周曉雯 王善美

昆山求正工程質(zhì)量檢測有限公司 江蘇 昆山 215300

迄今為止，道路結(jié)構層缺陷的檢測均較為復雜、繁瑣，在實際測定的過程中常常受到外部環(huán)境及特定因素的影響，導致最終難以獲取預期的檢測結(jié)果[1]。不僅如此，常規(guī)的檢測手段多為有損形式，舉例來說：鉆芯方法、三維鉆探方法等，這一類方法對于道路結(jié)構層平整度和強度之間的關系定位的并不準確，且多數(shù)的市政道路內(nèi)部結(jié)構復雜性較大，混凝土板底脫空、下沉就斷裂等問題嚴重，一定程度上也是增加了道路結(jié)構層的壓力[2]。為此提出對基于激光雷達的市政道路結(jié)構層缺陷無損檢測技術的設計與驗證分析。所謂激光雷達技術，主要指的是以發(fā)射激光束的形式進行探測目標位置、方向以及速度等特征數(shù)量的采集，形成完整的雷達驗測結(jié)構。將該項技術與市政道路結(jié)構層缺陷無損檢測工作進行融合，可以進一步擴大實際的檢測范圍，逐步形成更為靈活、多變的檢測結(jié)構，最大程度降低檢測過程中存在的誤差，以雷達處理結(jié)構為以引導，進行路面異常標定、超前預報等，強化無損檢測效果，采用連續(xù)、快速檢測的方式，獲取最終的檢測結(jié)果，確保市政道路結(jié)構層施工的穩(wěn)定性和安全性[3]。

1 設計市政道路結(jié)構層缺陷激光雷達無損檢測技術

1.1 結(jié)構層基礎缺陷識別及檢測數(shù)據(jù)采集

為確保道路的穩(wěn)定性與安全性，保證其可以達到預期的使用年限，一般會在增加內(nèi)置的結(jié)構層，提高承壓的范圍，促使路面壓力均勻分布[4]。因此，在對市政道路進行無損檢測之前，需要先利用激光雷達系統(tǒng)，進行結(jié)構層基礎缺陷識別及檢測數(shù)據(jù)采集。首先，明確市政道路結(jié)構層的覆蓋監(jiān)測區(qū)域，并在邊緣位置設置初始的檢測節(jié)點，便于數(shù)據(jù)以及信息采集，避免對路面形成破壞性的損傷[5]。

利用雷達裝置先對道路的結(jié)構層發(fā)射穿透性的高頻電磁波，波段觸碰到路段之后，會進行反射，形成對應的反射信號，雷達通過主機接收信號，存儲在特定的程序中，進行信號解析，形成對應的數(shù)據(jù)和信息，匯總處理。同時，利用雷達信號還可以進行結(jié)構層缺陷的定向識別。

通常情況下，道路結(jié)構層缺陷可以劃定為脫空、短板、不規(guī)則開裂以及搓板等。采用定向掃描技術，對結(jié)構層進行反射點位的設定，結(jié)合三維虛擬處理技術，促使電磁波在地下穿越介質(zhì)層，再次形成對等的波形，完成基礎缺陷的定向識別及數(shù)據(jù)信息的采集。

1.2 定位多階無損檢測與雷達反射節(jié)點

傳統(tǒng)的雷達定位一般為單層級處理，這樣的形式雖然可以實現(xiàn)預期的無損檢測任務，但是缺乏針對性，檢測的結(jié)果并不精準，為此，此次需要對多階無損檢測與雷達反射節(jié)點定位關聯(lián)，形成一個循環(huán)性的檢測區(qū)域，擴大檢測范圍的同時，調(diào)高檢測精度。首先，構建基礎的點位設置結(jié)構，如下圖1所示。

圖1 多階無損檢測與雷達反射節(jié)點定位結(jié)構圖示

根據(jù)圖1，完成對多階無損檢測與雷達反射節(jié)點定位結(jié)構的設計與研究，接下來，依據(jù)設定的節(jié)點覆蓋范圍，調(diào)整節(jié)點在路段上的具體位置，節(jié)點支架需要互相關聯(lián)搭接，便于數(shù)據(jù)及信息的采集共享。但是這部分需要注意的是，激光雷達設備及裝置的應用必須預先設定對應的執(zhí)行探測目標，且將目標與節(jié)點之間建立正向的對等處理關系，這樣在實際執(zhí)行的過程中，能夠最大程度降低存在的檢測誤差，提高無損檢測的精度，為后續(xù)工作的處理提供參考。

1.3 構建激光雷達映像無損檢測模型

完成對多階無損檢測與雷達反射節(jié)點的定位之后，接下來，結(jié)合激光雷達技術，構建映像無損檢測模型。首先，需要采用電磁波在市政道路的內(nèi)部結(jié)構層之間進傳播處理，穿越層介層，形成反射效應。獲取電磁波的反射波段，通過雷達的定位裝置對異常的位置作出標定，形成連續(xù)性的無損檢測結(jié)構，具體如下圖2所示。

圖2 激光雷達映像無損檢測模型結(jié)構圖示

根據(jù)圖2，完成對激光雷達映像無損檢測模型結(jié)構的設計與調(diào)整。綜合激光雷達技術，所構建的無損檢測結(jié)構的覆蓋范圍也需要標定，轉(zhuǎn)換為邊緣檢測范圍之內(nèi)，導入雷達內(nèi)部的控制程序之中。雷達在檢測的過程中需要將實時的數(shù)據(jù)、圖像和視頻等傳輸?shù)嚼走_存儲庫內(nèi)。針對市政道路結(jié)構層不同的厚度，通過模型一一探測，完成缺陷識別之后，對具體的位置進行二次標記，實現(xiàn)無損檢測處理，進一步強化模型的檢測能力。

1.4 射線探傷處理實現(xiàn)無損檢測

所謂射線探傷，主要指的是一種定向的無損探測處理結(jié)構，一般是針對市政道路結(jié)構層較深的工程設定的，針對性和探測的穩(wěn)定性較高，結(jié)合激光雷達技術，可以獲取更好地檢測結(jié)果?？梢韵韧ㄟ^設定的節(jié)點劃定具體的檢測局域，形成多層級的檢測結(jié)構之后，進行射線覆蓋探傷范圍的設置，同時調(diào)整射線各個點位的反射指標參數(shù)，如下表1所示。

表1 射線探傷處理點位數(shù)值設定表

根據(jù)表1，完成對射線探傷處理點位數(shù)值的設定。接下來，結(jié)合實際的探測需求及標準，進行無損檢測范圍的調(diào)整，同時采用射線探傷技術對市政道路的結(jié)構層進行二次檢測，建立正向的無損檢測結(jié)構，針對設定的不同點位測定研究，形成更加完整、具體的檢測體系，獲取相關的數(shù)據(jù)以及信息之后，進行無損探索分析，獲取最終的檢測結(jié)果。

2 實例分析

此次主要是對基于激光雷達的市政道路結(jié)構層缺陷無損檢測技術的實際應用效果進行分析與驗證研究，考慮到最終測試結(jié)果的真實性與可靠性，選定昆山求正工程質(zhì)量檢測有限公司下設的G市政道路建設工程作為測試的主要目標對象，采用對比的方式展開分析。利用專業(yè)的設備及裝置進行基礎性數(shù)據(jù)以及信息的采集，匯總整合之后，以待后續(xù)使用。根據(jù)實際的無損檢測需求及標準，對最終獲取的測試結(jié)果比照研究，接下來，融合激光雷達技術，進行初始測試環(huán)境的搭建。

2.1 G市政道路工程概況簡述及實例準備

結(jié)合激光雷達技術，對G市政道路工程的結(jié)構層無損檢測環(huán)境進行設置搭建。首先，該道路為復合型的混凝土定位道路，為滿足建設需求，道路下部埋設較多的應用管道，且由于時間較長，再加上需求的層級，管道經(jīng)歷了多次的處理和改造，當前較難確定道路下具體的位置?，F(xiàn)已無法準確定位管道，選定4個路段作為此次測定的主要目標對象，標定為A1、A2、A3、A4，路段長度一共1030m，每一個測定的路段均需要設定對應的定向檢測節(jié)點，并調(diào)整對應的檢測范圍，節(jié)點之間互相關聯(lián)，建立數(shù)據(jù)信息的共享程序，且與初始的信道進行關聯(lián)，便于后續(xù)數(shù)據(jù)的傳輸與采集。隨即，以此為基礎，綜合激光雷達技術，先對市政道路下管道進行定位，形成對等的標記之后，通過道路周圍設定的節(jié)點進行標定，確保在無損檢測過程中不會對最終的結(jié)果造成影響。結(jié)合實際的無損檢測需求及標準，進行基礎檢測指標及參數(shù)的設置，如下表2所示。

表2 無損檢測基礎指標及參數(shù)設置表

根據(jù)表2，完成對無損檢測基礎指標及參數(shù)的設置與調(diào)整。接下來，綜合實際的檢測要求，利用激光雷達對市政道路進行覆蓋式的定位，將反射點和設定的檢測節(jié)點進行搭接，形成一一對應的正態(tài)檢測感應關系。對各個路段道路結(jié)構層的具體特征進行采集與分析，多方向做出判讀，獲取基礎性的數(shù)據(jù)集信息之后，結(jié)合反射節(jié)點的設置，進行反射單元檢測距離的計算，如下公式1所示。

公式1中：F表示反射單元檢測距離，n表示重疊覆蓋范圍，a表示傳播距離，k表示檢測次數(shù)，表示介電常數(shù)。根據(jù)上述設定，實現(xiàn)對反射單元檢測距離的計算。將其設定為激光雷達的無損單元檢測標準，形成可控性較強的檢測區(qū)域，對路段進行穩(wěn)定性測試，同時對異常位置作出標定，完成初始測試環(huán)境的搭建，接下來，綜合激光雷達技術，進行具體的測驗分析。

2.2 G市政道路工程無損檢測實證分析

在上述搭建的測試環(huán)境之中，結(jié)合激光雷達技術，對G市政道路工程中的A1、A2、A3、A4四個路段結(jié)構層缺陷進行無損檢測。通常情況下，市政道路結(jié)構層的缺陷主要可以劃定為以下幾種，分別為脫空、短板、不規(guī)則開裂以及搓板等，這部分可以利用雷達對道路的內(nèi)置結(jié)構進行掃描，獲取異常數(shù)據(jù)和信息之后，匯總整合轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)包之后，傳輸?shù)綄拇鎯ξ恢弥?，便于后期的分析。隨即，進行測定項目及數(shù)值的設置，如下表2所示：

表2 測定項目及數(shù)值設定表

根據(jù)表2，完成對測定項目及數(shù)值的設定。接下來，設置初始的無損檢測雷達波形的檢測傳播時間，在市政道路的結(jié)構層中設定基礎的雷達反射接收點位，雷達進行反射信號的傳播，每一個路段需要設定4個雷達檢測節(jié)點，依據(jù)實際檢測情況及需求的變動，靈活調(diào)整反射單元檢測的對應距離，結(jié)合實際獲取的數(shù)據(jù)和信息，需要先進行雷達無損檢測反射系數(shù)的計算，如下公式2所示：

公式2中：k表示雷達無損檢測反射系數(shù)，θ表示結(jié)構層定位覆蓋區(qū)域，j表示定位間距，? 表示可識別距離，y表示檢測次數(shù)。根據(jù)上述測定，完成對雷達無損檢測反射系數(shù)的計算。將其設定為激光雷達的檢測反射標準，結(jié)合實際的設定和缺陷檢測情況，分別測算出5個路段結(jié)構層缺陷的無損檢測耗時反射振幅偏差，如下公式3所示：

公式3中：D表示無損檢測耗時反射振幅偏差，V表示高頻反射帶狀區(qū)域，h表示檢測頻次，ι表示定向檢測常值，φ表示雷達初始振幅，f表示基層截面深度。根據(jù)上述設定，完成對測試結(jié)果的分析，在2.5m、4.5m以及6m的雷達探測高度背景下測定，最終整合分析，具體如下圖3所示：

圖3 測試結(jié)果對比分析圖示

根據(jù)圖3，完成對測試結(jié)果的分析：經(jīng)過5個市政路段的測定，雷達針對2.5m、4.5m以及6m三種高度，最終得出的無損檢測耗時反射振幅偏差均被較好的控制在0.4以下，說明該中無損檢測技術的針對性和穩(wěn)定性較高，檢測速度及效率更加，誤差可控，具有實際的應用價值。

3 結(jié)束語

以上，便是對基于激光雷達的市政道路結(jié)構層缺陷無損檢測技術的設計與驗證分析。與初始的無損檢測形式相比對，此次結(jié)合激光雷達技術，所構建的無損檢測結(jié)構相對更加靈活、多變，具有較強的針對性與完整性，在面對復雜的施工環(huán)境及背景時，采用分布式探測的方法，加強對市政道路結(jié)構層缺陷的定位精度，降低檢測誤差的出現(xiàn)，實現(xiàn)近似定量的側(cè)向分析，為后續(xù)工作的執(zhí)行奠定夯實基礎。