激光平整度仪在公路工程平整度试验检测中的应用

摘要：在公路工程中，公路路面的平整度是一项非常重要的参数，直接影响着行车安全及舒适度，是路面评价及路面施工验收中的一个重要指标。加强公路路面的平整度检测工作不仅能高提路面工程质量还可以为决策者提供重要的数据信息，为将来公路路面的维护保养以及返修提供非常必要的优化决策信息。因此重点研究路面平整度的检测方法可以有效提高公路路面质量，其中激光平整度检测系统是检测公路平整度的一种高效、高质的重要方法。本文将重点论述基于激光平整度仪的车载激光平整度检测系统，分析该系统工作原理并结合工程案例详细阐述了激光平整度检测系统在公路路面施工中的应用及应用效果。

Abstract： in highway engineering， the smoothness of the road surface is a very important parameter， which directly affects the safety and comfort of the road. To strengthen the work of highway pavement roughness testing can not only raise the quality of pavement engineering but also provide important data for decision makers， for the future of highway pavement maintenance and repair to provide necessary information to optimize decision. Therefore， the study of road surface roughness detection method can effectively improve the quality of highway pavement， and the laser flatness detection system is an important method to detect the road roughness. This paper focuses on the vehicle laser flatness meter based on flatness detection system， analyzing the working principle of the system and combined with the engineering case describes the application of laser flatness detection system in highway pavement construction and its application.

关键词：路面平整度；重要指标；激光平整度检测系统

Key words： pavement roughness；important index；laser flatness measurement system

中图分类号：U416.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）11-0145-02

0 引言

随着我国交通运输的飞速发展，尤其是许多高级公路的发展，对公路的平整度要求也随之提高。公路的平整度直接影响着人们对于公路本身舒适程度、安全性能、便捷性的评价，路面的平整度也和公路的使用寿命紧密相关。随着公路施工技术的发展，对道路平整度的检测技术也有了明显得到了提高，然而由于传统的公路平整度测量方法测试精度低，测试速度慢、不适用于在已有较多坑槽、破损严重的路面上测定、需要大量低头弯腰的工作、需要大量人力、测量成本高等缺点，因而传统测量方式的应用逐渐减少。而激光平整度检测系统以期对路面平整度的检测速度快、稳定、精度高等优点广泛应用于公路路面平整度的检测工程中。本文主要从激光平整度检测系统在高速公路沥青路面平整度检测中的应用做出进一步分析。

1 公路路面平整度检测的重要性

路面平整度是公路施工收的重要指标之一，它反映出路面的纵断面曲线的平整性，当曲线相对平滑时反映出路面相对平整，而当曲非常曲折时则表示路面比较崎岖。路面平整度关系到行车安全、平稳度以及地面冲击力，如果公路不平等会大大增加路表的阻力，影响行车，使得车辆振动较大造成对汽车的损耗。振动还会对汽车产生很大的冲击力，加剧路面和汽车轮胎之间的摩擦，增加油耗。另外，一旦路面不平整，就会产生积水，增加行车的危险系数。影响路面平整度的因素是多种多样的，它包括设计、施工以及自然环境因素等，优质的路面在设计中充分考虑了施工环境，应用先进的检测系统和技术对路面进行了细致精密的检测。影响沥青混凝路面平整度的因素主要是不均匀的沉降、摊铺工艺、下层设计等。路面的平整度直接反映了车辆行驶过程中的舒适程度和稳定性以及公路的使用寿命。路面平整程度为后期的维修保养及返修提供了一定的依据，是进行路面施工的重要客观指标。

2 激光平整度检测系统原理及优势

激光平整度检测系统是一种基于激光技术，采用激传感器和距离传感器组合而成的路面纵断面检测系统。激光平整检测系统通过激光传感器测量车辆距离路面的高度，通过行程过程得到最终的路面纵向断面情况，最终计算路面的纵向平整程度。传感器是记录汽车在行驶中产生的振动的设备，通过加速传感器记录的数据的两次积分来扣除，惯性传感器可以将水平、纵向得出的数据经过专业软件分析输出最终的评价指标，例如国际平整度指标、平整度标准差、观测打分值等。

2.1 检测原理

如图1所示，在一标准刚性梁上，分别安装了5个激光位移传感器1、2、3、4、5（为了分析方便，传感器2、4用虚线表示），其中传感器2和4以3为中点，间隔2δ，传感器1和5以3为中点，间隔2Nδ（N>2），由此形成了步长分别为δ和Nδ的小步长和大步长双对称系统。X轴是测量过程中的标高基准线，在整个行驶测量过程中，该坐标系一直保持不变。

2.2 激光平整度检测系统优势

利用激光平整检测系统相比其他的检测系统具有检测速度快的优势，其检测速度可以达到传统检测方法的几倍乃至几十倍，它能够迅速就路面的平整度情况得出检测结果，改变了传统检测模式耗时长的缺陷。其次，激光平整度检测还大大提高了路面检测的准确性和精准度，通过实际数据我们可以看到，激光检测系统讲检测精度提高到了0.1mm，采集间距缩短到了0.13mm，检测车速也能达到80公里每小时。激光平整度检测系统能够在规模较大的路面中进行快速的检测，比如高速公路、城市道路、机场跑道路面检测等。检测后可以直接输出检测数据和数值，例如IRI值、行驶质量指数、纵断面参数、坡度值等。通过激光检测很大的减少了传统人为操作的误差，实现了检测系统的自动化和计算机化操作，更好的保证了地面监测的准确性和检测精度。激光平整度检测系统不仅仅适用于检测路面的平整度，还可以检测路面的纹理以及车辙深度等。

3 激光平整度检测系统的可靠性分析

3.1 速度影响性试验：速度影响性试验是指在激光平整度检测系统中检测结果是否会受到汽车行驶速度的影响。因此在速度影响性试验中选择一段路程进行两次平等试验，然后测量速度影响系数，测量的得出的结果小于5%则说明激光平整度检测系统受车速的影响是极小的，甚至是不受影响的，因此激光平整度试验是不受车速影响的。

3.2 重复性试验：重复性试验是对激光检测结果稳定性和准确性的检测，重复性试验中对同一段路面情况进行了检测，以固定的车速进行若干次平整度检测，平整度检测所得出的结果通过传感器传到计算机中，对其进行重复试验，最终比较几次检测的结果是否相同，即计算出变异系数，变异系数在5%以内则说明激光检测系统的稳定性比较好，几次检测的结果相差极小或者几乎不差，这又从另一个角度说明了激光平稳度检测系统的准确度较高。

3.3 相关性试验：相关性试验和重复性试验由相似的地方，它重在强调系统检测的准确性，采用其他系统检测方法对激光平整度检测系统所检测出的结果进行对比分析，确定该种方法的检测是否切实可行。在试验中选择了某一段路面，采用标准仪器和激光路面平整度系统对这段路进行对比检测。激光检测的结果和标准仪器检测结果的相关系数大于等于98%，这说明了激光平整度检测系统的相关性好，得到的检测结果较为精确。

4 应用案例

河南许昌某项目公路沥青路面的其中一个路段，全长约300m，设计车速大约为每小时100km。在该次路段测试过程中，采用的是精密水准仪、激光平整度检测设备，对其进行分别检测。第一，先利用目视法在该300m路段上确定8个路段。第二，利用精密水准仪在300m的路段上每隔250mm测出纵断面高程，然后运用程序计算路面的国际平整度指数。最后，采用激光平整度检测系统在300m的路段上每隔247mm进行测试，然后取先后3次测试的平均值作为测试结果，试验结果见图2。为激光路面平整度检测系统和精密水准仪对同一段路面检测得到的路面相对纵断面曲线，如图3所示。

从图3可以看到，上述两种仪器的测量结果非常的吻合，坑洼、凸起也比较对应，曲线局部位置的差别主要是因为该两种方法采样间隔不同步造成的，其中精密水准仪每隔250mm采一个点，而激光平整度检测系统运行过程中，则每隔247mm就会采5个点，然后取其平均值。

回归分析可知，激光检测结果[IRIc]和精密水准检测[IRIs]之间存在以下关系

[IRIs]=0.97[IRIc]+0.09

两者之间的相关系数为0.99，相对误差不超过4%，测试结果达到了世界银行组织规定的一类平整度检测仪器标准。

5 结束语

综上所述，激光平整度检测系统应用于沥青公路，具有速度快、精确度高、稳定性强的优势，这是对我国传统检测方法的又一突破。从上文中展示的几个试验可以看出激光平整度检测系统的可靠性高，适用于我国目前的公路施工和建设，通过平整度检测可以实现对公路质量进行把握，实现对沥青公路的后期维护，延长公路的使用寿命。

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