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（貴州宏信創(chuàng)達(dá)工程檢測(cè)咨詢有限公司）

前言

雖然在國(guó)外的高速公路工程之中，質(zhì)量檢測(cè)工作已經(jīng)大部分應(yīng)用了激光檢測(cè)設(shè)備，但是由于激光檢測(cè)設(shè)備價(jià)格和引進(jìn)因素的影響，我國(guó)目前所引進(jìn)的國(guó)際上先進(jìn)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(duì)于養(yǎng)護(hù)質(zhì)量的檢測(cè)需求也與日俱增。當(dāng)傳統(tǒng)檢測(cè)手段難以滿足當(dāng)前的檢測(cè)需要時(shí)，就必須積極進(jìn)行技術(shù)改革和技術(shù)創(chuàng)新，其中激光檢測(cè)技術(shù)是一項(xiàng)先進(jìn)可行的技術(shù)。

1 應(yīng)用于養(yǎng)護(hù)路面質(zhì)量檢測(cè)的激光檢測(cè)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外常見的激光檢測(cè)技術(shù)主要為三維激光掃描技術(shù)，這一技術(shù)手段時(shí)GPS技術(shù)之后出現(xiàn)的先進(jìn)的測(cè)繪技術(shù)。與傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)相比，三維激光掃描技術(shù)在測(cè)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(cè)繪手段當(dāng)中因點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(hù)質(zhì)量檢測(cè)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(duì)高速公路養(yǎng)護(hù)中的公路路面整體形態(tài)進(jìn)行表面點(diǎn)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(shí)掃描硬件屬于非接觸式工具，能夠避免對(duì)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(jìn)一步提升其利用效率，提高精準(zhǔn)度和判斷能力，我國(guó)在進(jìn)行三維激光研究中，提出了三維視覺的概念。這一概念的實(shí)現(xiàn)依靠全方位攝影、高分辨率照相和幾何云點(diǎn)紋理信息處理等先進(jìn)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，在空間信息獲取的過程中，能夠?qū)λ诘难芯繉?duì)象空間進(jìn)行三維建模，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)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(cè)量等方式對(duì)真實(shí)的養(yǎng)護(hù)路面進(jìn)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(xì)參數(shù)數(shù)據(jù)，最終完成對(duì)高速公路養(yǎng)護(hù)質(zhì)量的精準(zhǔn)評(píng)價(jià)。

2 高速公路養(yǎng)護(hù)質(zhì)量檢測(cè)中激光檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

2.1 路面平整度檢測(cè)中激光檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

2.1.1 檢測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)置

路面平整度作為養(yǎng)護(hù)質(zhì)量中的重要數(shù)據(jù)，在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)需要具備極高的檢測(cè)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(cè)系統(tǒng)，對(duì)平整度進(jìn)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(cè)對(duì)象對(duì)高速公路的路面縱斷面智商，因此在進(jìn)行架設(shè)時(shí)往往將儀器安裝于標(biāo)準(zhǔn)的剛性梁之上。某檢測(cè)工程中，剛性梁安裝舞臺(tái)激光傳感器對(duì)路面位移情況進(jìn)行記錄，通過傳感器編號(hào)設(shè)定各個(gè)傳感器間隔，最終形成大步長(zhǎng)和小步長(zhǎng)的對(duì)稱系統(tǒng)，進(jìn)行測(cè)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(duì)汽車行駛時(shí)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和位置信息進(jìn)行判斷，最終根據(jù)數(shù)據(jù)信息和平整度指標(biāo)，對(duì)該路段的平整度去年概況進(jìn)行打分。

2.1.2 激光檢測(cè)的試驗(yàn)分析內(nèi)容

為了保證激光檢測(cè)數(shù)據(jù)和質(zhì)量評(píng)分能夠具有反映真實(shí)情況的能力，還需要對(duì)激光檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行試驗(yàn)分析。常見的試驗(yàn)手段有重復(fù)性試驗(yàn)、速度影響性試驗(yàn)等。其中重復(fù)性試驗(yàn)是指在激光檢測(cè)完成后對(duì)其檢測(cè)結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性的試驗(yàn)。試驗(yàn)方法主要集中在某一個(gè)既定的路面之中，通過多次平整度檢測(cè)，將所獲取的車輛行駛速度帶入到檢測(cè)結(jié)果中，并進(jìn)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(cè)具有準(zhǔn)確性；速度影響試驗(yàn)的主要目的在與判斷檢測(cè)結(jié)果是否會(huì)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(jìn)行判斷，檢測(cè)人員需要對(duì)某一段路程中的檢測(cè)對(duì)象與汽車行駛情況進(jìn)行兩次以上的平等分析，隨后，依據(jù)速度影響系數(shù)對(duì)結(jié)果進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果誤差率在0.05以下，方可認(rèn)定檢測(cè)結(jié)果不會(huì)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(cè)中激光檢測(cè)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(duì)路面信息進(jìn)行采集的方式，獲取計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)的計(jì)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(hù)質(zhì)量的評(píng)判提供依據(jù)。其中，路面信息采集主要以控制測(cè)量的方法為主，這種方法主要氛圍平面控制測(cè)量和高程控制測(cè)量?jī)蓚€(gè)方面，在三維激光掃描技術(shù)中，平面控制測(cè)量應(yīng)用GPS技術(shù)，對(duì)路面進(jìn)行選點(diǎn)，再通過控制點(diǎn)觀測(cè)獲得坐標(biāo)系數(shù)據(jù)信息；而高程控制測(cè)量則需要利用GPS網(wǎng)進(jìn)行共用控制點(diǎn)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(jìn)行連接。通過水準(zhǔn)線的往返晴康判斷控制點(diǎn)，形成控制點(diǎn)的方差計(jì)算，獲取高程控制測(cè)量數(shù)據(jù)。

在數(shù)據(jù)采集所需要運(yùn)用的激光測(cè)量設(shè)備的選用方面，一般要求根據(jù)實(shí)際的高速公路環(huán)境和測(cè)量特征進(jìn)行選型。本文在對(duì)某高速公路路段進(jìn)行養(yǎng)護(hù)質(zhì)量檢測(cè)時(shí)選用了美國(guó)生產(chǎn)的FARO型號(hào)激光掃描儀，這種型號(hào)的掃描儀測(cè)程范圍大、測(cè)角精度高，同時(shí)體積較小，可以進(jìn)行單人作業(yè)。在高速公路環(huán)境測(cè)量中，可以進(jìn)行全方位的數(shù)據(jù)掃描，且云點(diǎn)密度大。在該型號(hào)的設(shè)備使用中，其云點(diǎn)所開展的點(diǎn)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(cè)量中，F(xiàn)ARO型激光掃描儀預(yù)置了球形標(biāo)靶，同時(shí)可以根據(jù)控制點(diǎn)的具體情況引入絕對(duì)坐標(biāo)，從而有效地實(shí)現(xiàn)了外業(yè)總的APM定位，測(cè)量效果十分理想。在進(jìn)行真實(shí)環(huán)境作業(yè)時(shí)，測(cè)量人員需要在待測(cè)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(jìn)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(diǎn)之上，從而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取。

2.2.2 點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取

在真實(shí)的高速公路環(huán)境之中，由于其所處的地理特征相對(duì)特殊，測(cè)量人員所開展的測(cè)量工作往往會(huì)收到來往車輛、高速公路建筑物等的阻擋，最終造成測(cè)量設(shè)備無法對(duì)測(cè)量范圍內(nèi)的部分死角位置進(jìn)行有效測(cè)量。為了解決這一問題，測(cè)量人員需要通過點(diǎn)云數(shù)據(jù)分析軟件，對(duì)已經(jīng)完成測(cè)量的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)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(gè)項(xiàng)目，利用坐標(biāo)系的方式，引入進(jìn)控制點(diǎn)數(shù)據(jù)。軟件可以進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算，從而將所有已經(jīng)完成的真實(shí)有效掃描數(shù)據(jù)與控制點(diǎn)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(shí)高速公路養(yǎng)護(hù)中路面未發(fā)生形變的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。隨后，軟件會(huì)對(duì)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(jìn)行再次統(tǒng)計(jì)，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(jìn)行設(shè)計(jì)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(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差值計(jì)算，獲取養(yǎng)護(hù)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(jìn)的空間信息技術(shù)，能夠?qū)Χ喾N類型的建筑物進(jìn)行全面的數(shù)據(jù)測(cè)量。在高速公路養(yǎng)護(hù)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(yùn)用三維激光掃描系統(tǒng)能夠?qū)φ鎸?shí)路況進(jìn)行模擬，并充分檢測(cè)養(yǎng)護(hù)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(yàn)檢測(cè)中的應(yīng)用[J].價(jià)值工程，2017，36（11）：145～146.

[2]劉亞娟.激光式高速?gòu)澇羶x在運(yùn)營(yíng)高速公路檢測(cè)中的應(yīng)用[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2017，13（09）：1～3.