【机场道面检测方法综述7100字】

机场道面检测方法综述目录TOC\o"1-3"\h\u7708机场道面检测方法综述 1280281.1检查前准备 153641.2道面检测 1124691.2.1人工巡查 1282001.2.2超声波检测技术 2281841.2.3雷达检测技术 2179501.3机场道面病害快速检测方法分析 2298161.3.1落锤式弯沉仪测试 2195451.3.2三维探地雷达检测在裂缝检测中的应用 3187841.3.3移动激光雷达对道面进行检测 7317391.3.4基于深度图像的快速检测技术 851.3.5三维车载阵列雷达检测道面空洞 111.1检查前准备由于机场场道面积巨大，每一寸地方都进行详细检查相对来说不太现实，因此，为了方便检测目前机场常用的方法就是随机取样法。就是选择需要调查的道面，将道面进行分块，每一块都为一个单元，然后采用抽样调查的的方式确定单元，以单元为基本单位，分析和评价区域以及和部位的损害方法，在这种方法下，对道面各个地方的取样数量有一定的要求，比如抽取的最小单元数目应该满足95%的置信度要求，对跑道的最低抽样率不小于40%，对于滑行道和停机坪最低抽样最好不少于15%。不过有些时候也会对整个道面区域进行巡查。1.2道面检测目前道面的检测方式多种多样，根据检测方式分为人工检测、超声波检测、雷达检测等，而这些检测方法根据是否对道面产生破坏可分为无损检测和有损检测，我们主要通过检测原理来对检测方法进行分析。1.2.1人工巡查在抽样分块之后，由机场场道维护的相关人员，徒步巡视调查单元道面内出现的各种损坏现象，并分辨统计出相应的损坏类型、损坏严重程度，然后完成相关记录，并在事后上报并通知相关维修人员进行修缮。缺点：效率低下，不安全，大范围精度低比如巡查整个飞行区，活动范围有限，对于大机场来说，这种方式非常不适用。优点：小范围精度还行，启动速度快，比如对单一跑道的某个区域来说，巡查时就可以直接过去，不用准备其它仪器设备，比较快速。1.2.2超声波检测技术超声波检测是目前运用最为广泛的道面无损检测技术之一，主要是用来检测混凝土内部缺陷的，主要原理是运用超声波对场道进行扫描，接收反射波，并在计算机上生相应的图案和数据，并由人工进行对数据和图像的计算和分析，然后判断出目前道面的损坏类型和严重程度。不过因为超声波是用探头进行发射和接收的，所以为了使扫描结果更准确，通常会在道面打孔辅助，这样的话，超声波便能够在混凝土内部更容易的传播，能够提升探测精度，也能在一定程度上减少道面积胶和异物的影响。不过打孔时选择的点位也应该按照前面所要求的选点方式进行选取，而打孔装置和流程应符合《民用机场道面现场测试章程》。优点：激发容易，检测工艺简单，操作方便，快速便捷。缺点：打孔可能会对道面造成二次损害，收集的图像数据需要人工进行核验计算，受到相关分析人员的经验的影响，主观性较强。1.2.3雷达检测技术雷达技术简单来说就是通过发射电磁波并接受回波，然后对回波进行分析的技术随着雷达技术的发展，现在的雷达设备已经从庞然大物变得小巧玲珑，并且也出现了激光雷达和脉冲雷达等各种新型雷达，这些雷达也与车辆互相结合出现了许许多多带有小型雷达的车载雷达系统，这些雷达系统可以直接安装在通常尺寸的小汽车上，更加方便快捷，因此目前许多机场也都采用车载雷达进行检测。优点：方便快捷，经济有效率，检测连续便于分析，无损。缺点：接受到的图像数据主要还是依靠人工来进行分析和判断，受个人经验影响较大，带有强烈的主观色彩，只能检测道面表面损坏。这三种检测技术广泛运用于各个机场，不过这些检测方式各有各的局限性，一般不会单独使用，通常是根据实际情况，互相结合使用。随着其它高新技术的发展，激光，计算机系统，图像处理系统，人工智能，神经网络等各种高新技术已经与雷达检测系统和超声波检测系统互相结合，并辅以不同的数据图像处理的算法，出现了许多基于雷达和超声波的新型检测系统，比如激光雷达，AI识别等相关方式，下面我们选择几种比较成熟的新型检测方式进行讲解。1.3机场道面病害快速检测方法分析1.3.1落锤式弯沉仪测试测试原理：落锤式弯沉测试仪（后文以FWD称呼）是常见的检测道面质量的仪器，通过计算机控制的液压系统下落的重锤冲击路面，对路面施加一个脉冲载荷，然后利用一组高精度的传感器进行测量反射的脉冲，这种传感器通常用地震检波器，通过收集到的脉冲波图像分析道面状况。测试设备：主要由荷载发生装置、缓冲刚性板、传感器（通常带有动态位移校核装置，数量一般在7~12个，最少不少于4个，其中一个应布设在承载板中心位置）、牵引系统和计算系统组成。测试方法：将FWD牵引到需要测试的地方，然后对测试地点进行清理，保证测试地点无杂物、碎石等。打开设备电源，设置参数。安装承载饭，放下落锤，产生载荷后传感器会自动收集数据并传到计算系统内。对同一测试点测试应不下与3次，除去第一次测定的数值，然后取后面几次平均的测试数据为结果进行计算分析。落锤式弯沉仪测试方法可以很好的模拟汽车在道路上正常行驶时的实际状况，并且由计算机系统对数据进行自动回收和采集，知道数据后，也能快速的得出道面的PCN、脱空状况，接缝传荷的情况等，并且速度快精度高，而且属于无损检测，因此这种方法被许多国家应用于机场跑道和公路的检测，并把这种测试方法写在了相关的规范里。现在已经成为运用最广泛的道面检测方法之一。优点：检测速度快，精度高、无损检测。缺点：传感器必须连接电缆；需要停车测试，可能会影响交通，在机场不能随时开始，人员的安全得不到保障。FWD是目前比较常用的一种道面检测方法，相比传统的人工检查和取样测试，FWD可以较为快速的检测道面质量，并且属于无损检测，因此在机场也比较常用。但是随着移动检测车的普及，检测道面的程序变得越来越简化，新型的道面检测车只需要开着车走一遍就能够收集到检测的道面的信息，避免了人工读数的误差，因此FWD在机场的应用份额在最近几年逐渐减少。再加上雷达和超声波探测技术的发展，FWD的生存空间在未来会越来越少。1.3.2三维探地雷达检测在裂缝检测中的应用检测原理：探地雷达(GroundPenetratingRanda，简称GPR)是通过发射高频（频率10^6~10^9Hz）电磁波来判断地下介质的分布规律。探地雷达通过发射高频电磁波，当电磁波碰到电性差异也就是介电常数不同的地下介质时，电磁波的反射波也会产生相应的变化，通过对接收到的雷达反射波进行分析，从而可以得到路面各层的厚度、密实度及缺陷等，如图3-1所示。图3-1探地雷达原理图而三维探地雷达与二维探地雷达相比，三维探地雷达的阵列天线可以无缝的采集相关的雷达信息，并且能够实时使用GPS进行定位，为采集到的数据提供相应的位置，不会造成相关的信息缺失。在数据采集方面，由于三维探地雷达的天线排列相比传统的二维雷达来说比较独特，发射天线和接收天线并不在一起，而是发射天线和接收天线分别单独安装，一个天线接受相邻两个发射天线的电磁波，可以得到剖面间距接近1/4波长的理想状态，从而使得扫描结果连续起来，形成一个完整的三维数据体。原理如图3-2所示。图3-2探地雷达阵列天线祝争艳[8]团队先选取了润扬大桥进行验证，首先使用三维探地雷达进行扫描，测出了相关裂缝，然后通过钻芯取样，进行比较，得出三维探地雷达所得结果与取样结果相符。具体如图3-3所示。图3-3探地雷达图像与取样照片如图所示，在三维探地雷达切片图像中，面层的裂缝发展到三车道，硬路肩并未出现，这与路表的裂缝表现情况基本一致。而基层和的裂缝和后面道面取样的裂缝表现情况基本一致，都是穿过了整个面层和基层。由此可以确定，三维探地雷达的扫描结果与取芯结果一致。然后选取了宁杭高速的受损路面，结果如图3-4所示。图3-4雷达检测结果与取芯检测结果如图所示，路面的面层的裂缝都在三车道发展，硬路肩上并没有相关裂缝，而三维探地雷达扫描出的面层情况与实际观察到的面层情况基本一致。而在基层中，由三维探地雷达的切片结果可以看出，裂缝已经贯穿上下基层和硬路肩。而在道面的取样中，裂缝已经贯穿了整个样品，这与三维探地雷达的探测结果一致。但是，这种探测方法根据图像虽然可以得出裂缝的深度，却无法得到裂缝的宽度。因此，为了计算裂缝宽度，祝争艳[9]团队根据地下介质的差异与探地雷达回波的信号的振幅差异互相结合起来，利用相关的数学模型来解决裂缝宽度问题。首先确定道面相关参数，如表3-1所示：表3-1道面参数层位厚度/cm介电常数ε/C相对磁导率μ/H•m-1电导率/S•m-1空气层5110面层181.710.0001基层1815.210.0001然后为了验证不同宽度的裂缝的雷达反射波的信号特点，因此设置了2mm,5mm,10mm，20mm，40mm，50mm，80mm及150mm的裂缝宽度,裂缝贯穿面层和基层，裂缝的填充介质为空气。模型如图3-5所示：图3-5道面裂缝模型然后根据模型采用探地雷达进行实验，实验结果如图3-6所示：图3-6探地雷达响应图根据图3-6的模拟结果显示，只有80mm和150mm的裂缝才能够被准确识别出裂缝宽度。然后根据实验数据得出裂缝宽度与振幅差异之间的关系，如图3-7所示：图3-7探地雷达正演结果由图3-7可以看出，裂缝宽度与振幅差异的相关性较好，达到了97.95%，并且随着裂缝宽度的扩大，裂缝宽度对振幅差异的影响越来越小。为了进行一步验证振幅差异与裂缝宽度的影响，选取了部分路面进行检测，如图3-8所示，这里是选取了38个样品进行检测。图3-8芯样的裂缝宽度与雷达振幅差异关系图通过对裂缝宽度与雷达振幅差异进行相关性分析可知:1)裂缝宽度与振幅差异相关性较好，相关性为84.91%；2)随着裂缝宽度的增加，裂缝的宽度对振幅的影响逐渐减小，与数值模拟的结果基本吻合。因此可以得出三维探地雷达检测方法的优缺点。优点：由上述相关实验可以看出，三维探地雷达在实际上的道面检测应用中能够实现三维采集，准确的呈现出地下的三维模模型，并且可以对扫描的道面进行任意深度的水平切片展示，与取样钻芯的裂缝特征基本符合，并且检测速度更快，也是无损检测，不会对道面产生损害；抗干扰能力强；连续性好；能够检测道面内部缺陷。缺点：探测深度有限(<50m)；介质如果分布不均匀，那么对实验结果影响很大；探测深度和探测精细度呈反比关系，二者只能选其一；数据解释因人而异，因此解释者的经验非常重要。通过祝争艳[9]团队所进行的探地雷达的实验，我们可以看出，三维探地雷达在进行道面裂缝检测时，能够较为准确的得出地下的三维结构图，并且在上面能够较为清晰的呈现出裂缝情况。为了能够打得出裂缝宽度，她们根据雷达波在不同宽度下的裂缝中图像也不同的情况，通过计算、分析和实地验证，提出了一种可以根据雷达波振幅差异来计算裂缝宽度的方法。这种方法如果应用于检测系统中，一次检测，就可以直接得出裂缝宽度和裂缝位置，方便后续人员进行修补。1.3.3移动激光雷达对道面进行检测这项技术一种是基于激光雷达的路面病害的检测和量化方法，结合移动测绘系统并辅以一种全自动算法，从而实现自动检测和分析的功能。测试原理和设备：这种检测方法通常由两个激光雷达单元两个后置RGB摄像机和一个性能接近导航级别的惯性测量单元组成，需要进行两轮检测，第一轮检测通过这些设备对路面进行扫描，得出从车辆高程到道面的完整的3D点云，然后通过相应的识别策略，从中提取出完整的道面点云，然后把这些路面点分成道面上和道面以下（坑洞、裂缝等），并根据相应的高度和强度分别进行着色，然后根据所设定的条件提取出所需要的点。第二轮检测主要是为了防止道面边缘检测错误，提高精度。然后通过在相应的RGB图像上反投影检测到的边界来检测损坏位置，这样有助于确定路面损坏的原因。根据点位的最大深度确定破损的严重程度，也可以利用不同深度的点通过最小凸包法追踪破损的便边界，从而得到路面以下不同深度的表面积。表面积随深度的变化将表明每个损坏地点的损坏程度。最后，计算体积估算，以确定修补的类型和修复每个损坏位置所需的填充材料量。优点：能够准确的检测出深度从2cm~10cm的坑洞；无需人工干预可自动检测识别；无损检测；能够直接得出修补材料的用量；能够在较高的移动速度下进行检测。缺点：对算法的要求较高；只能检测表面病害；点云的精细程度对测试结果影响很大。如图所示，选取了一块如图3-11所示的路面，然后利用雷达和设计的算法，得出了图3-9，3-10所示的检测结果，然后再实际的图片上投影，进行比较，可看出检测结果基本精确。图3-9路面取样图3-10路面下点集检测（或路面遇险点检测）图3-11对检测到的遇险点进行聚类和边界跟踪，然后在RGB图像上进行反投影从上图我们可以看出，这项检测方法对道面表层病害的捕捉能力较强，并且精度也足够，因此目前采用此项技术的道路检测车已有量产，并且在国内外许多机场都有采用。1.3.4基于深度图像的快速检测技术检测原理：深度图像主要是由深度相机拍摄而成的，由深度相机拍成的图像相比传统的二维图像，深度图像在上面增加了一个距离相机的位置信息，因此由于这个位置信息，直接得出相应物体的三维模型，方便对其进行辨认和分析。正是由于深度相机的这个特点，深度图像技术目前已应用于自动驾驶，三维建模、收集人脸解锁等，而建筑行业也与时俱进，在质量检查和裂缝检测中引入深度图像技术，以便减少相应的工作量。也正是因为如此，基于深度图像的道面检测技术也逐渐在道面中实行起来。深度相机说简单点就是由摄像机和一个距离探测器组成，相机负责采集所测物体的平面，而距离感应器则负责勾勒物体的轮廓,两者相互结合就构造出了物体的三维模型。由于道面检查相对来说对设备的要求比较高，采用深度图像进行检查时所使用的不仅仅是深度相机，需要更加精密的扫描设备。通常是将其装到道面检测车上进行使用。并且需要相应的算法对扫描的结果进行处理，因此在深度图像检测方法中，一种处理算法就显得尤为重要。目前，深度图像技术主要应用在道面的裂缝检测，因此通常是通过高精度的扫描仪进行图像获取的。常用的有激光扫描仪和结构光扫描仪配上相应的距离传感器，原理图3-12如示：图3-12深度相机原理图如图3-13所示，左为场道的二维深度图像，右为场道的三维深度图像，从图像上可以看出，三维图像中，无法直接的看到道面的裂缝信息。图3-13拍摄的深度图像因此吴志龙[2]提出了一种算法，能够较为准确的从深度图像中提取出相应信息，如图3-14所示：图3-14测试结果比较可以看出，通过相应的提取算法，可以直接得到裂缝的相关信息，从而节省了人力和物力。优点：无损检测，能够获得较为准确的三维模型，检测精度较高，不受外界光照和色彩的影响，可以直接提取裂缝信息，方便确定位置和维修，扫描设备精度越高，结果越准确。缺点：无法检测内部缺陷，价格昂贵；由于检测过程中设备在一直移动，加上水泥混凝土道面并不平，因此在拍摄相应的图形时会出现大量的图像噪点，影响判断，因此算法对噪点的处理同样影响着图像的精度。基于深度图像的检测方法能够更好的判断出道面的表面病害，但是通过所拍摄的深度图像进行判断，因此判断的精度取决于拍摄的深度图像的质量，目前深度相机虽然种类较多，但是精度总体来说并不太乐观，尤其是对于道面裂缝这种比较细微的东西，从图片上看，虽然可以看出裂缝的情况，但是噪点相对来说比较多，容易影响机器的判断。所以目前机场基本没有采用此种检测原理的检测车，有，也仅仅在少数机场有进行试点，所以该项技术随着深度相机精度不断的发展和完善，潜力巨大，未来可期。1.3.5三维车载阵列雷达检测道面空洞探测原理：跟探地雷达原理基本一样，都是利用电磁波反射和介质的介电常数不同来进行工作的。探地雷达通过发射高频电磁波，当电磁波碰到电性差异也就是介电常数不同的的地下介质时，电磁波的反射波也会产生相应的变化，通过对接收到的雷达反射波进行分析，从而可以得到路面各层的厚度、密实度及缺陷等探测方法：通过车载阵列雷达对所需要检查的路面进行扫描，然后根据扫描出的结果人工对数据进行计算，是同和分析，确定异常位置和可能出现的空洞。然后再通过对异常位置进行打孔取样验证，从而确定内部空洞的大小和深度。下面采用邱成团队[10]选取的盐城南洋机场的实验进行分析和说明。首先设置测试路线，如线图所示：图3-14选取的路线定好测试路线后进行测试，测试结果如图3-15所示：图3-15测试结果根据测试结果，我们可以看有三个位置出现异常，如图3-16、3-17、3-18所示。对这三个异常点提取出来单独分析：图3-16异常点1图像该处为第一处异常点的水