，即换算损坏面积与调查面积之比。换算损坏面 积由路面表面各种类型的损坏通过其对路面使用性能的影响程度加权

19、累积计算得到。 式中，DR路面破损率； Ai 第i类路面损坏的面积，m2； A调查的路面面积,m2； i第i类路面损坏的权重； i考虑损坏程度（轻、中、重）的第i项路面破损类型； i0包含损坏程度（轻、中、重）的损坏类型总数。 4. 4. 沥青路面裂缝检测方法与评价指标沥青路面裂缝检测方法与评价指标 4. 4. 沥青路面裂缝检测方法与评价指标沥青路面裂缝检测方法与评价指标 u路面破损状况评价标准路面破损状况评价标准 根据路面的破损状况调查得到的路面状况指数，可将路面的质量 分为优良中次差五个等级。评定标准应符合下表。 评 价 等 级优良中次差 路面状况指数 （PCI） 8570, 8555,7

20、040,5540 路面破损状况评价标准 4. 4. 沥青路面裂缝检测方法与评价指标沥青路面裂缝检测方法与评价指标 图像的采集：裂缝深度信息很难获得 图像的处理：多尺度分析 5. 5.展望展望 u多尺度图像分析 多尺度图像分析是一种模拟人类视觉感知外界事物的过程:当一幅图像进入人 眼后,人能同时辨别出大小不一的物体,可见人脑能同时在不同的尺度下对这 幅图像进行采样与描述。所以仅仅在某一种固定的尺寸下分析图像,根本不能 表现出图像本身固有的多尺度特性,也就限制了分析结果的准确性。因此,采 用多尺度图像分析方法就是在一组连续尺度上分析路面图像,使不同尺度层上 图像之间满足某种特定的关系,以达到综合各

21、尺度层上信息的目的,提高路面 病害检测精度。 目前多尺度分析方法在图像平滑和边缘检测方面主要有高斯卷积多尺度、小 波多尺度、数学形态学多尺度等 相关新技术 u 结构光公路路面裂缝检测技术 从系统的角度来看，基于结构光的三维裂缝检测系统包括数据采集、数据处 理、定位子系统、承载车及其附属装置四个部分。其中，数据处理子系统为 检测系统的重要组成部分，直接影响着系统最终结果的准确性。数据处理部 分包含光条中心坐标提取、结构光系统标定、三维轮廓特征提取、路面裂缝 决策识别、路面裂缝类型及破损程度分析五大关键技术。 参考文献参考文献 1 1 高建贞高建贞, ,任明武任明武, ,唐振民等唐振民等. .路面

22、裂缝的自动检测与识别路面裂缝的自动检测与识别J.J. 公路公路, ,2003,29(2):149-150. 2 2 施树明施树明, ,初秀民初秀民, ,王荣本王荣本. .沥青路面破损图像测量方法研究沥青路面破损图像测量方法研究 J,J,公路交通科技公路交通科技, ,2004,21(7):12-16. 3 3 凌勇凌勇, ,汪国有汪国有. .高速公路裂缝边缘检测算法研究高速公路裂缝边缘检测算法研究Jl.Jl.计算机计算机 与数字工程与数字工程, ,2001,29(3):18一一25. 4 4 高建贞高建贞, , 任明武任明武, , 唐振民唐振民. . 路面裂缝的自动检测与识别路面裂缝的自动检测与

23、识别 J. J. 计算机工程计算机工程, , 2003, 29(2): 149-150. 5 5 李晋惠李晋惠, , 楼伟楼伟. . 基于基于 CCD CCD 的公路路面病害检测技术研究的公路路面病害检测技术研究 J. J. 西安工业大学学报西安工业大学学报, 2002, 22(2):95-99. 6啜二勇啜二勇.国外路面自动检测系统发展综述国外路面自动检测系统发展综述 7豆晓瑜豆晓瑜.基于多尺度分析的沥青路面裂缝自动检测技术研究基于多尺度分析的沥青路面裂缝自动检测技术研究 8孙晓明孙晓明.基于结构光的公路路面裂缝检测关键技术研究基于结构光的公路路面裂缝检测关键技术研究 9马常霞马常霞.基于图

24、像分析的路面裂缝检测的关键技术研究基于图像分析的路面裂缝检测的关键技术研究 10中华人民共和国行业标准中华人民共和国行业标准JTG H202007公路技术状况公路技术状况 评定标准评定标准S北京：人民交通出版社，北京：人民交通出版社，2007 11中华人民共和国行业标准中华人民共和国行业标准JTJ H102009公路养护技术公路养护技术 规范规范S北京：人民交通出版社，北京：人民交通出版社，2009 12高速公路养护质量检评方法高速公路养护质量检评方法S.北京：人民交通出版社，北京：人民交通出版社， 2002 13张争奇高速公路沥青路面维修养护技术张争奇高速公路沥青路面维修养护技术M北京：人北京：人 民交通出版社，民交通出版社，2010 网状裂缝：网状裂缝：相互交错的裂缝将路 面分割成形似网状或龟纹状的锐角多 边形小块，块的尺寸小于50cm50cm。 网状裂缝（龟裂）是行车荷载的重复 作用而引起的疲劳裂缝，其最初形态 是一条或几条平行的纵缝，随着荷载 重复作用次数的增加，平行纵缝间出 现了横向、斜向连接缝，形成多边的、 锐角的、形似网状、龟裂状的裂缝型 式。 图3.3 龟裂 3. 3. 沥青路面裂缝的分类及破损等级沥青路面裂缝的分类及破损等级 块状裂缝：块状裂缝：块裂表现为纵向 和横向裂