[01423367]路面多维高频检测装备和智能养护技术及应用

该项目属于道路工程技术领域。道路基础设施是维持现代社会正常运行的重要国家资产之一，其路面质量的好坏影响着社会运营效率和公众出行成本及感受。长期以来，由于道路基础设施分布广、交通负荷重，其检测数据覆盖度低、更新时延长，整体管养方案不优化、养护时机不恰当等现象普遍存在。过去十年，中国道路设施养护投资规模增长超过350％，“建养并重”时代已经到来，道路设施养护运管的智能化工作面临巨大挑战。 针对上述问题，项目组经过多年产学研联合攻关，在路面损伤演化机理、路面多维高频检测、智能养护分析决策等瓶颈问题上取得突破，建立了路面多维高频养护大数据智能分析技术体系，主要的创新成果如下： (1)揭示了路面表观损伤的内在演化机理和表征关系。面向沥青路面的损伤发育过程，基于CT及3D重构技术建立了沥青路面裂纹扩展的多尺度联动分析方法，解析了微裂纹萌生到宏观裂缝产生的演化机理；构造了快速多极边界元法的全频域振动波传输响应解算方法，解析了车路振动的耦合机理与振动波传递行为；聚类分析了路表损伤与温度场分布模态，建立了路面不平顺性、路表变形和损坏的全息表征方法。 (2)自主研发了轻量化路面性能高频巡检装备。基于车路振动的耦合机理，自主研发了基于MEMS微型振动传感器的分布式传感系统，实现轻量化多位点车辆数据采集和路面不平顺性精准分析；基于高性能SOC的硬件设计和数字采样技术，开发智能变频振动采集模块，突破了复杂交通环境不同速度下空间均匀采样难题；构建红外-灰度双目车载成像模式，研发了支持AI算法的低功耗车载处理系统，实现路面高清图像的实时分析和高频使用。 (3)创建了云边融合的道路设施大数据管理系统和智能分析平台。针对路面性能感知的混合传感系统，创新搭建云边融合的大数据管理架构，实现每日数百GB级量养护外场数据的高效现场处理和云端融合管理；基于高精度空间位置、路表损伤形态特征匹配，完成了全幅路面图像还原拼接；建立了路面自然损伤时间序列追溯方法，支撑了路面设施大数据的深度挖掘和数据驱动性能预测。 该项目成果获得国际专利PCT5项、授权中国发明专利15项、实用新型6项、软件著作权8项；发表学术论文67篇，其中SCI收录42篇，ESI高被引论文2篇，大会报告12次，Google Scholar累积引用达528次；参编行业标准2部、地方规范1部。项目鉴定意见和水平检索结论表明：在路面性能高频检测、智能养护等技术领域总体达到国际领先水平。项目研究提出的“高频巡检+大数据智能决策”的工程技术体系已被行业广泛接受，在上海这一超大城市4500多公里路网中形成了规模化应用，并在全国十余省市的2000多公里高速公路和3500公里其它道路中得到推广应用，同时支撑了港珠澳大桥、雄安新区等重大工程项目。三年内带动新增产值4.96亿，利润5385万元，有效地推动道路设施智能养护装备及管理系统的技术进步，取得巨大社会经济效益。