高速公路養(yǎng)護質(zhì)量激光檢測技術(shù)及應(yīng)用的思考

申歡

（貴州宏信創(chuàng)達工程檢測咨詢有限公司）

前言

雖然在國外的高速公路工程之中，質(zhì)量檢測工作已經(jīng)大部分應(yīng)用了激光檢測設(shè)備，但是由于激光檢測設(shè)備價格和引進因素的影響，我國目前所引進的國際上先進的激光設(shè)備屈指可數(shù)。隨著高速公路建設(shè)工程需求的提升，對于養(yǎng)護質(zhì)量的檢測需求也與日俱增。當(dāng)傳統(tǒng)檢測手段難以滿足當(dāng)前的檢測需要時，就必須積極進行技術(shù)改革和技術(shù)創(chuàng)新，其中激光檢測技術(shù)是一項先進可行的技術(shù)。

1 應(yīng)用于養(yǎng)護路面質(zhì)量檢測的激光檢測技術(shù)的實現(xiàn)

現(xiàn)階段國內(nèi)外常見的激光檢測技術(shù)主要為三維激光掃描技術(shù)，這一技術(shù)手段時GPS技術(shù)之后出現(xiàn)的先進的測繪技術(shù)。與傳統(tǒng)的測繪技術(shù)相比，三維激光掃描技術(shù)在測繪方面能夠?qū)崿F(xiàn)更具精度和準(zhǔn)確性的立體掃描，從而避免了傳統(tǒng)測繪手段當(dāng)中因點對點掃描所帶來的局限性。隨著技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用于高速公路養(yǎng)護質(zhì)量檢測中的三維激光掃描技術(shù)，可以借助于專業(yè)的系統(tǒng)工具，對高速公路養(yǎng)護中的公路路面整體形態(tài)進行表面點的確定，從而生成云數(shù)據(jù)。這種掃描方法效率更快，精度也更高，同時掃描硬件屬于非接觸式工具，能夠避免對公路路面的損毀。

在研究和發(fā)展的過程中，三維激光掃描技術(shù)逐漸與空間信息技術(shù)相互融合，從而在諸多空間建筑領(lǐng)域得到了應(yīng)用[1]。為了能夠進一步提升其利用效率，提高精準(zhǔn)度和判斷能力，我國在進行三維激光研究中，提出了三維視覺的概念。這一概念的實現(xiàn)依靠全方位攝影、高分辨率照相和幾何云點紋理信息處理等先進技術(shù)來實現(xiàn)，在空間信息獲取的過程中，能夠?qū)λ诘难芯繉ο罂臻g進行三維建模，從而實現(xiàn)對對象空間建筑的準(zhǔn)確判斷。在高速公路工程當(dāng)中，三維激光掃描技術(shù)能夠通過建模的方式以及直接測量等方式對真實的養(yǎng)護路面進行充分還原，并最終得到公路平整度、公路路面變形情況的詳細參數(shù)數(shù)據(jù)，最終完成對高速公路養(yǎng)護質(zhì)量的精準(zhǔn)評價。

2 高速公路養(yǎng)護質(zhì)量檢測中激光檢測技術(shù)的應(yīng)用

2.1 路面平整度檢測中激光檢測技術(shù)的應(yīng)用

2.1.1 檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)置

路面平整度作為養(yǎng)護質(zhì)量中的重要數(shù)據(jù)，在進行檢測時需要具備極高的檢測參數(shù)精度。在三維激光掃描技術(shù)中，通過激光平整度儀可以構(gòu)建專門的檢測系統(tǒng)，對平整度進行數(shù)據(jù)獲取和質(zhì)量判斷。在該系統(tǒng)之中，硬件架構(gòu)主要有距離傳感器和及滾滾傳感器共同組成，兩組傳感器的檢測對象對高速公路的路面縱斷面智商，因此在進行架設(shè)時往往將儀器安裝于標(biāo)準(zhǔn)的剛性梁之上。某檢測工程中，剛性梁安裝舞臺激光傳感器對路面位移情況進行記錄，通過傳感器編號設(shè)定各個傳感器間隔，最終形成大步長和小步長的對稱系統(tǒng)，進行測量坐標(biāo)系的標(biāo)高基準(zhǔn)線數(shù)據(jù)獲取。而在高速公路使用中，則通過距離傳感器對汽車行駛時所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和位置信息進行判斷，最終根據(jù)數(shù)據(jù)信息和平整度指標(biāo)，對該路段的平整度去年概況進行打分。

2.1.2 激光檢測的試驗分析內(nèi)容

為了保證激光檢測數(shù)據(jù)和質(zhì)量評分能夠具有反映真實情況的能力，還需要對激光檢測結(jié)果進行試驗分析。常見的試驗手段有重復(fù)性試驗、速度影響性試驗等。其中重復(fù)性試驗是指在激光檢測完成后對其檢測結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性的試驗。試驗方法主要集中在某一個既定的路面之中，通過多次平整度檢測，將所獲取的車輛行駛速度帶入到檢測結(jié)果中，并進行多次重復(fù)分析，從而控制結(jié)果誤差。當(dāng)多次平整度分析的變異系數(shù)均低于0.05后，即可以認(rèn)定該檢測具有準(zhǔn)確性；速度影響試驗的主要目的在與判斷檢測結(jié)果是否會受到汽車行駛速度的影響而造成誤差，為了能夠?qū)τ绊懸蛩剡M行判斷，檢測人員需要對某一段路程中的檢測對象與汽車行駛情況進行兩次以上的平等分析，隨后，依據(jù)速度影響系數(shù)對結(jié)果進行測量，結(jié)果誤差率在0.05以下，方可認(rèn)定檢測結(jié)果不會受到汽車行駛速度影響，具有準(zhǔn)確性[2]。

2.2 路面變形情況檢測中激光檢測的應(yīng)用

2.2.1 數(shù)據(jù)信息采集

在三維激光掃描技術(shù)當(dāng)中，通過對路面信息進行采集的方式，獲取計算數(shù)據(jù)進行點云數(shù)據(jù)的計算，能夠十分精準(zhǔn)的判斷路面變形情況，從而為高速公路養(yǎng)護質(zhì)量的評判提供依據(jù)。其中，路面信息采集主要以控制測量的方法為主，這種方法主要氛圍平面控制測量和高程控制測量兩個方面，在三維激光掃描技術(shù)中，平面控制測量應(yīng)用GPS技術(shù)，對路面進行選點，再通過控制點觀測獲得坐標(biāo)系數(shù)據(jù)信息；而高程控制測量則需要利用GPS網(wǎng)進行共用控制點設(shè)置，從而使每一條目標(biāo)路段之間都能夠依靠閉合水準(zhǔn)線進行連接。通過水準(zhǔn)線的往返晴康判斷控制點，形成控制點的方差計算，獲取高程控制測量數(shù)據(jù)。

在數(shù)據(jù)采集所需要運用的激光測量設(shè)備的選用方面，一般要求根據(jù)實際的高速公路環(huán)境和測量特征進行選型。本文在對某高速公路路段進行養(yǎng)護質(zhì)量檢測時選用了美國生產(chǎn)的FARO型號激光掃描儀，這種型號的掃描儀測程范圍大、測角精度高，同時體積較小，可以進行單人作業(yè)。在高速公路環(huán)境測量中，可以進行全方位的數(shù)據(jù)掃描，且云點密度大。在該型號的設(shè)備使用中，其云點所開展的點云拼接主要通過球形標(biāo)靶來完成[3]。高速公路路段的外業(yè)測量中，F(xiàn)ARO型激光掃描儀預(yù)置了球形標(biāo)靶，同時可以根據(jù)控制點的具體情況引入絕對坐標(biāo)，從而有效地實現(xiàn)了外業(yè)總的APM定位，測量效果十分理想。在進行真實環(huán)境作業(yè)時，測量人員需要在待測高速公路路面的兩側(cè)分別設(shè)置球形標(biāo)靶，再依據(jù)高速公路的方向進行設(shè)置標(biāo)靶。標(biāo)靶應(yīng)當(dāng)依托高速公路的方向依次建立。APM定位裝置則要設(shè)置在已經(jīng)完成設(shè)定的控制點之上，從而實現(xiàn)點云數(shù)據(jù)的獲取。

2.2.2 點云數(shù)據(jù)獲取

在真實的高速公路環(huán)境之中，由于其所處的地理特征相對特殊，測量人員所開展的測量工作往往會收到來往車輛、高速公路建筑物等的阻擋，最終造成測量設(shè)備無法對測量范圍內(nèi)的部分死角位置進行有效測量。為了解決這一問題，測量人員需要通過點云數(shù)據(jù)分析軟件，對已經(jīng)完成測量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行去噪處理。借助這種方式將數(shù)據(jù)當(dāng)中包含有的無效數(shù)據(jù)、不標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)予以剔除，最終使球形標(biāo)靶能夠保留真實反應(yīng)道路狀況的有效數(shù)據(jù)。

在軟件之中，結(jié)合已經(jīng)完成激光掃描的各個項目，利用坐標(biāo)系的方式，引入進控制點數(shù)據(jù)。軟件可以進行自動計算，從而將所有已經(jīng)完成的真實有效掃描數(shù)據(jù)與控制點相互結(jié)合，從而轉(zhuǎn)換成為控制網(wǎng)數(shù)據(jù)，建立起控制網(wǎng)坐標(biāo)系統(tǒng)。這一坐標(biāo)系統(tǒng)所描述的時高速公路養(yǎng)護中路面未發(fā)生形變的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。隨后，軟件會對數(shù)據(jù)變化過程和高速公路的施工放樣過程數(shù)據(jù)進行再次統(tǒng)計，并轉(zhuǎn)化成為里程數(shù)據(jù)，形成里程坐標(biāo)系。坐標(biāo)系則形成25×25的網(wǎng)格化，進行設(shè)計濾波。在完成濾波后所獲得的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)可以與設(shè)計數(shù)據(jù)進行差值計算，獲取養(yǎng)護高速公路的路面變形數(shù)據(jù)。

3 結(jié)論

綜上所述，激光掃描技術(shù)作為一種十分先進的空間信息技術(shù)，能夠?qū)Χ喾N類型的建筑物進行全面的數(shù)據(jù)測量。在高速公路養(yǎng)護質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，路面的平整度和路面的變形情況都可以反映在公路數(shù)據(jù)變化規(guī)律之中，通過合理運用三維激光掃描系統(tǒng)能夠?qū)φ鎸嵚窙r進行模擬，并充分檢測養(yǎng)護質(zhì)量狀態(tài)。

[1]王建偉.激光平整度儀在公路工程平整度試驗檢測中的應(yīng)用[J].價值工程，2017，36（11）：145～146.

[2]劉亞娟.激光式高速彎沉儀在運營高速公路檢測中的應(yīng)用[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2017，13（09）：1～3.