隨著路面檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，基于數(shù)字全息技術(shù)的路面全指標(biāo)三維檢測(cè)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“數(shù)字全息檢測(cè)系統(tǒng)”）有效解決了瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)檢測(cè)的現(xiàn)存難題。該系統(tǒng)共設(shè)計(jì)了車轍病害處治輔助設(shè)計(jì)模塊、平整度恢復(fù)輔助設(shè)計(jì)模塊、構(gòu)造深度和磨耗情況查看模塊等六大功能模塊，助力瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)更加精細(xì)化。

許特顯 攝

什么是數(shù)字全息檢測(cè)系統(tǒng)

Truelion?數(shù)字全息三維路面采集車模型

數(shù)字全息檢測(cè)系統(tǒng)是基于數(shù)字全息技術(shù)的路面全指標(biāo)三維檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以搭載在任意車型上，與車輛組裝成車載路面檢測(cè)系統(tǒng)，在車輛正常行駛（時(shí)速不大于100公里）的狀態(tài)下，可快速完成路面全息三維掃描，并利用所采集數(shù)據(jù)建設(shè)路面三維數(shù)據(jù)模型。從路面三維數(shù)據(jù)模型中，可以提取任意一個(gè)斷面的路面數(shù)據(jù)信息，用于計(jì)算路面技術(shù)狀況指標(biāo)，包括路面損壞狀況、平整度、車轍、跳車、磨耗、橫縱坡等信息。

不同于傳統(tǒng)的路面自動(dòng)化檢測(cè)手段，數(shù)字全息檢測(cè)系統(tǒng)僅由一臺(tái)集成化的數(shù)字全息檢測(cè)設(shè)備構(gòu)成。該設(shè)備可以把路面的各項(xiàng)指標(biāo)作為路面整體數(shù)據(jù)的一部分進(jìn)行提取和解析，而不是獨(dú)立采集處理每項(xiàng)指標(biāo)。同時(shí)，該設(shè)備具有輕量化、小型化的優(yōu)點(diǎn)，而且硬件成本經(jīng)濟(jì)，組裝便捷，易于操作。

全息路面狀況指標(biāo)數(shù)據(jù)

“全息”顧名思義就是全信息，數(shù)字全息檢測(cè)系統(tǒng)是采用數(shù)字全息技術(shù)快速采集連續(xù)不間斷的路面三維信息并建設(shè)數(shù)據(jù)模型。在此基礎(chǔ)上，通過Truelion?數(shù)字全息三維數(shù)據(jù)分析軟件，獲得“全橫斷面”三維車轍、“全縱斷面”平整度、“全面域”構(gòu)造深度、全類型破損病害（裂縫、修補(bǔ)和變形類等）、橫坡和縱坡數(shù)據(jù)等路面全息數(shù)據(jù)。

數(shù)字全息技術(shù)

數(shù)字全息技術(shù)是用光電傳感器記錄全信息圖像。主要原理是采用小波變換方法、菲涅耳變換方法、卷積方法和傅立葉變換方法、全息系統(tǒng)三維物場(chǎng)再現(xiàn)等算法和理論，解構(gòu)數(shù)字全息圖，并獲得三維物場(chǎng)的再現(xiàn)像，此后用計(jì)算機(jī)模擬光學(xué)衍射過程，最終實(shí)現(xiàn)被記錄物體的全息再現(xiàn)和處理。

從全息數(shù)據(jù)中，養(yǎng)護(hù)工作人員可以提取路面任意斷面、任意位置的指標(biāo)信息。這些數(shù)據(jù)不僅可以用于路面宏觀狀況分析，而且可以為養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)和養(yǎng)護(hù)施工提供精細(xì)化的數(shù)據(jù)支撐，數(shù)據(jù)精度可達(dá)到亞毫米級(jí)別。

全息路面地圖

全息路面三維數(shù)據(jù)與高精地圖路線信息、BIM三維場(chǎng)景信息融合，形成了一個(gè)完整的三維路面可視化系統(tǒng)。該系統(tǒng)可更直觀地呈現(xiàn)公路路面整體、局部及細(xì)節(jié)信息，幫助公路養(yǎng)護(hù)人員從三維視角全面掌控路面病害狀況。相關(guān)單位也可在線實(shí)時(shí)管理路段的路況指標(biāo)，減少養(yǎng)護(hù)人員的現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)風(fēng)險(xiǎn)。

全息指標(biāo)數(shù)據(jù)共享

使用數(shù)字全息檢測(cè)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)可以被處理成任何格式，導(dǎo)入各單位現(xiàn)有的公路養(yǎng)護(hù)管理平臺(tái)，并根據(jù)公路養(yǎng)護(hù)管理平臺(tái)檢測(cè)指標(biāo)的分類（指標(biāo)模塊和輔助設(shè)計(jì)模塊），將數(shù)據(jù)分別導(dǎo)入不同模塊，比如病害智能識(shí)別模塊、病害養(yǎng)護(hù)輔助設(shè)計(jì)模塊；平整度指標(biāo)模塊、平整度輔助設(shè)計(jì)模塊；車轍指標(biāo)模塊、車轍輔助設(shè)計(jì)模塊等適用于路面檢測(cè)和養(yǎng)護(hù)輔助設(shè)計(jì)的多功能模塊。

Truelion?全息路面狀況指標(biāo)數(shù)據(jù)

Truelion?三維路面地圖和GIS系統(tǒng)結(jié)合

Truelion?三維路面數(shù)據(jù)地圖

Truelion?三維路面地圖和BIM結(jié)合，上圖為BIM場(chǎng)景，下圖為對(duì)應(yīng)的BIM場(chǎng)景中兩個(gè)車道單獨(dú)的三維路面信息。

六大功能助力瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)

數(shù)字全息檢測(cè)系統(tǒng)共設(shè)計(jì)了8個(gè)模塊，即采集模塊、破損模塊、平整度模塊、車轍模塊、構(gòu)造深度模塊、路面跳車模塊、路面磨耗模塊、橫縱坡模塊(可選)。從這8個(gè)模塊中，延伸出了車轍病害處治輔助設(shè)計(jì)、平整度恢復(fù)輔助設(shè)計(jì)等六大功能，助力瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)更加精細(xì)化。

車轍病害處治輔助設(shè)計(jì)功能。該功能可提供路面任意位置的橫斷面信息，用于車轍病害的精準(zhǔn)量測(cè)、車轍處治方案模擬，并可根據(jù)養(yǎng)護(hù)方案計(jì)算車轍修復(fù)的材料用量和成本預(yù)算，還可提供模擬施工后的效果圖、車轍指標(biāo)等。

平整度恢復(fù)輔助設(shè)計(jì)功能。該功能可提供路面任意位置的相對(duì)縱斷面高程，用于平整度指標(biāo)精準(zhǔn)計(jì)算，并輔助分析導(dǎo)致路面平整度較差的原因，還可提供不同的平整度恢復(fù)施工方案仿真模擬，模擬施工后的效果圖和施工后的平整度指標(biāo)情況等。

路面破損智能識(shí)別系統(tǒng)。該系統(tǒng)是建立在多維度數(shù)據(jù)集基礎(chǔ)之上的人工智能識(shí)別系統(tǒng)。在傳統(tǒng)二維病害數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，三維的病害數(shù)據(jù)增加了二維數(shù)據(jù)所無法反映出的多種變形類病害，比如路面坑槽、擁包、沉陷等，進(jìn)一步提高路面病害自動(dòng)識(shí)別的準(zhǔn)確率，達(dá)到養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)的需求。

表1 數(shù)字全息檢測(cè)系統(tǒng)的8個(gè)模塊

Truelion?三維路面車轍病害處治輔助設(shè)計(jì)

Truelion?三維路面車轍病害處治輔助設(shè)計(jì)效果圖，上圖為三維路面車轍；中圖為模擬銑刨后的路面效果；下圖為病害處治薄層罩面模擬效果。

Truelion?三維路面平整度異常原因分析

Truelion?三維路面平整度恢復(fù)-銑刨輔助設(shè)計(jì)

構(gòu)造深度和磨耗情況查看功能。該功能可提供路面任意位置的構(gòu)造深度模擬效果，并可選擇人工鋪砂法或電動(dòng)輪鋪砂法等數(shù)據(jù)模型模擬計(jì)算路面構(gòu)造深度。此外，還可根據(jù)路面構(gòu)造深度分布情況，查看分析路段表觀的均勻性、磨耗狀況等信息。例如，在一塊0.1平方米的正方形區(qū)域（無病害）路面實(shí)施檢測(cè)，并運(yùn)用人工鋪砂法模型分析三維檢測(cè)結(jié)果，在路面三維模型中依照模擬鋪砂法計(jì)算構(gòu)造深度，其構(gòu)造深度為0.8318毫米，可直觀地看到路面構(gòu)造情況。

路面橫縱坡輔助設(shè)計(jì)功能。路面橫縱坡數(shù)據(jù)為養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)中非常重要的指標(biāo)，也是目前使用道路自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備難于獲取的指標(biāo)。全車道橫坡信息不同于單車道的橫斷面信息，單車道的橫斷面指標(biāo)只反映了單一車道橫斷面的相對(duì)高程信息。一條完整的公路一般由兩條以上的車道構(gòu)成，而路面的橫坡信息要求測(cè)量的是全車道路面橫向絕對(duì)高程信息。該功能可以提供全車道的路面三維數(shù)據(jù)，基于全車道信息，可測(cè)量任意位置的橫坡數(shù)值，用于養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)中橫坡排水順暢性檢驗(yàn)。此外，該模塊還可提供指定路段任意位置的縱坡線狀分布信息，并以此反映路面的絕對(duì)高程分布情況，以及路面跳車狀況，用于養(yǎng)護(hù)工程中路面局部碎縱坡優(yōu)化調(diào)整的拉坡輔助設(shè)計(jì)。

路面病害發(fā)展趨勢(shì)監(jiān)測(cè)功能。該功能是在三維路面病害地圖數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合歷史檢測(cè)數(shù)據(jù)、歷史路況資料、歷史養(yǎng)護(hù)方案、氣候環(huán)境數(shù)據(jù)和交通荷載數(shù)據(jù)等進(jìn)行多源信息融合分析，建立科學(xué)的路面數(shù)據(jù)分析模型，預(yù)測(cè)路面病害的發(fā)展規(guī)律，為路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案決策和資金分配提供技術(shù)支撐。

三維破損病害坑槽和裂縫

三維車轍病害

三維路面裂縫、坑槽數(shù)據(jù)集

Truelion?三維路面構(gòu)造深度輔助設(shè)計(jì)

Truelion?三維路面橫縱坡模型，上圖為某120米路段的三維高程分布圖；中圖為此路段的某橫斷面的橫坡分布線；下圖為此路段的縱坡分布情況。

Truelion?長(zhǎng)期病害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)一段路得出的病害發(fā)育圖，車轍病害情況逐漸變差，并衍生出裂縫等伴隨病害。

應(yīng)用過程中的三大優(yōu)勢(shì)

成本優(yōu)勢(shì)

瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)科學(xué)決策的前提條件是，準(zhǔn)確地檢測(cè)與評(píng)估路面使用性能狀況。隨著檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，以人工或半自動(dòng)等低效率方式檢測(cè)評(píng)估路面性能的模式已逐漸被淘汰，自動(dòng)化、快速化檢測(cè)方法與設(shè)備應(yīng)用越來越廣泛。然而，現(xiàn)有自動(dòng)化檢測(cè)手段的特點(diǎn)是檢測(cè)每一項(xiàng)路面性能指標(biāo)都需要不同的檢測(cè)裝備，即便是多功能的道路檢測(cè)車也是將多套分立的檢測(cè)裝備集成在一輛車上。由于集成設(shè)備較多，多功能道路檢測(cè)裝備的成本一直居高不下，若全部采用進(jìn)口技術(shù)和裝備，價(jià)格更是令人望而卻步。此外，從產(chǎn)品的可靠性角度出發(fā)，集成器件越多，設(shè)備整體的可靠性就會(huì)越低，元器件出現(xiàn)故障的概率也將增加，這也在無形中增加了維修成本。

而數(shù)字全息檢測(cè)系統(tǒng)是基于數(shù)字全息技術(shù)采用一整套設(shè)備整體掃描路面，完成數(shù)據(jù)采集，并建立路面的三維數(shù)據(jù)模型，進(jìn)而從三維路面模型中提取養(yǎng)護(hù)工作中所需要的路面平整度、車轍、破損狀況、抗滑構(gòu)造深度、跳車指數(shù)、縱橫坡度等各項(xiàng)指標(biāo)，提高了數(shù)據(jù)采集的精度和維度，其硬件成本經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)極為突出。

道路數(shù)字全息三維檢測(cè)車

此外，數(shù)字全息檢測(cè)系統(tǒng)還可用于路面使用狀況評(píng)估，對(duì)接現(xiàn)有路面養(yǎng)護(hù)管理決策系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)

相比現(xiàn)有的道路多功能檢測(cè)技術(shù)，數(shù)字全息技術(shù)具有明顯的數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)，不僅可提取用于路面宏觀狀況評(píng)價(jià)的指標(biāo)信息，還可提取用于量測(cè)路面任意位置的三維信息。在預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工作中，數(shù)字全息檢測(cè)技術(shù)的數(shù)據(jù)幾乎涵蓋了工作中所需要的全部信息，可為路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)提供全面、精細(xì)化的數(shù)據(jù)支撐。

更為重要的是，路面的三維模型重現(xiàn)了路面的三維場(chǎng)景，養(yǎng)護(hù)工作人員可以從路面真實(shí)的三維場(chǎng)景中提取路況指標(biāo)信息、診斷病害問題和追溯病害成因。例如廣東某高速公路在路面養(yǎng)護(hù)前獲取平整度指標(biāo)分布情況，在全息路面三維圖中，養(yǎng)護(hù)工作人員分別選取了路面五個(gè)位置的縱斷面高程數(shù)據(jù)分布信息，分別為車道中線、車道兩側(cè)邊緣和左、右車輪跡帶處。從圖中可以看出，每個(gè)縱斷面位置的平整度數(shù)值并不完全一致，而且在這段路有明顯的平整度異常，從對(duì)應(yīng)路面的全息三維數(shù)據(jù)可以分析判斷出，異常部位是由車輪跡帶部位的車轍加坑槽等多重病害引起。而這處異常的平整度數(shù)值對(duì)整段路的平整度水平起到了決定作用，導(dǎo)致整段路平整度指數(shù)不合格。

此圖是一張3.75米×1米的車道數(shù)字全息三維路面數(shù)據(jù)展示圖，幾乎包含了路面表面的所有信息，比如平整度指標(biāo)、車轍指標(biāo)、三維的破損病害、構(gòu)造深度、跳車指標(biāo)，以及縱坡和橫坡指標(biāo)等信息。

廣東某高速公路三維路面多縱斷面數(shù)據(jù)信息展示圖

此外，基于道路數(shù)字全息數(shù)據(jù)分析得出的指標(biāo)，不僅包含了現(xiàn)行公路路面技術(shù)狀況評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中所要求的幾項(xiàng)指標(biāo)，還可以從中分析更為詳細(xì)的精細(xì)化指標(biāo)，例如構(gòu)造深度。路面構(gòu)造深度是現(xiàn)有自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)裝備無法精確提供的一項(xiàng)指標(biāo)，但在全息數(shù)據(jù)中可以提煉出路面任意樁號(hào)位置、任意面積范圍的構(gòu)造深度數(shù)據(jù)，進(jìn)而分析路面的磨耗情況和路面抗滑性能。

輔助設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)

對(duì)路面養(yǎng)護(hù)工作人員來說，不僅需要從數(shù)據(jù)源中及時(shí)發(fā)現(xiàn)病害、診斷病害、追溯病害，還需要依據(jù)數(shù)據(jù)指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)工程的輔助設(shè)計(jì)，例如輔助設(shè)計(jì)的仿真模擬。在全息數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，可以模擬養(yǎng)護(hù)工程的方案、施工前后效果，以及計(jì)算實(shí)施養(yǎng)護(hù)工程后的路面狀況指標(biāo)。

基于數(shù)字全息三維數(shù)據(jù)的構(gòu)造深度模型

基于數(shù)字全息三維數(shù)據(jù)銑刨某段路后的養(yǎng)護(hù)工程效果圖

此外，瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工程大多采用薄（超?。诱置媸┕?，但當(dāng)路面存在車轍變形、不平整或縱橫坡度不平順等現(xiàn)象時(shí)，養(yǎng)護(hù)工作人員很難精確地計(jì)算出養(yǎng)護(hù)罩面所需的工程數(shù)量，往往造成薄層罩面實(shí)際工程量與設(shè)計(jì)工程量出現(xiàn)較大的偏差，給養(yǎng)護(hù)施工單位投標(biāo)帶來潛在風(fēng)險(xiǎn)。而數(shù)字全息檢測(cè)系統(tǒng)可以精確計(jì)算預(yù)防性養(yǎng)護(hù)薄層罩面工程量，避免此類問題發(fā)生。