基于激光傳感測距技術(shù)公路平整度檢測研究

摘 要：為了研究基于激光傳感測距技術(shù)公路平整度檢測技術(shù)，本文結(jié)合某公路平整度檢測工程，通過現(xiàn)場公路平整度試驗，采用IRI（國際平整度指數(shù)）對比分析的方法，分析了不同統(tǒng)計間隔下IRI的變化以及不同路段下路面平整度分布趨勢，研究結(jié)果表明，當(dāng)統(tǒng)計間隔為60～75m時，與統(tǒng)計間隔小于60m時相比，路面平整度細(xì)節(jié)特征減少，但對路面平整度差異大的區(qū)域，IRI的變化仍能完整反映其狀態(tài)。隨著統(tǒng)計間隔增加，最大IRI逐漸減少，最小IRI逐漸增加，統(tǒng)計間隔越大，IRI的變化表明路面平整度細(xì)節(jié)特征越少，在實際公路維護(hù)工程中，公路平整度細(xì)節(jié)減少將會對公路維護(hù)工程造成不利的影響。在實際公路檢測及維護(hù)工程中，建議選取合適的統(tǒng)計間隔，既能反映公路的平整度細(xì)節(jié)，又能根據(jù)獲得的信息制定維護(hù)方案。

關(guān)鍵詞：激光測距；公路平整度；IRI；統(tǒng)計間隔

中圖分類號：U 41" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

車輛在公路行駛過程中，路面平整度是車輛和人員安全的重要影響因素，在路面建設(shè)和保養(yǎng)工作中，路面平整度檢測是一個重要環(huán)節(jié)，而激光傳感測距因效率高，成本低，可廣泛應(yīng)用于路面平整度檢測中。為探求公路平整度檢測中采用激光傳感測距的規(guī)律，學(xué)者們進(jìn)行了多方面研究，張大斌等[1]研究了國產(chǎn)大功率攤鋪設(shè)備對瀝青路面平整度影響，研究結(jié)果表明，采用國產(chǎn)大功率攤鋪設(shè)備可以提高橫向攤鋪均勻性，提高瀝青路面平整度。黃國勇[2]對高速公路瀝青路面施工平整度控制進(jìn)行了研究，提出了瀝青路面平整度控制方法。胡朋等[3]對半剛性基層瀝青路面平整度波長進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明，車軸振動加速度的標(biāo)準(zhǔn)偏差可以作為車輛動載荷的直接指標(biāo)，車軸振動加速度的標(biāo)準(zhǔn)偏差隨車速和路面粗糙度增加而增加。

然而，學(xué)者們未考慮激光傳感測距下，統(tǒng)計間隔不同時的IRI（國際平整度指數(shù)）的變化規(guī)律，基于此，本文結(jié)合某公路平整度檢測工程，通過現(xiàn)場公路平整度試驗，采用IRI對比分析的方法，對基于激光傳感測距技術(shù)公路平整度試驗進(jìn)行了研究，分析不同統(tǒng)計間隔下IRI變化以及不同路段下的平整度分布趨勢。

1 研究區(qū)概況

本次研究的區(qū)域為某公路，該公路為早期建設(shè)的公路，雙向6車道公路，運營時間已超過5年，公路長時間受車輛輾壓，部分路面出現(xiàn)變形，若車輛長期在該公路上行駛，則會破壞路面結(jié)構(gòu)，縮短路面使用時長，因此，須對公路路面的平整度進(jìn)行檢測。

2 試驗材料和方法

2.1 試驗材料

在本次試驗中，公路平整度檢測的評價指標(biāo)為IRI（國際平整度指數(shù)），該指標(biāo)為衡量道路平整度的重要評價指標(biāo)，以四分之一車在速度為80km/h時的累積豎向位移值為IRI。路面平整度的檢測設(shè)備包括激光傳感器、振動傳感器、滑動模塊、數(shù)據(jù)采集裝置、檢測激活裝置、定位裝置以及控制計算機(jī)。

激光傳感器通過反射光線的角度和接收時間確定高程，振動傳感器通過檢測車的振動采集振動信號，然后對采集信號進(jìn)行分析。將激光傳感器固定在滑動模塊的滑臺上，使發(fā)射的激光脈沖垂直發(fā)射至地面，并隨著滑臺的往復(fù)運動，對路面進(jìn)行檢測。數(shù)據(jù)采集裝置與滑動模塊相結(jié)合使用，車輛行駛時收集路面的高度和振動信號，并進(jìn)行處理。檢測激活裝置，將數(shù)據(jù)采集裝置獲取的信號按照設(shè)定好的時間間隙定時發(fā)送，當(dāng)車輛速度變化時，采樣間隙隨之發(fā)生變化。定位裝置由位置傳感器和車輪編碼器組成，可獲取車輛所行區(qū)域的準(zhǔn)確位置，縮小測量誤差。所有檢測設(shè)備均安裝在檢測車一側(cè)，激光傳感器、振動傳感器和滑動模塊安裝在車身下部靠近后輪，定位裝置安裝在后輪中心位置，均與車內(nèi)數(shù)據(jù)采集裝置相連接。

2.2 試驗方法

本次試驗選取兩段長度為300m的公路作為試驗對象，設(shè)置編號為路段1和路段2。在試驗前，須確定安裝的激光傳感器誤差是否在允許范圍內(nèi)，首先，選擇有具體尺寸的物體放置在測試公路上，當(dāng)測量車輛靜止時，檢測公路的高程，記錄數(shù)據(jù)，其次，讓車輛緩緩從物體的一端駛過另一端，保持傳感器掃過物體，對物體進(jìn)行檢測，最后，將物體測量的高度數(shù)據(jù)與物體實際高度進(jìn)行對比，當(dāng)測量值與實際高度的誤差小于5%時，符合要求。

在試驗過程中，為保證兩段道路中選取的縱斷面相同，檢測時，車輛均以8km/h的時速靠右側(cè)車道行駛。在公路平整度檢測過程中，當(dāng)計算平整度的路段長度不同時，即統(tǒng)計間隔不同時，測算的IRI也不相同，為研究不同統(tǒng)計間隔下IRI的變化，研究設(shè)置了5種不同統(tǒng)計間隔，分別為15m、30m、60m、75m、150m，在不同統(tǒng)計間隔下，對兩段公路的IRI進(jìn)行了分析。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 不同統(tǒng)計間隔下IRI變化

當(dāng)統(tǒng)計間隔為15m時，路段1和路段2檢測后的IRI（國際平整度指數(shù)）變化如圖1所示。

由圖1可知，在路段1，IRI變化在2.03m/km～4.8m/km，其中在0～50m和200～300m波動大，在50～200m變化平緩。當(dāng)0～50m時，最大IRI為4.8m/km，位于公路距起始端30m區(qū)域，當(dāng)200～300m時，最大IRI為4.52m/km，位于距路段1起始端240m區(qū)域，其次為4.33m/km，位于距路段1起始端210m區(qū)域。在路段1起始段和終點段兩端，路面的平整度差。在路段2，IRI的波動范圍小于路段1，IRI的分布集中，整條道路的最大IRI為3.55m/km，位于距路段2起始端105m區(qū)域，其次為3.2m/km，位于距路段2起始端75m區(qū)域，相比路段1，路段2的平整度高。當(dāng)統(tǒng)計間隔為15m時，IRI的變化詳細(xì)反映了路面的平整度細(xì)節(jié)特征，該統(tǒng)計間隔可用于距離短，對平整度要求高的路段。

當(dāng)統(tǒng)計間隔為30m時，路段1和路段2檢測后的IRI（國際平整度指數(shù)）變化如圖2所示。

由圖2可知，在路段1，IRI（國際平整度指數(shù)）變化在2.24m/km～3.9m/km，在0～60m和240～300m，IRI波幅大，路面平整度差。在0～60m，IRI最大值為3.8m/km，位于距起始端30m區(qū)域內(nèi)，在240～300m，IRI最大值為3.9m/km，位于終點端位置。在路段2，除90～120m外，其他區(qū)間的IRI均小于路段1，在整條路段2，IRI最大值為3.05m/km，最小值為1.77m/km，在路段2兩端，路面平整度差，但相比路段1，路面平整度較好。當(dāng)統(tǒng)計間隔為30m時，相比統(tǒng)計間隔為15m時，減少了路面平整度的細(xì)節(jié)，但可以精準(zhǔn)反映路面的平整度。

當(dāng)統(tǒng)計間隔為60m時，路段1和路段2檢測后的IRI（國際平整度指數(shù)）變化如圖3所示。

由圖3可知，在路段1，IRI（國際平整度指數(shù)）變化在2.6m/km～3.63m/km，最大值與最小值相差1.03m/km，在路段2，IRI變化在2.19m/km～3.1m/km，最大值與最小值相差0.91m/km，相比路段1，相差幅度小。在統(tǒng)計間隔為60m條件下，路段1中的IRI分別為3.08m/km、2.6m/km、2.68m/km、3.63m/km、3.06m/km，IRI平均值為3.01m/km，路段2中的IRI分別為2.21m/km、3.0m/km、2.37m/km、3.1m/km、2.19m/km，IRI的平均值為2.57m/km，在路段1有3個IRI超過平均值，在路段2有2個IRI超過平均值。當(dāng)統(tǒng)計間隔為60m時，路面平整度的數(shù)據(jù)變化平滑，路面小幅度變化的細(xì)節(jié)特征減少，但完整反映了路面的平整狀態(tài)。

當(dāng)統(tǒng)計間隔為75m時，路段1和路段2檢測后的IRI（國際平整度指數(shù)）變化如圖4所示。

由圖4可知，當(dāng)統(tǒng)計間隔增加至75m時，與統(tǒng)計間隔小于75m時相比，部分路面的平整度特征已不能清晰表現(xiàn)。在路段1，IRI分別為3.0m/km、2.62m/km、3.27m/km、3.12m/km，

IRI的平均值為3.0m/km，路段2中的IRI分別為2.35m/km、2.65m/km、2.78m/km、2.37m/km，IRI的平均值為2.54m/km。其中，路段1中最大值與最小值相差0.65m/km，且有2個IRI大于平均值，路段2中最大值與最小值相差0.42m/km，相比路段1，路段2的平整度相對較好。當(dāng)統(tǒng)計間隔為75m時，路面平整度的數(shù)據(jù)變化進(jìn)一步平滑，路面變化的細(xì)節(jié)特征已不能明確表現(xiàn)，但當(dāng)路面平整度變化大時，仍能直觀反映該區(qū)域的狀態(tài)。

當(dāng)統(tǒng)計間隔為150m時，路段1和路段2檢測后的IRI（國際平整度指數(shù)）變化如圖5所示。

由圖5可知，路段1和路段2被分隔為2個區(qū)間，分別為0～150m和150～300m，在路段1，IRI分別為2.81m/km、3.25m/km，兩個IRI相差0.44m/km，在路段2，IRI分別為2.54m/km、2.62m/km，2個IRI相差0.08m/km，相比路段1，路段2的IRI變化較小。當(dāng)統(tǒng)計間隔為150m時，與統(tǒng)計間隔小于150m時相比，IRI仍能反映路面的平整度，但不能明確反映路面的細(xì)節(jié)特征。

3.2 不同路段下平整度分布趨勢

在統(tǒng)計間隔不同條件下，路段1和路段2的IRI（國際平整度指數(shù)）最大值、平均值和最小值變化見表1。

由表1可知，當(dāng)統(tǒng)計間隔為15m時，路段1和路段2的最大IRI和最小IRI差異大，可精細(xì)反映路段平整度，隨著統(tǒng)計間隔增加，兩條路段的最大IRI和最小IRI差異逐漸減少，對路面平整度細(xì)節(jié)控制減弱，僅能反映平整度相差大的區(qū)域，因此，在公路維護(hù)工程中，對公路平整度進(jìn)行檢測時，應(yīng)選取長度不大的統(tǒng)計間隔。

在統(tǒng)計間隔不同條件下，不同路段的平整度分布趨勢如圖6所示。

由圖6（a）可知，在路段1，隨著統(tǒng)計間隔增加，最大IRI（國際平整度指數(shù)）逐漸減少，最小IRI逐漸增加，平均IRI則呈緩慢增加趨勢，當(dāng)統(tǒng)計間隔為150m時，最大IRI和最小IRI逐漸趨向平均值。當(dāng)統(tǒng)計間隔增加時，路面平整度的細(xì)節(jié)減少，路面平整度反映粗略。

由圖6（b）可知，在路段2，隨著統(tǒng)計間隔增加，IRI的變化與路段1基本一致，當(dāng)統(tǒng)計間隔為150m時，最大IRI、最小IRI和平均IRI相差小，在路面平整度變化大的區(qū)域，IRI才能反映其狀態(tài)。

隨著統(tǒng)計間隔增加，最大IRI逐漸減少，最小IRI逐漸增加，平均IRI呈緩慢增加趨勢，且最大IRI和最小IRI逐漸向平均IRI靠近。因此，統(tǒng)計間隔越大，從IRI中反映路面平整度的細(xì)節(jié)越少，在公路維護(hù)工程中，當(dāng)路面平整度的細(xì)節(jié)減少時，會對路面的維護(hù)造成不利影響，因此，若對公路進(jìn)行施工維護(hù)，則統(tǒng)計間隔應(yīng)控制在75～100m。

4 結(jié)論

本文結(jié)合某公路平整度檢測工程，通過現(xiàn)場公路平整度試驗，采用IRI（國際平整度指數(shù)）對比分析的方法，對基于激光傳感測距技術(shù)公路平整度試驗進(jìn)行了研究，分析了不同統(tǒng)計間隔下的IRI變化以及不同路段下平整度分布趨勢，得出以下結(jié)論。1）當(dāng)統(tǒng)計間隔小于30m時，IRI（國際平整度指數(shù)）的變化詳細(xì)反映了路面的平整度細(xì)節(jié)特征，當(dāng)統(tǒng)計間隔為30～75m時，路面平整度的數(shù)據(jù)變化平滑，路面變化的細(xì)節(jié)特征減少，但仍能完整反映路面的平整狀態(tài)，當(dāng)統(tǒng)計間隔為75～150m時，路面變化的細(xì)節(jié)特征已不能明確表現(xiàn)，僅對路面平整度變化大的區(qū)域，IRI才能反映其狀態(tài)。2）隨著統(tǒng)計間隔增加，最大IRI（國際平整度指數(shù)）逐漸減少，最小IRI逐漸增加，均逐漸向平均IRI靠近。統(tǒng)計間隔越大，從IRI中反映路面平整度的細(xì)節(jié)越少，在公路維護(hù)工程中，當(dāng)路面平整度的細(xì)節(jié)減少時，會對路面的維護(hù)造成不利影響，因此對公路進(jìn)行施工維護(hù)時，應(yīng)該將統(tǒng)計間隔控制在75～100m。3）在實際公路檢測及維護(hù)工程中，建議選取合適的統(tǒng)計間隔，既能反映公路的平整度細(xì)節(jié)，準(zhǔn)確獲得道路路面信息，又能根據(jù)獲得的信息制定維護(hù)方案。對平整度要求高且距離短的公路來說，減少統(tǒng)計間隔長度，有助于詳盡反映路面的細(xì)節(jié)特征。

參考文獻(xiàn)

[1]張大斌，沈江濤，朱庭君.國產(chǎn)大功率攤鋪設(shè)備對瀝青路面平整度影響分析[J].黑龍江交通科技，2024，47（7）：35-39.

[2]黃國勇.高速公路瀝青路面施工平整度控制研究[J].運輸經(jīng)理世界，2024（18）：27-29.

[3]胡朋，陳加貞，王琨.半剛性基層瀝青路面平整度波長研究[J].公路交通科技，2024，41（6）：9-17，64.