三维探地雷达道路隐性病害检测分析与数字化技术综述

道路服役数据信息是交通基础设施数字化建设与养护的关键，先进探测设备是获取道路服役数据信息的途径。近年来，三维探地雷达(3D Ground Penetrating Radar, 3D GPR)因其高效、无损等检测优势得到广泛应用，可为道路隐性病害数据获取提供重要支撑。基于此，对道路典型隐性病害类型与检测手段进行总结归纳。梳理了三维探地雷达技术原理、数据采集方法、数据处理及在道路工程检测中的应用；根据三维探地雷达图谱隐性病害特征与识别手段，重点分析人工智能技术在探地雷达图谱识别技术中的应用与发展。针对交通基础设施发展进程，展望基于探地雷达数据的数字孪生技术，主要介绍基于三维探地雷达数据的建模与模型仿真方法。该综述可为三维探地雷达道路隐性病害检测提供基础理论知识与实践方法借鉴，同时为基于三维探地雷达数据的数字化交通基础设施建设与道路养护决策提供参考。     

基于探地雷达和高速弯沉仪的结构内部状态评价

为准确判别高速公路沥青路面结构内部状态,采用探地雷达和高速弯沉仪进行联合检测,分别从结构完整性和结构强度提出结构内部状态评价方法、评价指标和评价标准,并进行实例分析。探地雷达实测表明,路面存在不密实、层间接触不良、松散等3种隐性病害时,可采用路面内部破损状况指数IPCI进行评价;高速激光弯沉仪检测结果可线性转化为贝克曼梁值,采用结构强度指数PSSI进行评价;路面养护及时时,路面结构内部状态较好,需维修路段较少。     

基于探地雷达的路面结构完整性定量化评价方法

为了快速评价路面结构完整性,选用高动态探地雷达MALA GX750MHz进行检测,检测速度约为80km/h,并采用背景去除、带通滤波、傅里叶变换分别去除回波信号中的混叠波、噪声和杂波,得到雷达回波有效信号;针对影响路面结构完整性的空隙多、层间不良、松散等3类隐性病害,建立了雷达检测评定图谱,并进行了取芯验证;提出了结构完整性综合评价指标路面内部破损状况指数IPCI,基于江苏省11条高速公路、1 484(车道·km)检测数据,验证了评价方法有效性。结果表明:不同类型隐性病害的雷达灰度图具有显著差异,基于雷达检测评定图谱的取芯验证准确率约为95%;交通量与IPCI具有双对数关系,养护历史与IPCI具有半对数关系,交通量越大、养护工程量越少,路面隐形病害越多,IPCI评分越低;与层间不良、松散相比,隐性病害空隙多与交通量相关性较低,这主要是因为空隙多隐性病害受路面结构初始空隙率状况影响较大。探地雷达可用于路面隐性病害的定量化评价,评价结果可为路面养护维修提供决策支持。     

旧沥青路面改扩建工程内部病害无损检测研究

依托茂湛高速改扩建工程，采用三维探地雷达技术和落锤式弯沉仪两种无损检测手段，从路面结构内部隐性病害分布和结构承载力两个角度评估旧路面的内部结构完整性和力学强度。研究发现:三维探地雷达可准确探测旧路内部病害；沥青上面层病害主要为坑槽、纵横向裂缝，中面层病害主要为纵横向裂缝，下面层病害主要为纵横向及网状裂缝；水稳基层病害主要以纵横向及网状裂缝为主；慢车道的结构病害数量与发育程度均比超车道更加严重。从路面结构承载力分析发现:慢车道弯沉值比超车道高约2.5～3.4（0.01 mm）；相比设计采用的动态模量，旧路面模量衰减幅度约60 %～70 %。对典型病害成因与发育规律进行系统分析，并推荐处治方案。     

探地雷达检测技术在湛徐高速公路路况检测中的应用研究

随着我国建成公路的里程数迅速增长,道路养护需求规模日益增加。目前道路上检测仍为传统的以钻芯取样为代表的破环型检测,快速无损检测手段经过了多年研究实践,证明其已经可以应用于道路检测。本文在广东湛徐高速公路首次采用探地雷达对道路基层隐性结构病害进行了检测分析,同时在典型特点处进行钻芯取样对比分析,研究了探地雷达进行沥青路面结构基层隐性结构病害检测的可靠和准确程度。根据研究结果可知,探地雷达可以对路面质量、路面隐性病害破坏程度进行可靠的快速检测,未来具有广阔的应用前景。     

基于探地雷达的路面隐性病害检测与识别研究

概述了探地雷达现场检测布置方式和关键参数的设置,并基于专业Reflexw数据处理软件,对原始数据滤波处理方法进行了详细探究,结合工程实例中积累的大量雷达检测图像,着重对沥青路面典型隐性病害特征进行分析,并通过现场取芯,验证了探地雷达识别的准确性。研究结果表明,使用探地雷达可有效实现对路面结构内部隐性病害的无损探测。     

基于BIM+GIS的沥青路面表里全域病害数字孪生研究

为全面整合和分析无损检测采集的病害信息并构建病害数字孪生模型对病害进行可视化表达，基于BIM+GIS技术，运用探地雷达检测手段，提出了路面全域病害整合与建模的新框架。在该框架中，首先面向不同路表病害类型分别开发基于深度图像表面拟合和基于二值图像轮廓拟合的病害建模方法，相较于传统二维贴图或三维固定参数的建模方式，该方法实现了对病害区域信息的准确拟合建模；该框架另一部分提出了路面结构内部隐蔽病害的三维可视化建模方法，相较于传统分析建模进一步实现了探地雷达数据的病害模型转化与BIM数字化道路高效整合，降低了探地雷达数据实际应用性的门槛。该方法基于2种不同雷达图像的病害特征，识别并提取病害区域，实现全路段隐蔽病害疑似区域和局部重点区域三维重构；最后自动化构建包含全域病害的数字孪生模型，将无损检测数据高效整合，完成病害实体在虚拟空间中的映射转化。同时借助地理信息系统绘制道路病害分布热力图，反馈病害分布以及发展情况，指导养护管理工作。试验结果表明：该框架高效完成全域病害的三维数字转化；路表裂缝和坑槽建模精度分别达到80.13%和98.17%,路面内部病害的模型结合现场钻孔取芯验证在判断病害发生位置...     

基于无损检测技术的半刚性基层沥青路面损伤状态分析

为了快速确定半刚性基层沥青路面的损伤状态,为路面养护维修方案的制定提供科学依据,采用FWD和三维探地雷达联合对半刚性基层沥青路面进行快速无损检测。首先利用三维探地雷达对待测路段进行破损、层间联结状态检测,然后采用FWD对路面横向裂缝损伤状态进行检测评价,最后对典型路段钻芯和开挖探坑进行验证,检测结果表明,该半刚性基层沥青路面快速无损检测方法能快速准确确定路面损伤状态,对于路面结构检测效果较好,为路面结构养护维修设计及老路改扩建工程路面处治提供了科学依据。     

融合SAR分支深度学习的隧道病害识别与成像

随着交通事业的不断发展，大量隧道相继建设并陆续投入运营。在其运营过程中，隧道衬砌混凝土结构内部往往出现不可见的隐蔽病害，对工程安全带来了严重隐患。及时识别检测内部病害，预防安全事故的发生十分必要。探地雷达(Ground Penetrating Radar, GPR)是检测混凝土内部病害的主流无损检测技术，但探地雷达数据中的病害响应信号与实际结构内部病害形态并不存在直观的空间对应关系，从探地雷达数据中仅能估计病害的类型与大概位置，难以对其轮廓进行成像。针对上述问题，研究了基于探地雷达的隧道衬砌隐蔽病害智能识别技术，针对探地雷达数据特点，设计了融入合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)成像处理分支的地下工程目标识别深度神经网络模型，通过在传统Unet网络中融入SAR成像分支，实现了对病害的准确成像，并成功对6种隧道衬砌常见的病害进行类型识别。采用仿真数据对该方法验证，结果表明本研究设计的融入SAR成像分支Unet网络的预测结果对6种病害的平均识别精度为96%,与传统Unet网络相比，精度提升了5%,由此证明本文构建的融入SAR成像分支的Unet网络有效提...     

含水状态下的沥青路面隐性探伤研究

为了研究探地雷达对沥青路面下孔隙、含水的检测效果,采用探地雷达进行隐性病害探伤的模拟试验,利用不同类型车辙板的拼接来模拟不同类型路面,用换板的方式来表示不同层位的隐性病害,对不同层位洒水来模拟层间积水状况。试验结果表明,探地雷达对材料的孔隙率和含水率反应强烈,对层间积水有良好的检测效果。     

基于MATLAB的二维探地雷达三维成像技术研究

为了拓宽二维探地雷达检测功能,依据三维探地雷达数据采集原理,使用二维探地雷达多线程数据采集方法模拟了三维数据,并利用MATLAB的成像功能,建立了能够读取探地雷达三维数据的三维模型,导入三维数据后实现了三维成像及对其切片式显示等功能。通过内部病害图像显示测试发现,病害三维切片图像较为清晰,实现了使用二维探地雷达对高速公路路面进行三维检测的目标。     

农村公路沥青路面基层状况评价指标研究

农村公路大多数属于低等级公路,技术标准一般采用三、四级公路技术标准。JTG H20-2007《公路技术状况评定标准》中的评价体系是以高等级公路为数据基础,并且规范中的路表弯沉和路面破损状况之间没有明确的相关性,这不能很好地适用农村公路沥青路面基层技术状况评价。为了弥补不足,提出适用于农村公路沥青路面基层技术状况的评价指标,对基层技术状况进行研究。该文基于辽宁省农村公路沥青路面病害类型和特征,通过大量的沥青路面钻芯取样建立了路面破损类型和基层破损状况的统计关系,提出并阐述了基层失效率(BR)和路面基层技术状况评价指标基层失效指数(BCI)的概念。基于统计学中概率分布原理,建立面层病害与基层失效的映射关系模型,提出了BR与BCI的计算方法。将基层失效指数(BCI)作为评价指标指导试验路养护决策,提出的养护方案合理且适用性良好。     

GPR与FWD在旧路性能综合评价中的应用

探地雷达(GPR)能够检测高速公路基层、底基层和路基的病害,落锤式弯沉仪(FWD)可以检测路面弯沉,并且可基于实测的弯沉盆反演出路面各结构层模量,从而对结构层的承载能力作出评价.综合应用这两种先进的无损检测技术对旧路性能进行全面评价,可为科学制定养护方案,降低工程投资提供可靠的依据.     

探地雷达在路基路面异常体病害探测中的应用

针对路基路面、桥梁病害,通过探地雷达探测中数据采集、信号处理和图像识别,开展了地质雷达检测路面结构层厚度、破损状况和路基隐患异常体部位工作,取得了路面隐含裂缝和桥梁空心板顶板厚度的实际应用。     

高速公路改(扩)建路面病害与结构强度相关性分析与评价

以某高速公路改(扩)建工程为例,采用三维探地雷达进行检测,得到路基、路面及结构物内部技术状况;利用落锤式弯沉仪(FWD),收集路面各个结构的弯沉响应(包括中心弯沉值和弯沉盆),进而求算路面结构强度指数PSSI和反算路面各个结构层的回弹模量数据,判定旧路的结构强度。通过对道路内部病害和结构强度进行相关性分析,全方位评价沥青路面的实际状况,为旧路路面处治措施的选择提供定量的基础数据。并通过现场路面结构开挖,验证了该方法的可行性。     

探地雷达技术在检测路面内部质量中的应用研究

在中国公路建设快速发展的同时,也逐步呈现出一些不合理现象,如公路部门用于公路新建、扩建的投资比重较大,相应地用于公路养护方面的投资较少;对于公路质量状况的实时检评力度不够,尤其在公路路面结构内部质量状况检测方面缺少有效的方法和手段,路面一般到大面积破损出现时,才提出大修改造措施以恢复路面结构质量。而探地雷达技术恰恰就是在路面尚未达到大修时就能检测出路面结构的内部缺陷,做到提前预知病害并及时有效地加以处理,相对工程大修而言,探地雷达不但技术可行,而且能节约工程造价。     

探地雷达在高等级公路工程质量无损检测中的应用研究

研究了探地雷达进行高等级公路质量无损检测的原理，对基层含水量、相对介电常数、基层的压实度、刚性路面脱空识别等公路工程质量问题进行分析和讨论，给出应用实例，并通过分析评价指出了应用前景。     

检测技术在路面养护检测评价与养护设计中的应用

路面状况数据是路面性能的直接反映,是编制道路养护和改建计划的依据。本文基于国道G205秦皇岛西环路一级公路路面使用性能指数(PQI)各项指标检测数据,阐述了检测技术在沥青路面养护检测评价与养护设计工作中的应用,通过深入分析路面病害机理,综合考虑路面历史养护情况,为公路养护部门提供准确、可靠的路面技术参数及养护建议。     

探地雷达在路面基层厚度检测中的应用研究

施工不均匀性、路基破损等因素容易造成路面基层厚度变化，导致路面质量降低。无损检测技术——探地雷达能有效检测路面面层厚度，但对于均匀性较差的基层，其检测、分析难度较大，成为路面基层厚度检测中的难题。文中依托实体工程，针对探地雷达在基层检测中的弱点，从分析探地雷达基层检测的原理和方法出发，通过误差分析，对比分析基层不同铺筑阶段、不同天线频率、横向电磁波速度不均匀性以及接触式天线垂向颠簸四个因素对检测效果的影响，最后通过准确性试验分析探地雷达在路面基层检测中的应用效果。     

沥青路面病害的无损检测及养护技术

介绍地质雷达在沥青路面病害检测中的应用,提出路面病害的无损检测技术,并针对路面病害提出沥青路面的养护技术。