可视化技术在公路养护管理中的应用

摘要：可视化技术是当代几乎所有科学和工程技术领域用来加强信息理解和传递的技术和工具，通过对可视化技术发展的介绍，重点分析可视化技术在公路养护管理中的典型应用，进一步推进可视化技术在公路行业的快速发展。

可视化技术是90年代初提出并发展起来的一种崭新的信息处理技术，是利用计算机图形学和图像处理技术，将数据转换成图形或图像在屏幕上显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。一般来说，可视化就是空间数据的可视化。它将公路设计、测量和检测产生的大规模数据转换成二维或者三维的计算机图形、图象信息，进行静态或动态显示，以便直观、及时、正确地理解和把握这些抽象数据所反应的内容及其所蕴涵的规律和结果，在公路养护管理中，可视化技术可用于GIS(地理信息系统)、交通量观测、路况检测等工作。

1、GIS（地理信息系统）,是以计算机为手段,对现实世界的各类空间数据及描述这些空间数据的属性,以一定的格式输入、存储、检索、显示和综合分析的技术系统。广泛应用在科学调查、资源管理、财产管理、发展规划、绘图和路线规划等方面。近几年来,地理信息系统在公路养护管理中开始得到应用,已开发出一些比较成功的公路地理信息系统。这些项目一般都针对公路养护管理的特点,根据公路养护对信息处理的实际需要和公路养护管理的地方特点,综合运用了地理信息系统和现代数据库技术。公路养护管理地理信息系统的开发是公路管理的基础性工作,它对于实现我国公路信息的统一管理与综合应用、推动公路行业的信息化进程具有重大作用,为公路养护管理和评价提供了科学化的现代信息技术手段。在公路的养护管理中,地理信息系统一般与路面养护管理信息系统或路面质量评价系统一起应用。将公路的各项要素与地理要素的空间属性联系起来,既可以从地图上的路段、桥梁、涵洞等地理要素查询得到相应对象的数字、文档、图形、图象及视频、音频信息,也可以由路段编号、桥梁编号等标识信息查询得到其空间方面的信息。对于公路养护管理中的检测结果及调查得到的路面病害等动态信息,可运用可视化技术将数量庞大的数据拟合到地理要素上,得到直观的复合地图,一目了然地了解道路或桥梁的质量,为技术和管理人员制定养护管理方案提供全面的参考。

2、在交通量观测中，利用公路干线上的摄像机、视频探头传输线路及远端数据中心等组成。检测系统利用视频图像传感器，通过计算机模式对摄像机输出的图像信号进行分析判定，检测出通过路面各车道的车型、车速、交通量等参数，再通过网络将检测数据传输到远端数据中心，工作人员可通过电脑网络实时采集到画面及交通流量数据进行分析，利用可视化技术，提取与更新道路背景图像，经过软件数字化处理和计算，使用自适应阈值提取运动车辆，去除车辆阴影，区分不同车辆和利用车辆中心的连续匹配来确定车辆数目和类型,该技术不受车道的限制,人为影响小,计数准确性高。

3、路面使用性能主要包括路面行驶质量、路面损坏状况、路面车辙深度、路面抗滑性能和路面结构强度。路面行驶质量与车辆特性、乘客对振动的耐受能力以及路表的起伏状况有关，其主要评价指标为平整度。路面的损坏状况调查是指鉴别路段路面损坏的类型，确定各项损坏的严重程度，并测量路面破损率。通常沥青路面的损坏可以分为裂缝、车辙、坑槽、拥包、推移和表面损坏。多功能路况快速检测系统的推广和应用，为准确、及时提供路面使用性能信息和制定科学养护方案提供了技术保障。该系统由专用车辆、计算机、电子设备、传感器等组成，利用可视化技术，在不影响交通的情况下，可以较好地完成平整度检测、车辙检测、路表破损、路面抗滑等指标检测。

①、平整度检测。路面平整度是影响行车安全与舒适的重要指标。目前公认的衡量指标是国际平整度指数（IRI），它是一项标准化的平整度指标，其数学模型为模拟车辆以规定的速度行驶在路面断面上，分析行驶距离内由于动态反应悬挂系统感受到的累积竖向位移量，其检测结果以m/km表示。数值越大，说明路面平整度越差，人体乘坐汽车时越不舒服。国际平整度指数（IRI）实际上是指所测路段内不同点位竖向位移量的平均值。不同检测车对同一路段的检测结果往往有较大差异。因此在使用此类检测车时，需要定期对检测车进行标定，建立测试值与国际平整度指数（IRI）之间的关系后，再进行检测工作。

②、车辙检测。车辙是路面经汽车轮胎反复行驶碾压产生流动变形、磨沉陷后，在行车轨迹上产生的纵向带状辙槽。车辙是沥青路面常见的病害，随着交通量的快速增长和超重车辆的增多，路面车辙已成为当前公路特别是高速公路和一级公路路面损坏的主要形式之一。车辙通常以深度来表示，单位为毫米。采用多功能检测车检测路面车辙，检测车前端横梁需要配置多个传感器，且传感器的数量越多，对车辙的检测越精确。检测时，检测车每隔一定的距离，就利用激光对路面进行一次扫描，并根据高精度陀螺仪提供的基准得到路表与车辆之间的距离，从而连续地得到许多路面横段面的起伏数据。根据这些数据可以根据需要通过处理软件计算出左轮迹或右轮迹处的最大、最小车辙深度或对其取平均值。

③、路面的损坏状况检测。对路面进行扫描，得到路面清晰地图像，将原始的图像数据通过破损自动识别系统完成路面裂缝、坑槽、龟网裂和路面修补等路表损坏的定量统计，计算出路面破损率（DR）。准确、安全、高效地获取公路状况技术信息，并将自动化检测结果作为公路养护分析、编制养护资金预算的必要依据，为公路养护管理提供合理的养护管理措施，极大地改善以往人工路况检测耗时、费力以及评价不一致的局面。

④、路面抗滑性能直接影响公路行车安全路面摩擦系数是表征路面抗滑性能的安全指标，即路面能否提供防止车辆轮胎滑动和减小制动距离的能力。目前《公路技术状况评定标准》中建议采用横向力系数作为检测指标，横向力系数检测车能够对路面进行长距离连续测试，并对横向力系数进行高密度（5m、10m、和20m间距）采集，检测结果可直接导入路面管理系统数据库。测试车由装载车、数据采集处理系统、测试机构、供水系统及附属部分组成。各部分协调一致达到完成采集路面抗滑性能数据的功能。检测的数据由计算机采集，数据准确，检测效率高，每小时可以检测50km，不影响正常交通流，避免人工路面作业，人员安全性高

4、使用落锤式弯沉仪(FWD)、探地雷达、平整度仪等现代化仪器对路面进行动态检测时，所得到的数据量也是很庞大的，处理这些数据的有效手段之一即是采用可视化技术，将检测数据转换成二维或三维的计算机图形，由此为评价路面质量提供直观、有效的手段，使技术人员可从总体上把握这些数据，得到科学的评价结果。

可视化技术是当今社会最具生命力的一门技术，它涵盖的范围非常广泛，在公路行业的应用也具有广阔的前景，本文对其在公路养护管理方面的几个典型应用进行分析，算是抛砖引玉，希望进一步推进公路养护管理的信息化，科学化发展。