針對(duì)路面的剖面曲線測(cè)量分析

摘要：本文主要分析了路面的剖面曲線測(cè)量方法，闡述了在當(dāng)前形勢(shì)下，加強(qiáng)對(duì)道路路面的剖面曲線測(cè)量的重要性，針對(duì)道路路面的真實(shí)剖面曲線測(cè)量方法進(jìn)行研究。筆者通過(guò)研究，總結(jié)和歸納自身多年工作經(jīng)驗(yàn)，提出一些加強(qiáng)路面的剖面曲線測(cè)量對(duì)策。希望通過(guò)本文的分析能幫助相關(guān)道路建設(shè)單位提高路面的剖面曲線測(cè)量水平和質(zhì)量，能更好地應(yīng)對(duì)工作中存在的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：路面;剖面曲線;測(cè)量系統(tǒng)

評(píng)價(jià)和反映道路的路面情況，通常采用的是國(guó)際路面平整度指數(shù)，但在實(shí)際的應(yīng)用中常常需要更為準(zhǔn)確的真實(shí)路面剖面曲線數(shù)據(jù)。路面的剖面曲線測(cè)量是一項(xiàng)十分復(fù)雜且重要的工作，測(cè)量方法有很多種，而路面的剖面曲線測(cè)量作為整個(gè)路面真實(shí)起伏變化的體現(xiàn)，其測(cè)量水平和質(zhì)量將直接影響著道路整體的平整度水平和質(zhì)量，關(guān)系著后期道路使用周期和使用舒適度。因此，探討、分析路面的剖面曲線測(cè)量具有重要的作用和意義，只有道路建設(shè)工作人員重視工作、研究工作中路面的剖面曲線測(cè)量方法，最終，才能提高整個(gè)道路路面的剖面曲線測(cè)量技術(shù)水平和質(zhì)量。

一、道路路面剖面曲線測(cè)量的發(fā)展

最早的路面剖面曲線測(cè)量方法主要是利用水平儀和標(biāo)高，例如，我國(guó)的襄陽(yáng)、定遠(yuǎn)等汽車試驗(yàn)場(chǎng)，從建筑到最后的驗(yàn)收都是采用的該種方法。同時(shí)，該方法主要的優(yōu)點(diǎn)就是測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)切、重復(fù)性強(qiáng)以及幅頻特性好等。但是，同樣也有一定的缺陷，如測(cè)量效率較低、速度太慢等。為了彌補(bǔ)這些缺陷，又相繼研制出了基于直梁基準(zhǔn)的測(cè)量設(shè)備、遞推式的路面計(jì)、顛簸累積儀、多輪測(cè)平車等。

道路路面的剖面曲線測(cè)量方式可以分為兩種，一種是接觸式道路譜或是路面不平度測(cè)量。這種方式具有誤差源少、重復(fù)性強(qiáng)、測(cè)量精度高、成本較低以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)還具備影響交通、測(cè)量效率低、速度慢以及操作復(fù)雜扽那個(gè)缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)導(dǎo)致該種方法沒(méi)有引起大范圍的使用，并且人們?cè)谶@種方式的基礎(chǔ)上又研究出一種新型的測(cè)試方法;2、非接觸式的道路譜測(cè)量檢驗(yàn)方法。該種方法是近幾年才發(fā)展起來(lái)的，這類儀器發(fā)展和推廣十分迅速，主要是因?yàn)闇y(cè)量方便快捷并且測(cè)量速度快。這些儀器和測(cè)量方法主要包括：激光斷面儀、車載式顛簸累積儀等，其中使用最為廣泛的是激光斷面儀測(cè)量。非接觸式測(cè)量?jī)x器的最大優(yōu)點(diǎn)就是測(cè)量基準(zhǔn)度高、速度快、效率高。但是缺點(diǎn)也非常明顯，就是測(cè)量過(guò)程中使用慣性基準(zhǔn)。

二、路面剖面曲線的測(cè)量分析

（一）傳統(tǒng)測(cè)量方法存在的問(wèn)題

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)、傳感器等技術(shù)也在不斷提高和完善，因此，人們對(duì)大陸路面測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度也越來(lái)越高。上一部分介紹了很多測(cè)量方式，非接觸式測(cè)量設(shè)備和方法為道路路面測(cè)量做出了較大的貢獻(xiàn)，并且技術(shù)也相應(yīng)的提高和改善。但這類設(shè)備只能對(duì)波長(zhǎng)較小的信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，而對(duì)于大于車輛長(zhǎng)度的信號(hào)波長(zhǎng)，則在測(cè)量時(shí)存在較大的誤差。忽略大波長(zhǎng)信號(hào)直接導(dǎo)致了道路沒(méi)有坡度概念而成為筆直的道路。有學(xué)者提出道路路面的剖面曲線信號(hào)的波長(zhǎng)應(yīng)為0.01到100米之間，只有在這個(gè)方位內(nèi)的波長(zhǎng)才具有較好的應(yīng)用前景。因此，測(cè)量方法還有待改進(jìn)。

（二）路面的剖面測(cè)量研究

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷的發(fā)展，汽車行業(yè)的發(fā)展也十分迅速，而且還實(shí)現(xiàn)了自主研發(fā)的目的。道路路面數(shù)據(jù)不僅對(duì)于汽車的各種性能起著重要的作用，而且作為車輛的主要振動(dòng)機(jī)理源，同時(shí)還能為汽車性能研發(fā)提供重要的數(shù)據(jù)支撐。所以，對(duì)路面數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)的采集和測(cè)量是非常重要的，因此我們需要在激光斷面儀基礎(chǔ)上加大研發(fā)力度，研制出一套高精度、寬頻段的道路譜測(cè)量設(shè)備，道路譜測(cè)量系統(tǒng)主要將道路路面的信號(hào)測(cè)量頻段分為兩段：一是小波形信號(hào)，二是大波形信號(hào)。

小波形信號(hào)主要分為三個(gè)方面分析：1、大于0.1Hz的波長(zhǎng)分為兩個(gè)部分處理;2、波長(zhǎng)不小于3Hz的信號(hào)，主要采用高頻加速度傳感器，通過(guò)對(duì)車身的振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量并將測(cè)量數(shù)據(jù)用以修正激光位移信號(hào);3、在0.1Hz～3Hz之間的信號(hào)，與0.3Hz處理方式是一樣的，不過(guò)要使用低頻加速度傳感器。最后將測(cè)量的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行疊加，從而得到小波形路形信號(hào)。在計(jì)算的過(guò)程中，還要將加進(jìn)行二次積分速度采樣信號(hào)與濾波以后的激光信號(hào)進(jìn)行疊加修正。

以上針對(duì)的是小波形信號(hào)計(jì)算，下面我們來(lái)分析頻率低于0.1Hz的大波形信號(hào)計(jì)算。想要得到實(shí)時(shí)的大波形信號(hào)曲線，我們應(yīng)該分為兩個(gè)部分進(jìn)行：1、采用實(shí)時(shí)的GPS測(cè)量其中的海拔高度信號(hào);2、測(cè)量過(guò)程中，需要考慮衛(wèi)星遮擋信號(hào)引起的誤差，采用卡爾曼融合計(jì)算進(jìn)行修正。

由于大、小波形曲線的采樣頻率不同，大波形信號(hào)采樣是每一米一個(gè)間隔采樣點(diǎn)，而小波形數(shù)據(jù)則是每一毫米間隔一個(gè)采樣點(diǎn)，因此，我們?cè)讷@得大、小波形曲線數(shù)據(jù)以后，不能將其直接進(jìn)行疊加。應(yīng)該將大波形信號(hào)變成和小波形信號(hào)處于相同抽樣頻率，主要采取的方法是將大波形信號(hào)進(jìn)行三次的樣條插值，通過(guò)該種方式，我們就可以得到真實(shí)的道路剖面曲線信號(hào).

由以上分析我們可以看出，系統(tǒng)的測(cè)量信號(hào)想要得到真實(shí)的道路路面曲線，需要在小波形數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上加一個(gè)趨勢(shì)項(xiàng)，所謂的趨勢(shì)項(xiàng)就是指路面的坡度走勢(shì)。該測(cè)量系統(tǒng)在排除交通管制，按照正常的行駛車速進(jìn)行計(jì)算時(shí)，從結(jié)果可以看出其不僅測(cè)量速度相當(dāng)快，而且測(cè)量數(shù)值的精準(zhǔn)度非常高，同時(shí)測(cè)量的頻段范圍廣，促進(jìn)了對(duì)現(xiàn)有的測(cè)量設(shè)備和測(cè)量方式的提高和改進(jìn)，從而得到更為精確的 道路路面曲線譜以及路面數(shù)據(jù)，提高了基礎(chǔ)道路路面信號(hào)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。

在后期，我們針對(duì)該系統(tǒng)的應(yīng)用做了大量實(shí)踐，從實(shí)踐結(jié)果可以看出該路面測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)量方法具有很大的適用性。主要的實(shí)踐結(jié)果如下：針對(duì)道路路面的不平度以及路面結(jié)構(gòu)的研可以采用小波形數(shù)據(jù);反應(yīng)地區(qū)和路段的大范圍地形地貌的變化趨勢(shì)等可以通過(guò)大波形測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行研究;汽車試驗(yàn)時(shí)，可以將真實(shí)路面的剖面曲線信號(hào)作為分析車身振動(dòng)波長(zhǎng)的真實(shí)輸入信號(hào)。在實(shí)驗(yàn)中，我們還發(fā)現(xiàn)如果想要促進(jìn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量精度的提高和改善，只需要采用差分GP測(cè)量方法就可以達(dá)到目的。因此，為了能夠獲得更加準(zhǔn)確的道路路面的剖面數(shù)據(jù)曲線，我們可以在需要有高精度、車速快的道路路面測(cè)量中，采用移動(dòng)站或是固定基站與差分GPS設(shè)備相結(jié)合進(jìn)行測(cè)量。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文主要分析了道路路面的剖面曲線測(cè)量方式。地貌環(huán)境、使用期限、鋪裝材料以及設(shè)計(jì)等級(jí)等都會(huì)對(duì)道路路面的起伏度造成影響，道路路面的剖面曲線信號(hào)主要的作用之一就是對(duì)路面的真實(shí)起伏變化情況進(jìn)行描述。因此，本文首先回顧了剖面曲線測(cè)量設(shè)備和測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，然后具體針對(duì)道路的剖面曲線測(cè)量設(shè)備等進(jìn)行詳細(xì)的分析。最后，筆者針對(duì)道路路面的剖面曲線測(cè)量方法以及使用的測(cè)量設(shè)備進(jìn)行分析和總結(jié)并提出了具體方法。筆者希望更多的專業(yè)人士能投入到該課題研究中，針對(duì)文中存在的不足，提出指正建議，為提高我國(guó)道路路面的剖面曲線測(cè)量工作做出重要的貢獻(xiàn)。

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