项目名称：道路路面综合检测关键技术及成套装备研究

成果所属专题编号：

1、国家863计划，高等级公路健康监测与养护技术开发及产业化2012AA112503；

2、科技部中小企业创新基金，道路路面破损、平整度、车辙快速自动识别系统07C26224210668；

3、国家自然科学基金，空间数据动态多分辨率网络传输关键技术研究40401051；

4、交通运输部科技成果推广项目，连续快速弯沉测量装备推广应用及产业化2013316T08030。

成果主要完成单位：   

武汉武大卓越科技有限责任公司，

交通运输部公路科学研究院，

招商局重庆交通科研设计院有限公司，

云南省公路科学技术研究院，

湖北省高速公路实业开发有限公司

联系人：陈秀君   联系电话：13986097175  E-MAIL：onechen1010@163.com    

通信地址：武汉市东湖高新区武大科技园4路6号，430223

内容简介

一、主要技术内容（技术原理和创新性成果）

本项目主要创新性成果归纳如下：

（1）发明了一种基于路面变形速度的弯沉测量方法，利用欧拉-伯努利方程对路面进行弹性力学分析与建模，根据路面在标准荷载作用下的变形速度反演路面弯沉，实现了道路弯沉在0-90km/h的速度范围内连续无损测量。

？   提出建立线性连续材料动态分段准则，在分段内进行变形速度与弯沉计算方法，建立基于多因素制约的速度弯沉知识库模型，结合材质、温度、层厚、速度等多路面在标准动载荷作用下变形速度并计算路基路面动态弯沉的方法；

？   提出基于精密平移运动平台及相应的算法,实现多个激光多普勒传感器之间的位置与角度安置参数的快速、精确测定。利用激光多普勒测速仪和杠杆原理，实现光纤陀螺仪比例因子、零偏及延时等性能参数的测定方法。利用在路路面预埋加速度传感器，实现动态弯沉测量模型参数的验证和校准；

？   相对于传统测量方法，工作效率提高了15倍以上，实现了跨越式发展，数据重复性高，达到95%以上，测量精度达到0.01mm，与传统设备相关性达到90%以上。

（2）提出了集路面损坏、平整度、车辙、弯沉及沿线设施的路面技术状况指标综合检测方法，实现了路面技术状况指标多源数据在车载正常运动状态下的同步控制与统一时空基准高速采集，能在0-120km/h的速度范围内连续工作。

？   参照线性材料动态分段准则，实现了平整度速度无关性算法软件，解决平整度测量中存在的匀变速及精度难题，数据重复性98%以上，相关性达99%以上；

？   提出了超分比率车辙计算方法，实现了全断面车辙高精度测量算法软件，重复性97%以上，相关性99%以上；

？   提出了基于稀疏表示的路面裂缝自动识别方法，实现了路面裂缝自动分类与识别算法软件，分类准确率达到90%以上。

（3）发明了以车载移动测绘技术为基础的多源时空数据动态获取方法。解决了高速运动状态下的多传感器集成时空基准统一与参数自标定等关键技术难题，实现技术状况评价的全指标数据的同步获取。

？   提出通过集成GNSS、IMU、DMI、高精度时钟芯片和高稳定晶体振荡器的高精度时间基准统一及传递方法；

？   提出主动同步、被动同步和授时同步等多传感器同步控制方法，实现了时间基准由GNSS向各测量传感器的精确传递，使得各个传感器采集数据的绝对时间精度优于毫秒级，相对精度达到微秒级。

（4）研制了具有完全自主知识产权的道路路面综合检测设备与激光动态弯沉测量设备，实现在正常交通速度下路面技术状况指标在统一时空基准下的连续、无损、动态测量与检测，满足我国公路路基路面相关技术规范对弯沉测量的技术标准，并实现了产业化。

二、适用范围（成果可应用领域和已应用领域）

改革开放以来，我国的公路交通发展非常迅猛，截止2013年底，公路总里程超过435.62万公里，高速公路达到10.44万公里，交通部“十二五”规划高速公路里程达到10.44万公里。现有技术装备难以满足路网级道路技术状况指标普查的性能需求。接踵而来的便于数量庞大的道路养护工作，可见，我国公路弯沉检测的市场需求非常巨大。

道路路面综合检测目前在高等级公路使用较为普遍，对于低等级公路或城市市政道路几乎没有使用，占公路里程绝大多数的等等级公路以及城市道路未来检测将需要大量的检测设备。

传统的弯沉检测方法存在检测效率低下、安全隐患高、交通影响大，根本无法完成全国路网弯沉普查，即使仅仅抽检20%的路网都非常困难，弯沉检测能力和检测需求的矛盾十分突出。当前到了路面检测的总体趋势是由人工检测向自动化检测技术发展，由低速度、低精度向高速度、高精度发展，由抽样检测向常规化定期检测发展。因此，高端检测设备的开发和应用具有广阔的市场前景。

三、已应用情况（应用本成果解决的关键问题）

（1）2003年以来，项目成果智能路面检测设备累计销58台套，激光动态弯沉测量设备累计销3台套，几乎完全替代国外进口，实现直接销售收入54915万元，新增利润15667.2万元。在全国30多个省、市、自治区进行应用，检测里程40余万公里，创造间接经济效益约6亿元。

（2）智能道路检测系统在全国30多个省、市、自治区的近60家公路与市政道路养护管理单位进行应用，累计检测里程40余万公里，获得直接与间接销售及检测服务经济效益5.05亿元。提高了检测效率20倍左右，将传统的半年检测周期缩短到半个月内，同时大幅度降低检测费用和安全风险。研发的公路几何线形参数快速测量技术已完成了30万多公里数据采集，极大地提高了数据采集与更新的速度，取得了良好的经济效益。

（3）高速激光动态弯沉测量装备在全国10多个省、市、自治区的21家公路与市政、机场道路养护管理单位进行应用，覆盖了不同区域的高速公路、国省道以及城市道路等多种复杂道路环境。据用户反馈，本检测装备可适用于高速公路、地方公路、市政道路、机场跑道、沙漠区道路等地域环境条件，累计检测里程5.9万公里。设备操作方便，效率高，数据采集、处理、报表制作均实现自动化，提高了检测效率20倍左右，将传统的半年检测周期缩短到半个月内，同时大幅度降低检测费用和安全风险，获得了用户的广泛认可，取得了良好的经济效益。

（4）根据本项目研究成果，已获得专利14项，其中发明专利6项，外观专利2项，实用新型6项；已获得计算机软件著作权18项；软件产品登记8项 。参与编写修订了交通部《车载式路面激光平整度仪》（JJG(交通）075－2010)、 交通部《车载式路面激光车辙仪》（JJG(交通）076－2010)等规范。参与编写修订了2013年湖北省地方标准修订项目《公路路基路面激光弯沉测量规程》等规范。

四、应用效益（取得的经济、社会、环境效益）

项目成果已经具有批量生产能力，依据成果参与制定了两项行业标准，产品质量可靠。道路路面综合检测系统累计销售58台套，激光动态弯沉测量系统累计销售3台套，完全替代进口，实现直接销售收入54915万元，新增利润15667.2万元。在全国30多个省、市、自治区应用，检测里程40余万公里，创造间接经济效益约6亿元。

经科技成果鉴定，项目研究成果整体达到国际领先水平,填补了国内在该领域的空白。

4.1高速激光动态弯沉测量产品的应用实施情况

2011年以来，本项目成果已进行产品化并得到实际应用，在新疆、陕西、吉林、湖北、深圳、天津、江西和武汉天河机场等地进行了约5万余公里的弯沉检测，在测量速度15-90km/h时，计算结果自重复性达95%以上，与实际人工测量值相关性90%以上，高速激光动态弯沉测量系统原型如图1所示。

图1高速激光动态弯沉测量系统

本成果的推广应用，对于完善我国公路路基路面设计规范，提升公路预养护科学决策水平，保持公路性能，提高公路使用质量及效率，延长公路服务寿命，降低公路养护和维修成本等方面发挥重要作用，为经济发展和社会进步提供了强有力的交通运输保障。

4.2道路路面综合检测产品的应用实施情况

2003年以来，道路路面综合检测系统设备在全国30多个省、市、自治区的50余家公路与市政道路养护管理单位进行应用，已批量生产58台套智能道路检测系统及配套软件，累计检测里程40余万公里，几乎完全替代国外进口技术及设备，实现直接与间接销售及服务收入50516万元，利润14194.2万元。将传统的半年检测周期缩短到半个月内，提高了检测效率20倍左右，同时大幅度降低检测费用和安全风险。研发的公路几何线形参数快速测量技术已完成了10万多公里数据采集，极大地提高了数据采集与更新的速度，取得了良好的经济效益。

 

图2道路综合检测系统

道路路面综合检测技术的开发和应用，开辟了现代交通基础设施科学研究、规划设计、建设养护、性能分析与预测、病害诊断、养护决策等科学研究的新领域和新方法，拓展了测绘科学与技术研究成果在公路交通领域的应用，促进了学科交叉发展。

通过高速激光动态弯沉测量的弯沉计算路面回弹模量，解决了道路工程科学研究中动态模量获取的科学难题，对拓展和深化道路工程材料本构关系研究奠定坚实基础，促使公路工程科学研究从基于静态回弹弯沉向基于动态弯沉转变，具有重大的理论意义和工程实践价值。

高速激光动态弯沉测量使得高频度、高密度测量路基路面力学性能参数成为可能，从路基路面本质特性深入研究其力学特性与病害关系，有利于提高路面使用性能与公众服务水平，预防路面早期破坏现象，提升路面的使用质量和延长道路服务寿命，将带来巨大的经济效益，产生良好的社会影响。

高速激光动态弯沉测量克服了传统弯沉测量效率低、安全性差、交通影响大、测量结果无法适应道路评价发展要求等诸多难题，准确高效进行路面弯沉测量，极大保护作业人员的生命与财产安全，保障作业时的交通秩序。变道路大修为小修、小修为日常养护，促进养护工作又快又好又省。

道路路面综合检测技术开发，打破了西方国家在高端道路检测与测量领域的技术封锁和垄断，填补了我国在路基路面高速动态弯沉测量技术的研究空白，形成我国具有自主产业的高科技产品，完全替代了进口，将带来巨大的经济和社会效益。