基于激光輪廓檢測儀的瀝青路面宏觀輪廓三維重構(gòu)

廖景鏗+邵申申+田力

【摘 要】為精確地描述瀝青路面宏觀輪廓的特征，本文基于激光輪廓檢測儀，結(jié)合自主研發(fā)的加速加載搓揉試驗機，對瀝青路面車轍板進行0，2，4，6，8小時的搓揉壓實試驗，并采集宏觀輪廓高程數(shù)據(jù)，編寫MATLAB程序?qū)β访婧暧^輪廓高程數(shù)據(jù)進行三維重構(gòu)。

【關(guān)鍵詞】瀝青路面；激光輪廓檢測儀；加速加載；三維重構(gòu)

引言

目前用以描述瀝青路面路表輪廓特征的方法有很多，然而不論是傳統(tǒng)方法還是一些較為先進的技術(shù)，其對于路表輪廓特征的描述仍局限于傳統(tǒng)的平均構(gòu)造深度（MTD）和平均斷面深度（MPD）兩個指標(biāo)，精度不夠且人為操作及外界影響因素多，本文將致力于利用自主研發(fā)的激光輪廓檢測系統(tǒng)，基于輪廓構(gòu)造這一面區(qū)域概念，對激光輪廓檢測儀采集的數(shù)據(jù)進行處理分析，試圖利用三維重構(gòu)模擬出路表輪廓特征圖，更加直觀的描述瀝青路面的表面輪廓特征。

一、激光輪廓檢測儀原理及儀器簡介

為了客觀準(zhǔn)確地了解瀝青路面的表面輪廓構(gòu)造情況，自主研發(fā)了激光輪廓檢測儀。本儀器利用激光測距的原理，運用電機對其掃描速度進行控制，進行數(shù)據(jù)讀取采集，這一系統(tǒng)能夠通過掃描速度和采樣間隔，控制測量范圍內(nèi)測量點的分布，從而準(zhǔn)確獲取測量所需的數(shù)據(jù)，并配合計算機MATLAB編程軟件對測量數(shù)據(jù)進行處理。

（一）儀器測量方案

結(jié)合本文所述及的激光輪廓檢測儀的原理，擬對瀝青路面的測量區(qū)域采取小間距，多條線的測量方法，以期達到一個覆蓋面區(qū)域概念的測量范圍，試圖客觀真實重構(gòu)瀝青路標(biāo)的輪廓特性。

首先對于測量區(qū)域的選擇，結(jié)合評價指標(biāo)中對于鋪砂法和激光法的參考，按照以往對于瀝青路面表面層鋪砂法的經(jīng)驗，其測量區(qū)域圓的半徑一般為15cm～20cm，其內(nèi)接正方形的邊長約為10.5cm～14cm，而激光法單條線的測量單元總長度一般為10cm，所以本儀器初步擬定測量區(qū)域為10cm×10cm。

（二）測量數(shù)據(jù)處理

依據(jù)測量方案，可以在計算機中得到1000×1000個測量點的測量數(shù)據(jù)的txt文件，利用MATLAB編程軟件，對得到的數(shù)據(jù)進行處理，進而得到所需的評價指標(biāo)。

對測量點的數(shù)據(jù)進行處理主要分為三個步驟，數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)處理以及指標(biāo)計算，具體說就是將測量所得到的測量點的txt文件數(shù)據(jù)讀入MATLAB程序，再對數(shù)據(jù)進行去噪和需要的整合，最后用以計算并進行三維重構(gòu)。

二、路表輪廓特征的三維重構(gòu)及比較

（一）加速加載搓揉試驗機工作原理簡介

本節(jié)研究過程采用自主研發(fā)的加速加載搓揉試驗機結(jié)合激光輪廓檢測儀，基于CAVF法和斷級配設(shè)計理論的材料設(shè)計方法改進了AC-13的級配組成及其設(shè)計方法，獲得間斷篩孔4.75mm的抗滑表層級配的瀝青混合料，為了區(qū)別于傳統(tǒng)的規(guī)范級配，本文將間斷（4.75mm）級配的AC-13簡稱為骨架密實型斷級配GAC-13，其級配表如表1所示。實驗對象為GAC-13級配的瀝青混合料車轍板，車轍板的尺寸為300×300×50mm ，輪載為100kg，在水環(huán)境下對GAC-13級配的車轍板和進行0，2，4，6，8小時的搓揉。搓揉試驗結(jié)束后，在常溫下將車轍板晾干，分別進行激光輪廓檢測試驗。

（二）三維重構(gòu)

利用測量得到的數(shù)據(jù)，編寫MATLAB程序?qū)Ω鞣N測量車轍試件的邊面輪廓進行三維重構(gòu)，揭示不同搓揉時間下路表輪廓特征的變化情況。

三、結(jié)論

試驗采用GAC-13級配形式，由圖中可以看出，無論是初始的輪廓特征還是隨著搓揉壓實時間的增加，GAC-13輪廓特征較豐富，初始及搓揉8小時后這種優(yōu)勢依舊存在，說明GAC-13路面抗滑性能及耐久性較好。

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