基于泛在感知的公路轻量化智能检测及综合养护决策技术

工程概况

主要创新点

技术思路

本创新成果通过图像采集的方式对不同等级的道路进行实时采集，通过机械设计、集成设计，开发一套可与普通车辆集成的公路轻量化检测设备。将采集到的图像应用深度学习方法对图像中的病害特征分析识别，进而得到被测道路的破损率、路面损坏状况指数、路面平整度指数等关键评价指标，并开发出交互性强的公路检测系统及分析识别平台。建立了一种道路基础设施机构综合养护决策方法，根据公路轻量化检测设备识别的公路路段特征、属性特征、检测评定数据、养护历史数据，实现大数据下各类道路基础设施的养护方案综合最优化决策，给出对于道路养护具有指导意义的分析报告。最终形成一套低成本、便携式、高效率的公路轻量化检测设备及分析平台，最大程度弥补现有公路检测设备贵、农村公路检测难、养护决策检测样本不足、性能模型不准确的问题及弊端。

图1 集成式道路轻量化检测设备

图2 道路病害分析识别系统

关键技术方案

（ 1）优化了YOLO算法在道路病害检测问题中的关键参数，研发了一套路面 病害 类型、 尺寸参数精准识别算法 ，并开发了 大批量、快速识别软件 ，可生成 病害统计表和病害分布图 ；

图 3 基于深度学习目标检测算法

（ 2）基于PointRend模型，建立了对应的分类标签信息，针对不同目标的形状特征，实现了对 护栏的断裂，缺口，遮挡和畸形，对防眩板的倾斜和缺失 的准确判断；            

（ 3）基于路面振动特性，开发了一套高精度加速度传感装置，并研发了 基于加速度传感器的“ACC-IRI”转换算法 ，实现了基于加速度传感器的路面平整度的检测识别；

图4   基于加速度传感器的“ACC-IRI”转换算法

（ 4）搭建了一套 基于嵌入式设备的道路病害实时采集系统 ，通过图形界面的方式对采集时的参数等信息进行设定，并实时显示当前采集的图像、 GPS定位等道路信息；

图5   道路病害实时采集系统

（ 5）基于轻量化检测设备的快速高频检测的样本量，构建基于网级公路全资产结构物不同或相同路网归集度的历史技术参数分析数据矩阵，研发了全局优化的 项目级公路综合养护决策方法 ；

图6   综合养护决策方法

（ 6）建立了 一种道路基础设施综合养护决策方法 。根据公路轻量化检测设备识别的道路基础设施的路段特征、道路属性特征、检测评定数据、养护历史数据，实现大数据下各类道路基础设施的 养护方案综合最优化决策 。

图 7   基于大数据决策分析的公路养护管理

实施效果

公路路面轻量化检测系统凭借成本低、便携性高、数据处理能力强的优势，已经在我国多个省份开展了应用，实践证明公路路面轻量化检测系统可以在不同省份、不同公路等级、不同气候条件下进行检测应用，具有广泛的地区适用性，有效识别出高速公路、普通国省干线及农村公路的裂缝、坑槽、修补、平整度、交安设施破损变形等指标信息。本创新成果于内蒙古自治区呼和浩特市G209线与CICS路况检测车进行了对比，相同条件下PCI的相关性达到90%以上，平整度的相关性大于85%，证明了检测数据准确、可靠。通过轻量化检测设备采集海量路况数据，应用大数据分析方法校正性能模型、优化措施库，统筹服务于综合养护决策，实现对项目级公路全局优化的综合养护决策计算，获得针对公路养护性能参数目标的最优养护方案和养护时机。

生产、应用及推广情况

本创新成果建立了涵盖路产识别、公路路面及轻量化检测系统以及道路基础设施综合养护决策方法等在内的成套技术体系，具有完整的知识产权。轻量化检测设备已于2021年12月交通运输部公路科学研究所计量站的计量校准认证，出具的数据及结果具有行业对标性。从2019年起，已经在宁波高速公路、山西及黑龙江等省份的普通国省干线、四川及广西等省份的农村公路的定巡检工作中进行了应用，后续在北京、黑龙江、内蒙等多个省份进行了推广，累计检测里程达20000余公里。本创新成果已纳入中咨集团主编的交通运输部行业标准《公路养护技术标准》、内蒙古自治区地方标准《公路路面轻量化检测技术规程》（DB15/T 2613- 2022）、团体标准《公路养护信息化技术规程》，其中《公路路面轻量化检测技术规程》已正式发布。