路面檢測三維激光多功能檢測系統(tǒng)研究

劉智琦、袁林

（江西省天馳高速科技發(fā)展有限公司，江西南昌330000）

0 引言

在公路工程項(xiàng)目開展的階段中，路面檢測質(zhì)量水平的高低關(guān)系到工程項(xiàng)目的整體質(zhì)量。就當(dāng)前而言，隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在路面檢測領(lǐng)域中三維激光多功能檢測系統(tǒng)的應(yīng)用范圍也越來越廣，由于該檢測系統(tǒng)功能比較豐富，能夠直觀地對路面情況進(jìn)行綜合檢測，并以快速的方式獲取檢測結(jié)果，可以給工作人員開展工作奠定良好的基礎(chǔ)。因此對三維激光多功能檢測系統(tǒng)的應(yīng)用情況進(jìn)行分析，尋找出更為科學(xué)有效的檢測手段，對推動路面工程檢測工作開展有著很重要的幫助。

1 三維激光檢測系統(tǒng)工作原理

當(dāng)前路面車轍檢測技術(shù)類型有很多種，三維激光檢測技術(shù)屬于諸多檢測類型中的一種方法。該技術(shù)的應(yīng)用原理主要是依托直射光源，借助照相機(jī)協(xié)同作業(yè)，在路面會形成光斑，然后就可以完成整個檢測工作。激光器是核心的設(shè)備，其作用就是發(fā)射激光，照相機(jī)為目前人們應(yīng)用普遍的CCD（Charge Coupled Device，電荷耦合器件）照相機(jī)。激光發(fā)射之后直接照射到路面上，如果被檢測的位置上存在車轍的病害形式，在操作過程中光線就會出現(xiàn)病害問題，按照掌握的檢測數(shù)據(jù)，將其利用到軟件中就能對路面的平整度情況進(jìn)行分析[1]。

該檢測系統(tǒng)中包含有CCD 相機(jī)，該相機(jī)能夠直接獲取三維圖像文件，在經(jīng)過相關(guān)系統(tǒng)處理以后就能實(shí)現(xiàn)二維變形圖像。最后依托中線條，按照信息的參數(shù)就能繪制變形曲線，然后確定車轍深度數(shù)據(jù)，以符合檢測的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

2 LMI 三維激光檢測系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)組成

在路面檢測的過程中，三維激光檢測系統(tǒng)作為常用的檢測方式，但是設(shè)備的成本比較高，并且從技術(shù)角度出發(fā)還有更大的進(jìn)步空間，所以目前我國的應(yīng)用比較有限。但是當(dāng)前在檢測領(lǐng)域內(nèi)，LMI 公司研發(fā)應(yīng)用的三維激光檢測系統(tǒng)有著非常重要的作用和價值，其性能優(yōu)越、成本低，所以在進(jìn)入到國內(nèi)市場后就有較高競爭力，市場份額不斷地?cái)U(kuò)大。LMI 三維智能傳感器主要分為Gocator2000 系列和Gocator2300 系列兩種，無論哪一種，都有非常優(yōu)越的性能，掃描的效率比較高，能夠和車輛行駛的狀態(tài)保持一致性，并且數(shù)據(jù)精度較高，還能保證運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性，消除光照產(chǎn)生的不利影響，應(yīng)用到路面工程中有著非常明顯的優(yōu)勢[2]。這兩種產(chǎn)品主要有如下特性：

2.1.1 系統(tǒng)內(nèi)置激光器與高度穩(wěn)定光學(xué)系統(tǒng)，在生產(chǎn)制作環(huán)節(jié)配置各項(xiàng)功能，完成系統(tǒng)調(diào)試和控制工作，開機(jī)即可完成檢測工作，操作非常靈活方便。

2.1.2 傳感器具備的功能是非常完善的，比如激光測量、數(shù)據(jù)處理等，將被檢測物體的輪廓直接轉(zhuǎn)化為三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)信息，而后保證系統(tǒng)具備獨(dú)立性能，該方式能夠?qū)崿F(xiàn)自動操作。并且傳感器中的配套軟件日臻完善，能夠使傳感器得到有效應(yīng)用。

2.1.3 設(shè)備的外殼設(shè)計(jì)為全封閉鋁合金結(jié)構(gòu)形式，防水性能符合要求，根據(jù)具體應(yīng)用的情況選擇合適的傳感器設(shè)備，操作更加靈活方便，能達(dá)到多種條件使用標(biāo)準(zhǔn)。路面車轍檢測并不是固定的，所以存在干擾和影響，對于檢測設(shè)備有著非常高的要求，設(shè)備必須具有較高掃描速度，和路面行駛車輛有很好的適配度，能夠快速獲取車輛數(shù)據(jù)信息；配套設(shè)備具備較高的覆蓋能力，在路面出現(xiàn)粗糙的情況后，能夠快速檢測并且獲取數(shù)據(jù)信息；由于光照會在一定的范圍內(nèi)給車轍檢測造成影響，因此，選擇的設(shè)備一定要具備抗干擾能力[3]。

2.2 實(shí)際應(yīng)用

某公路路面A 段工程長度為1km，該工程主要采用三維激光技術(shù)進(jìn)行路面車轍檢測分析。三維激光傳感器為核心結(jié)構(gòu)部分，其掃描頻率為700Hz，運(yùn)行時每秒可以拍攝700 個的圖像數(shù)據(jù)。在該案例中，選取的是規(guī)格為300mm×300mm×60mm 的瀝青車轍板以完成測量的工作。應(yīng)用精度為0.1mm 的游標(biāo)卡尺，測定車轍的深度尺寸，明確具體的車轍位置，然后確定平均值，以得到最終的結(jié)論。通過對車轍板與地槽分析可了解到，相關(guān)的平整度比較好，因此，用該參數(shù)能夠計(jì)算出相關(guān)的平均值，所獲取的數(shù)據(jù)即是車轍深度的參數(shù)值。而后按照獲取的參數(shù)進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)，再對設(shè)備的工作參數(shù)進(jìn)行布設(shè)，該工程中設(shè)備曝光值為1200μs，測量寬度為1400mm[4]。

3 三維激光多功能檢測系統(tǒng)在路面檢測中的應(yīng)用情況探究

3.1 基本資料

某公路項(xiàng)目的總長度為80km，設(shè)計(jì)行駛速度為100km/h，路面寬24.5m。在長期投入運(yùn)行之后，因?yàn)檐囕v荷載、自然侵蝕、降雨災(zāi)害等方面因素的影響，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)的病害問題非常嚴(yán)重，尤其是車轍病害，極大地威脅了路面運(yùn)行效果。為了能夠準(zhǔn)確的獲取病害數(shù)據(jù)信息，了解病害具體情況，選擇抽樣檢測的方式，通過手工直尺進(jìn)行車轍深度的檢測，然后做好兩側(cè)和中間測點(diǎn)的深度參數(shù)檢測，獲取平均參數(shù)值，作為最終的檢測數(shù)據(jù)。然后，應(yīng)用LMI 三維激光檢測系統(tǒng)進(jìn)一步地檢測確定車轍深度數(shù)據(jù)，以相同的參數(shù)采集4 次，經(jīng)過計(jì)算之后得到平均數(shù)值，將該數(shù)據(jù)作為最終結(jié)果使用，以落實(shí)養(yǎng)護(hù)措施。

3.2 檢測結(jié)果

經(jīng)過上述的步驟檢測工作之后，可以獲取比較重要的檢測數(shù)據(jù)信息，根據(jù)我國的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范的要求，對于各項(xiàng)數(shù)據(jù)實(shí)時計(jì)算與分析，然后確定偏差系數(shù)。計(jì)算之后可以得到，4 次檢測之后數(shù)據(jù)的絕對誤差在0.1～0.8mm 之間，且相對誤差不超過2%。根據(jù)檢測數(shù)據(jù)偏差的實(shí)際情況分析，其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。從這個方面出發(fā)，該位置上應(yīng)用的三維激光設(shè)備進(jìn)行檢測工作效果良好，數(shù)據(jù)檢測精度較高。根據(jù)這一檢測數(shù)據(jù)信息，分析數(shù)據(jù)的相關(guān)性，帶入線回歸方程，可以得出該位置的相關(guān)系數(shù)為0.9783，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，該路面結(jié)構(gòu)的車轍病害數(shù)據(jù)信息獲取非常準(zhǔn)確，說明三維激光技術(shù)的應(yīng)用效果良好，完全符合使用標(biāo)準(zhǔn)，對于后續(xù)病害處理有著直接的影響作用。在檢測的階段中綜合實(shí)際需求對涉及的檢測結(jié)果進(jìn)行綜合評定，分析顯示各項(xiàng)檢測指數(shù)滿足實(shí)際需要[5]。

4 三維激光技術(shù)應(yīng)用的影響因素分析

按照上述分析可知，在進(jìn)行相關(guān)測量參數(shù)與平整度信息分析以后，得出兩者的參數(shù)性能是不同的，因此，在實(shí)踐階段需要考慮到激光表面的差異，需要掌握激光數(shù)據(jù)的特性，分析影響數(shù)據(jù)精度的因素，主要是色彩、構(gòu)造深度方面，下面就這兩個方面因素展開具體、深入的分析。

4.1 色彩的影響

從我國的公路工程實(shí)際運(yùn)行情況分析發(fā)現(xiàn)，高速公路施工中，主要的結(jié)構(gòu)形式是瀝青路面結(jié)構(gòu)，顏色一般是黑色，并且道路表面布置有兩種標(biāo)線，顏色主要是以白色與黃色為主。按照該特點(diǎn)進(jìn)行分析，在受到路面顏色干擾與影響后，不同的檢測結(jié)果存在差異性。每個顏色所造成的檢測偏差有差異，具體關(guān)系為“黑色＞黃色＞白色”，說明激光測量時，白色的條件下能夠做好誤差的全面控制，而黑色則會給激光測量的精度造成直接的影響，導(dǎo)致最終檢測數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大的偏差，影響路面結(jié)構(gòu)的修復(fù)處理。

4.2 構(gòu)造深度的影響

當(dāng)前我國的三維激光技術(shù)應(yīng)用比較普遍，在瀝青路面結(jié)構(gòu)中應(yīng)用，可以從路面材料、粒徑、油石比等參數(shù)角度出發(fā)進(jìn)行分析研究，主要反映出構(gòu)造結(jié)構(gòu)方面的不同，也會給三維激光檢測技術(shù)的質(zhì)量帶來不利的影響。綜合分析道路表面結(jié)構(gòu)的特性，發(fā)現(xiàn)其能夠快速的確定路表孔隙的問題，體現(xiàn)出結(jié)構(gòu)的特性，消除不利影響因素。通過相關(guān)分析了解到，細(xì)孔瀝青路面產(chǎn)生的正值誤差比較大，在進(jìn)行負(fù)值誤差分析時，出現(xiàn)一個明顯的問題，該問題為：粗孔瀝青路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)粗大問題。在分析各個區(qū)域的位置可知，細(xì)孔與中孔以及粗孔參數(shù)值為：［-0.1，+0.1］、［-0.11，+0.11］和［-0.13，+0.13］，通過該參數(shù)可知，細(xì)孔瀝青值比較小，說明在檢測環(huán)節(jié)得到的信息數(shù)據(jù)較為集中，其檢測出來的結(jié)果也能切實(shí)的反映出路面的具體情況，直接表明了檢測精度較高。而從中孔與粗孔等方面進(jìn)行分析，得到置信度在99%置信區(qū)間內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)依次增加，所以應(yīng)用三維激光技術(shù)能夠大幅提高檢測的精度，綜合利用價值較高。

5 結(jié)語

綜上所述，我國目前路面結(jié)構(gòu)形式主要是瀝青路面，所以在長期投入運(yùn)營后會出現(xiàn)車轍的病害問題，極易造成嚴(yán)重的安全事故。本文分析了三維激光檢測技術(shù)在路面車轍檢測的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)的檢測精度較高，操作也非常的方便，實(shí)際應(yīng)用價值非常高，尤其是路面檢測效果良好，對后續(xù)維護(hù)與養(yǎng)護(hù)工作提供了較大幫助。