近幾年，我國(guó)公路、鐵路、橋梁及隧道等交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)飛速發(fā)展，據(jù)交通運(yùn)輸部統(tǒng)計(jì)，截至2015年，公路總里程達(dá)到450萬(wàn)公里，國(guó)家高速公路網(wǎng)基本建成，高速公路總里程達(dá)到10.8萬(wàn)公里，覆蓋90%以上城鎮(zhèn)人口超20萬(wàn)的城市；二級(jí)及以上公路里程達(dá)到65萬(wàn)公里，國(guó)、省道總體技術(shù)狀況達(dá)到良好水平；農(nóng)村公路總里程達(dá)到390萬(wàn)公里。截至2014年，我國(guó)橋梁已有73.5萬(wàn)座，共4萬(wàn)多公里；截至2012年年底，我國(guó)（不含香港、澳門和臺(tái)灣地區(qū)）公路隧道有10022處，總長(zhǎng)8052.7公里。
交通基礎(chǔ)設(shè)施的快速發(fā)展為人們的社會(huì)活動(dòng)和日常生活提供便利，同時(shí)也給交通運(yùn)輸服務(wù)保障及安全監(jiān)管帶來(lái)了前所未有的挑戰(zhàn)。
在公路、橋梁及隧道等交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)中，混凝土發(fā)揮著重要作用，而在混凝土結(jié)構(gòu)表面的維護(hù)中，裂縫是最常見(jiàn)、最嚴(yán)重的病害之一，因此裂縫是評(píng)價(jià)混凝土結(jié)構(gòu)表面質(zhì)量的重要參數(shù)之一，同時(shí)也是大部分病害的早期表現(xiàn)，對(duì)交通基礎(chǔ)設(shè)施，如公路、橋梁、隧道等的使用壽命及行車安全會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。
目前，世界各國(guó)都在不斷探索和研究混凝土建筑維護(hù)問(wèn)題，以提高建筑水平。早期的檢測(cè)和維護(hù)主要依靠人工檢測(cè)方式，當(dāng)時(shí)的攝像技術(shù)還不成熟，需要維護(hù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查、測(cè)量，并手工記錄檢測(cè)結(jié)果。
人工檢測(cè)方式不僅耗時(shí)，而且花費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，同時(shí)存在檢測(cè)精度低、檢測(cè)結(jié)果受人為影響較大等缺點(diǎn)。而在隧道等半封閉場(chǎng)所人工檢測(cè)還會(huì)影響正常的交通通行，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐山煌ㄊ鹿省ｋS著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種新技術(shù)和新算法都逐漸運(yùn)用于裂縫檢測(cè)技術(shù)中。
目前主流的裂縫檢測(cè)技術(shù)包括基于數(shù)字圖像處理的裂縫檢測(cè)技術(shù)、基于計(jì)算機(jī)斷層掃描(computed tomography, CT)技術(shù)的裂縫檢測(cè)技術(shù)、基于結(jié)構(gòu)光的裂縫檢測(cè)技術(shù)和基于超聲波的裂縫檢測(cè)技術(shù)等。
基于數(shù)字圖像處理的裂縫檢測(cè)技術(shù)
基于數(shù)字圖像處理的裂縫檢測(cè)首先需要通過(guò)電荷耦合元件(charge coupled device，CCD)采集裂縫圖像，然后通過(guò)裂縫檢測(cè)算法對(duì)采集到的圖像進(jìn)行檢測(cè)分析，最終得到混凝土表面裂縫檢測(cè)結(jié)果。該技術(shù)原理簡(jiǎn)單，性價(jià)比高，操作容易，近幾年得到了長(zhǎng)足發(fā)展。該技術(shù)的核心是裂縫檢測(cè)算法，目前比較成熟的算法有基于閾值分割和邊緣檢測(cè)的裂縫檢測(cè)算法、基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的裂縫檢測(cè)算法和基于滲流模型的裂縫檢測(cè)算法等。
圖像裂縫檢測(cè)的目的是使用某種裂縫檢測(cè)技術(shù)對(duì)輸入的混凝土表面圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，最終獲取精確的裂縫圖像，用于后續(xù)的裂縫分析，為進(jìn)一步獲取裂縫相關(guān)參數(shù)奠定基礎(chǔ)。因此，圖像裂縫檢測(cè)算法的研究是混凝土圖像裂縫檢測(cè)系統(tǒng)中至關(guān)重要的一步，圖像裂縫檢測(cè)的精確性將直接影響獲取的裂縫信息的準(zhǔn)確性。
隨著計(jì)算機(jī)信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展，自動(dòng)化、智能化已經(jīng)成為行業(yè)間發(fā)展、競(jìng)相突破的主要研究方向。與此同時(shí),科技也推動(dòng)著裂縫檢測(cè)技術(shù)發(fā)展到了自動(dòng)化的時(shí)代，智能路面圖像裂縫檢測(cè)車應(yīng)運(yùn)而生，在公路、橋梁、隧道等交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施的自動(dòng)監(jiān)控與維護(hù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。對(duì)在復(fù)雜背景下拍攝的混凝土表面圖像，采用圖像裂縫檢測(cè)技術(shù)提取裂縫，通過(guò)研究分析獲得裂縫信息用于后期維護(hù)，是當(dāng)前智能路面圖像裂縫檢測(cè)車開(kāi)發(fā)領(lǐng)域中研究的熱點(diǎn)。
在復(fù)雜背景下，利用圖像裂縫檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)裂縫的自動(dòng)化檢測(cè)，具有重大的理論意義和廣泛的應(yīng)用前景。圖像裂縫檢測(cè)的第一步是混凝土表面圖像的采集，常用的多功能道路檢測(cè)車。多功能道路測(cè)試車是一套模塊化的數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，由一輛特別改裝的汽車底盤和各種數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)組成。具體包括：道路幾何參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、激光線掃描車轍測(cè)量系統(tǒng)、縱向斷面平整度測(cè)量系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)定標(biāo)錄像及測(cè)量平臺(tái)、高精度道路幾何系數(shù)測(cè)量系統(tǒng)、路面紋理測(cè)量系統(tǒng)、道路全景路況掃描系統(tǒng)、路面病害分類評(píng)級(jí)軟件、凈空高度測(cè)量系統(tǒng)和路面攝像全自動(dòng)的裂縫探測(cè)機(jī)識(shí)別系統(tǒng)。
路面圖像裂縫檢測(cè)系統(tǒng)主要分為兩個(gè)部分，一是檢測(cè)系統(tǒng)的硬件部分，通過(guò)車載攝像頭、信號(hào)處理器等裝置，在一定的車速下獲得路面或隧道表面圖像；二是裂縫檢測(cè)系統(tǒng)的軟件部分，對(duì)采集的圖像進(jìn)行處理，獲得裂縫圖像。
利用智能檢測(cè)車進(jìn)行裂縫檢測(cè)是未來(lái)交通設(shè)施維護(hù)的主要發(fā)展方向，裂縫檢測(cè)技術(shù)在公路路面病害裂縫檢測(cè)、公路隧道裂縫檢測(cè)、鐵路隧道裂縫及橋梁裂縫檢測(cè)中都具有重要的使用價(jià)值，并且具有廣闊的發(fā)展前景和巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
基于圖像的自動(dòng)化裂縫檢測(cè)技術(shù)屬于無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，不僅能夠快速、精確地檢測(cè)裂縫，而且還能克服傳統(tǒng)人工裂縫檢測(cè)費(fèi)力、耗時(shí)、檢測(cè)不精確等不足，是國(guó)內(nèi)外裂縫檢測(cè)技術(shù)的研究熱點(diǎn)。
自動(dòng)化裂縫檢測(cè)技術(shù)的研究始于20世紀(jì)60年代末，到20世紀(jì)90年代，國(guó)外已開(kāi)發(fā)了一系列裂縫檢測(cè)系統(tǒng)，比較典型的有日本的Komatsu系統(tǒng)、法國(guó)的GERPHO系統(tǒng)、加拿大的ARAN系統(tǒng)和美國(guó)的DHDV（digital highway data vehicle）系統(tǒng)等。參照國(guó)外相關(guān)智能裂縫檢測(cè)系統(tǒng)的研究，國(guó)內(nèi)也研發(fā)了相應(yīng)的車載裂縫檢測(cè)系統(tǒng)，主要有武漢大學(xué)研發(fā)的SINC-RTM車載智能裂縫檢測(cè)系統(tǒng)、南京理工大學(xué)研發(fā)的JG-1型系統(tǒng)，同濟(jì)大學(xué)研發(fā)的隧道襯砌病害檢測(cè)系統(tǒng)。
基于計(jì)算機(jī)斷層掃描的裂縫檢測(cè)技術(shù)
CT技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域大放異彩之后，很多國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)始研究CT技術(shù)在混凝土裂縫檢測(cè)方面的應(yīng)用。CT技術(shù)的工作原理是將X線從不同角度射向被檢測(cè)物體，然后利用專用的探測(cè)儀器記錄衰減后的X線，并將探測(cè)到的信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)分析檢測(cè)數(shù)據(jù)，三維重建混凝土表面，并最終通過(guò)二維或三維灰度圖像來(lái)輸出檢測(cè)結(jié)果，方便檢測(cè)人員直觀檢測(cè)。
CT技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1) 檢測(cè)精度高，通過(guò)對(duì)混凝土表面圖像的三維重建，能夠直觀地檢測(cè)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并且能夠分層檢測(cè)，精確定位病害位置；
(2) 檢測(cè)范圍廣，不但能夠檢測(cè)混凝土表面裂縫，而且能夠檢測(cè)混凝土內(nèi)部裂縫及其他混凝土病害；
(3) 不需要接觸混凝土表面，對(duì)混凝土沒(méi)有損傷。
CT檢測(cè)的缺點(diǎn)是：設(shè)備龐大，需要在混凝土兩側(cè)都安放檢測(cè)儀器，因此無(wú)法檢測(cè)路面或隧道內(nèi)的混凝土裂縫，使用條件具有較大的局限性。
基于結(jié)構(gòu)光的裂縫檢測(cè)技術(shù)
基于結(jié)構(gòu)光的非接觸測(cè)量技術(shù)是一種常用的裂縫檢測(cè)技術(shù)。該技術(shù)的工作原理是將線狀的結(jié)構(gòu)光投射到被測(cè)物體的表面上，由于物體表面高低不平或者存在裂縫，投射到物體上的光條會(huì)在凹陷或凸起處發(fā)生一定的變形，并產(chǎn)生陰影，然后利用電子光學(xué)傳感器采集圖像，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)光條圖像進(jìn)行分析，就能獲得物體表面的三維信息，最后對(duì)提取到的三維信息進(jìn)行分析，獲得物體表面裂縫所在的位置。
由于結(jié)構(gòu)光裂縫檢測(cè)技術(shù)具有原理簡(jiǎn)單、檢測(cè)精度高、受環(huán)境光影響較小、能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，最近幾年獲得快速發(fā)展。結(jié)構(gòu)光檢測(cè)法的缺點(diǎn)是：需要緩慢地在混凝土表面平行掃描，因此一般都需要車載檢測(cè)設(shè)備。
基于超聲波的裂縫檢測(cè)技術(shù)
超聲脈沖技術(shù)運(yùn)用在檢測(cè)混凝土表面裂縫的歷史雖然不長(zhǎng)，但經(jīng)過(guò)近幾年的發(fā)展，已經(jīng)取得了相當(dāng)大的進(jìn)步。超聲波裂縫檢測(cè)的基本原理是利用帶波形顯示功能的超聲波檢測(cè)儀和頻率固定的聲波轉(zhuǎn)換器，通過(guò)測(cè)量并分析聲波在混凝土中的傳播速度、波幅和信號(hào)主頻等數(shù)據(jù)，來(lái)判斷混凝土中是否存在裂縫并判斷裂縫的位置。
該技術(shù)根據(jù)超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)受分層界面的影響，造成超聲波的反射、折射和衰減等現(xiàn)象，通過(guò)分析得到這些變化的規(guī)律，判斷混凝土中是否存在裂縫及裂縫的深度。對(duì)于深度較淺的裂縫，可以通過(guò)平測(cè)法和雙面斜測(cè)法來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。
通常，當(dāng)存在裂縫的區(qū)域只有一個(gè)可測(cè)平面時(shí)，需要采用平測(cè)法，采用平測(cè)法時(shí)，需要在裂縫區(qū)域以不同的測(cè)距進(jìn)行測(cè)試，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果判斷裂縫深度；當(dāng)裂縫區(qū)域包含兩個(gè)相互平行的可測(cè)平面時(shí)，需要使用雙面斜測(cè)法進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)判斷超聲波頻率和振幅的變化，可以判斷待檢測(cè)區(qū)域的裂縫是否連通，并且能夠判斷裂縫深度。對(duì)于深度較大的裂縫，可以通過(guò)鉆孔來(lái)檢測(cè)裂縫深度。首先需要在裂縫兩側(cè)打眼，同時(shí)要保證眼孔的軸線平行，然后將超聲波換能器插入孔洞中，并以相同深度緩慢向孔底移動(dòng)，最后通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)分析裂縫的深度。
超聲波檢測(cè)的缺點(diǎn)是：超聲波會(huì)受到混凝土中其他物體的干擾，例如混凝土中存在充水現(xiàn)象或者混凝土中的鋼筋等都會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響，同時(shí)混凝土本身材質(zhì)密度不均勻，也會(huì)導(dǎo)致超聲波檢測(cè)的檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確率不高。
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