關于路面不平度測量研究

張羽

廣東鴻高建設集團有限公司 523000

摘要：隨著傳感器技術、計算機技術和信號處理技術的飛速發(fā)展，人們對路面不平度的采集、測量和各種試驗方法也在不斷的更新和改進。近年來，這一領域已經(jīng)涌現(xiàn)出了多種測量和試驗分析的新方法。本文分析了傳統(tǒng)路面不平度的測試方法，為行內(nèi)探討提供參考或借鑒。

關鍵詞：路面不平度；測量；儀器

引言：

路面不平度是指道路表面相對于理想?yún)⒖计矫娴钠x。近年來，隨著對公路服務質量要求的不斷提高及路面管理系統(tǒng)的不斷發(fā)展，隨著傳感器技術、計算機技術和信號處理技術的飛速發(fā)展，人們對路面不平度的采集、測量和試驗的方法也在不斷的更新和改進，這一領域陸續(xù)出現(xiàn)了多種測量和試驗分析的新方法。

一、國內(nèi)路面不平度測量歷史與現(xiàn)狀

國內(nèi)于20 世紀60 年代開始路面不平度的測量與研究。1965 年，長春汽車研究所用標桿法測量了江蘇、安徽等省的若干公路的路面不平度，并進行了譜估計。70 年代以來，一汽和吉林大學合作，在路面測量和統(tǒng)計分析方面作了較深入的工作，并完成了海南試驗場可靠性跑道的設計與構筑。目前，較為完善的中國道路路譜數(shù)據(jù)相對匱乏，但其在汽車研發(fā)階段的作用日益受到各大汽車公司的關注。早在1988 年，為了使富康轎車能夠適應中國的道路條件和使用條件，中法雙方專家就共同組織了在中國不同地區(qū)的行駛試驗，包括多種地形、多種路況，記錄了大量試驗數(shù)據(jù)通過對試驗過程記錄數(shù)據(jù)的分析，中法專家對將要引進的產(chǎn)品提出了30 項改進意見，以適應中國的道路條件和使用條件。1996 年，美國通用公司派專家測量了中國的部分路譜，根據(jù)路譜統(tǒng)計結果對上海通用公司生產(chǎn)的轎車的懸掛系統(tǒng)做了改進。

近些年，一些企業(yè)、大學進行了越來越多的道路譜數(shù)據(jù)測量工作。從2008 年8 月起，國家“863”計劃資助的項目開始在全國大范圍內(nèi)進行道路譜數(shù)據(jù)采集，旨在結合實際道路特點，測量道路譜信息、地理信息以及視頻信息，建立道路譜數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)室內(nèi)道路模擬等。數(shù)據(jù)采集及應用流程如圖1 所示。

圖1 數(shù)據(jù)測量及應用流程圖

二、路面不平度測量系統(tǒng)

路面不平度測量已經(jīng)進行了長達50年的研究，其測量方法和儀器有很多種，按照測量基準分類有固定基準、隨動基準、遞推基準、慣性基準和角度基準等；按照測量原理不同分為直接接觸式的測量儀和非接觸式測量儀（響應式測量儀）等。對車輛的耐久性仿真研究來說，一般使用沿著車輪軌跡方向的兩維剖面曲線，如圖2所示。為此，開發(fā)了一套沿車輪軌跡縱向的路面測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)能快速地測量瀝青路、水泥路、沙石路和試驗場道路，最大測量波長可達100 m，而這個波長正是平順性分析所需要的。

路面不平度系統(tǒng)的激光橫梁如圖3所示，里面包含5個激光傳感器、6個加速度傳感器，以及陀螺儀。為了測量距離、速度等參數(shù)，系統(tǒng)加載一個輪速編碼器，陀螺儀是為了配合GPS進行大路形的測量之用。輪速編碼器、GPS系統(tǒng)、兩個視頻攝像機和高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于路面不平度傳感器以及其他車輛參數(shù)的同步記錄，4路激光傳感器、4路加速度計可實現(xiàn)道路譜的測量，另外在中間設置1路激光器，用于測量車輛中間的道路起伏，在每個輪跡處布置兩個高精度激光傳感器，其中一個傳感器位于輪胎中性面上，另一個激光傳感器位于輪胎邊緣附近，用于協(xié)助測量分析道路斜坡。激光、加速度和陀螺儀布置方案如圖4所示。加速度傳感器布置在兩個激光傳感器的中間，加速度測量范圍可以從0頻開始，上限為3 kHz。

圖2 縱向道路表面的測量曲線

圖3 路面不平度系統(tǒng)的激光橫梁

圖4 激光、加速度和陀螺儀布置

相機在前后擋風玻璃處各放置一個，用于監(jiān)測道路實時情況。

采集控制箱用于給車輛前面的激光橫梁里面的傳感器設備供電以及數(shù)據(jù)進入采集卡之前的調(diào)理和濾波，數(shù)據(jù)采集方案如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)采集方案

磁盤陣列采用ESA12U-G2421型的，用于采集的海量路面高程數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)的存儲。

UPS電源采用山特的3 kVA全在線式不間斷電源，用于給系統(tǒng)提供標定時（車輛熄火）的電源和穩(wěn)壓。

三、路面不平度測量方法

1、硬路面不平度測量方法

路面不平度測量的最初發(fā)展是和公路路面質量評價相聯(lián)系的，路面不平度測量儀的出現(xiàn)可以追溯到1 9 2 5年，把地面幾何學引入車輛振動研究還是本世紀6。年代的事。

根據(jù)路面不平度測量原理，現(xiàn)有的路面不平度測量儀可分為響應型測量儀和路面波形儀。

（1）響應型測量儀

響應型測量儀的工作原理是：測量儀通過被測路面時，測量系統(tǒng)的某一響應量，通過動態(tài)標定反求地面有效激勵.這是一種間接測量方法，其測量結果只有經(jīng)過標定才能應用. 由于測量輪具有一定的直徑，它測得的是“ 包絡有效不平度” . 顯然，測量儀的動力學特性和測量速度會對測量結果產(chǎn)生影響. 目前常見的響應類測量儀有B P R R o u -名h m e t e r、M a y M e t e r 等.

在目前的路面不平度測量中，響應類側量儀應用較為廣泛. 其原因在于其價格低廉，操作簡便.由于它采用間接測量方法，適當?shù)臉硕ǚ椒▽τ跍y量結果的應用以及不伺測量系統(tǒng)之間的比較就顯得十分重要. 由于它測量的是包絡有效不平度，因而比較適合用于車輛振動研究中的路面不平度測量。

（2）路面波形儀

路面波形儀是一種可以在一定精度范圍內(nèi)測量地面真實形狀的儀器. 標桿測量系統(tǒng)就是一種最原始的路面波形測最儀.新近發(fā)展起來的路面波形儀有非接觸測量儀（如雷達、紅外、激光等測量儀）. 它通過接收地面反射的波信號而測量路面波形.

還有一種目前應用較為廣泛并被歸類為路面波形儀的測量儀— G M R 波形儀. 它用一個加速度計測量汽車車身振動加速度，同時測量車身和地面追隨輪之間的相對位移. 把前一信號兩次積分與后一信號相加即可得到路面波形.

國內(nèi)七十年代末由趙濟海等發(fā)展的斜率式真實路面儀采用角測法測量路面波形，并應用于實踐.

路面波形儀一般需建立一個幾何水平基準面. 目前常常采用的是陀螺儀.這就使得測量儀儀價格昂貴，使用不便. 路面波形儀測量的是真實路面形狀，比較適合于路面質量評價.如果應用于車輛振動研究，則必須另外考慮車輪的包絡特性影響. 這是一項復雜的工作。

2、軟路面不平度測量

由于車輪一地面相互作用的復雜性及受理論水平的限制，軟路面對車輪的有效激勵尚不能準確描述. 目前的研究多沿用硬路面測量方法，即測量原始地面不平度或車轍不平度，而不考慮地面變形的影響。

早期的軟路面不平度測量采用的是靜態(tài)方法測量原始地面不平度（如W e n d e nb o r n，M i t s c h ke 等）.這種人工測量方法太費時，而且精度差.70 年代末，H u n f e r 和L a i b t 用加速度方法測得了某些農(nóng)業(yè)地面的路面譜.他們強調(diào)指出，在保證測量輪不跳離地面條件下應盡量減輕測量輪及框架重量，以減小測量輪下地面變形量.80 年代uF i i m o t。在五輪儀輪軸上安置加速度傳感器測量施工工地地面不平度.Ohmiya采用角測法測量農(nóng)業(yè)地面不平度，其實質是測量地表波形。

我們認為，當車輛越過軟路面時，車輪下的地面變形對地面給車輪的有效激勵是有影響的.在測量軟路面不平度時應考慮到這一點。

3、路面不平度測錄儀標定方法

路而波形儀可直接測量路而真實形狀.對干響應類測量儀，由于其間接測量，一個適當?shù)臉硕ǚ椒ň惋@得極為重要. 國外己在這方面作了大量的工作，目前常用的標定方法有：

（1）墓本標定方法：在標定路面上采用一路面波形儀測量其波形，再將測量結果輸入特定的1 / 4汽車模型（Qu a r t e r 一aC：M o d e l），將其輸出與實際待標定的響應類測量儀輸出比較而標定. 它主姿用于公路路面質量評價的路面不平度測量.

（2）人造路面標定法：讓待標定的響應類測量儀通過一路面形狀己知的人造路面而標定.為了減小標定誤差，人造路面應包括粗糙、一般和平滑三種類型.

（3）液壓振動臺標定：將響應類測量儀置于振動臺上，輸入豈知的激勵而標定.這種方法不能考慮輪胎不圓滾動造成的振動以及輪胎動、靜剛度間的差別，因而不宜用于平滑路面不平度測量標定。

對于軟路面，其路面波形與有效不平度間是有差別的，而且這種差別與路面波形、車輛參數(shù)以及地面堅實度等有關.所以其標定不能采用上述第1、2 種標定方法. 對于第3 種方法，應用時應研究它本身存在的問題。

結束語

隨著時代的發(fā)展和科技的進步，人們對車輛的行駛質量的要求也越來越高，路面不平度通常用來描述路面的起伏程度，是汽車行駛過程中的主要激勵，影響車輛行駛的平順性、乘坐舒適性、操縱穩(wěn)定性、零部件疲勞壽命、運輸效率、油耗等各個方面。所以對于汽車工程技術人員，研究分析路面不平度具有重要的意義。

參考文獻：

[1]段虎明，石峰，等.路面不平度綜述[J].振動與沖擊.2009，28（9）：95-101.

[2]趙繼海，王哲人，關朝靂.路面不平度的測量分析與應用[M].北京：北京理工大學出版社，2000.54-66.

[3]喻翔，彭其淵.公路檢測技術的發(fā)展[J].交通標準化，2001（6），78-80.

[4]荊強，郝宇龍，等.路面不平度的頻譜分析及其AR模型[J].軍械工程學院學報，2006，18（6）：11-13.

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長期的景觀效果得到一步提高。

4）用恒張力彈簧補償裝置取代傳統(tǒng)的重力式墜砣補償裝置

柔性架空接觸網(wǎng)采用的張力補償裝置主要有重力式、液（氣）壓式、彈簧式，過去由于非重力式補償裝置在效果、壽命等方面的缺陷，長期以來主要采用重力式。目前新型平面渦卷彈簧恒張力補償裝置已經(jīng)通過省部級鑒定，在南京地鐵、蘇州地鐵以及京滬高速鐵路等許多電氣化鐵路建設項目中得到運用，其各項技術指標均不低于常規(guī)的重力式補償裝置。由于沒有補償墜坨、限制架等附屬結構，彈簧補償裝置的景觀效果遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)設備，值得推廣采用。

5）消減下錨拉線并改進錨柱造型

下錨拉線對景觀有較明顯的影響，可對成排錨柱和單獨下錨的支柱進行特殊設計，在盡量減少拉線的同時建議改進造型，增加藝術元素。

5 結語

城市軌道交通接觸網(wǎng)景觀優(yōu)化是一個較少被提及但又不容忽視的課題，隨著人文意識的不斷提高，必將越來越受到重視。設計單位應在改善景觀設計方面加強投入，勇于嘗試，有意識地將接觸網(wǎng)工程和諧融入到周邊的建筑環(huán)境中，努力使其成為城市建設中的一道亮麗的風景。

參考文獻：

[1] 鐵道部電化工程局電氣化勘測設計處.電氣化鐵道設計手冊——接觸網(wǎng)[M].北京：中國鐵道出版社，1983：1.

[2] 曾欽源. 接觸網(wǎng)景觀評估體系的建立[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊，2009（6）：149-150.

[3] 周鑫，曾欽源. 接觸網(wǎng)景觀設計評估體系在武漢站的應用[J].鐵路技術創(chuàng)新，2010（1）：47-49.

[4] 陸振鐸，楊超，于蕭寒. 基于接觸網(wǎng)技術的現(xiàn)代城市有軌電車景觀研究[J].都市快軌交通，

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判斷是否達到設計和灌注要求。清孔后沉渣厚度不大于5cm。

（3）樁基砼采用的砼到現(xiàn)場后，需檢查砼均勻性和坍落度，應符合規(guī)定要求。

（4）孔身及孔底得到監(jiān)理工程師認可和鋼筋骨架安放后，應立即開始灌注混凝土，并應連續(xù)進行，不得中斷。灌注混凝土時，混凝土的溫度不應低于5℃。當氣溫低于0℃時，灌注混凝土應采取保溫措施。強度未達到設計等級50%的樁頂混凝土不得受凍。

（5）導管由管徑不小于250mm的管子組成，用裝有墊圈的法蘭盤連接管節(jié)。導管應進行水密、承壓和接頭抗拉試驗。在灌注混凝土開始時，導管底部至孔底應有250～400mm的空間。首批灌注混凝土的數(shù)量應能滿足導管初次埋置深度（≥1.0m）和填充導管底部間隙的需要。在整個灌注時間內(nèi)，出料口應伸入先前灌注的混凝土內(nèi)至少2m，以防止泥漿及水沖入管內(nèi)，且不得大于6m。應經(jīng)常量測孔內(nèi)混凝土面層的高程，及時調(diào)整導管出料口與混凝土表面的相應位置，并始終予以嚴密監(jiān)視，導管應在無水進入的狀態(tài)下填充。

2.8.3泥漿處理

收集灌注砼時產(chǎn)生的泥漿，然后用泵抽至運泥漿船或車，外運至指定地點排放，絕對不能排入農(nóng)田、河流等處。

3結語

鉆孔灌注樁技術是一種較好的樁基施工技術，對橋梁的基礎設施有著十分積極的意義，鉆孔灌注樁是目前在普通跨徑橋梁建設工程中最常用的基礎形式之一，它具有適應性強、對鄰近構筑物影響較小、無振動、所需的設備簡單、操作方便等特點，鉆孔灌注樁處理基礎的技術被廣泛采用，有著明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。