摘 要:為了研究基于激光傳感測(cè)距技術(shù)公路平整度檢測(cè)技術(shù),本文結(jié)合某公路平整度檢測(cè)工程,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)公路平整度試驗(yàn),采用IRI(國(guó)際平整度指數(shù))對(duì)比分析的方法,分析了不同統(tǒng)計(jì)間隔下IRI的變化以及不同路段下路面平整度分布趨勢(shì),研究結(jié)果表明,當(dāng)統(tǒng)計(jì)間隔為60~75m時(shí),與統(tǒng)計(jì)間隔小于60m時(shí)相比,路面平整度細(xì)節(jié)特征減少,但對(duì)路面平整度差異大的區(qū)域,IRI的變化仍能完整反映其狀態(tài)。隨著統(tǒng)計(jì)間隔增加,最大IRI逐漸減少,最小IRI逐漸增加,統(tǒng)計(jì)間隔越大,IRI的變化表明路面平整度細(xì)節(jié)特征越少,在實(shí)際公路維護(hù)工程中,公路平整度細(xì)節(jié)減少將會(huì)對(duì)公路維護(hù)工程造成不利的影響。在實(shí)際公路檢測(cè)及維護(hù)工程中,建議選取合適的統(tǒng)計(jì)間隔,既能反映公路的平整度細(xì)節(jié),又能根據(jù)獲得的信息制定維護(hù)方案。
關(guān)鍵詞:激光測(cè)距;公路平整度;IRI;統(tǒng)計(jì)間隔
中圖分類號(hào):U 41" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
車輛在公路行駛過(guò)程中,路面平整度是車輛和人員安全的重要影響因素,在路面建設(shè)和保養(yǎng)工作中,路面平整度檢測(cè)是一個(gè)重要環(huán)節(jié),而激光傳感測(cè)距因效率高,成本低,可廣泛應(yīng)用于路面平整度檢測(cè)中。為探求公路平整度檢測(cè)中采用激光傳感測(cè)距的規(guī)律,學(xué)者們進(jìn)行了多方面研究,張大斌等[1]研究了國(guó)產(chǎn)大功率攤鋪設(shè)備對(duì)瀝青路面平整度影響,研究結(jié)果表明,采用國(guó)產(chǎn)大功率攤鋪設(shè)備可以提高橫向攤鋪均勻性,提高瀝青路面平整度。黃國(guó)勇[2]對(duì)高速公路瀝青路面施工平整度控制進(jìn)行了研究,提出了瀝青路面平整度控制方法。胡朋等[3]對(duì)半剛性基層瀝青路面平整度波長(zhǎng)進(jìn)行了研究,研究結(jié)果表明,車軸振動(dòng)加速度的標(biāo)準(zhǔn)偏差可以作為車輛動(dòng)載荷的直接指標(biāo),車軸振動(dòng)加速度的標(biāo)準(zhǔn)偏差隨車速和路面粗糙度增加而增加。
然而,學(xué)者們未考慮激光傳感測(cè)距下,統(tǒng)計(jì)間隔不同時(shí)的IRI(國(guó)際平整度指數(shù))的變化規(guī)律,基于此,本文結(jié)合某公路平整度檢測(cè)工程,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)公路平整度試驗(yàn),采用IRI對(duì)比分析的方法,對(duì)基于激光傳感測(cè)距技術(shù)公路平整度試驗(yàn)進(jìn)行了研究,分析不同統(tǒng)計(jì)間隔下IRI變化以及不同路段下的平整度分布趨勢(shì)。
1 研究區(qū)概況
本次研究的區(qū)域?yàn)槟彻?,該公路為早期建設(shè)的公路,雙向6車道公路,運(yùn)營(yíng)時(shí)間已超過(guò)5年,公路長(zhǎng)時(shí)間受車輛輾壓,部分路面出現(xiàn)變形,若車輛長(zhǎng)期在該公路上行駛,則會(huì)破壞路面結(jié)構(gòu),縮短路面使用時(shí)長(zhǎng),因此,須對(duì)公路路面的平整度進(jìn)行檢測(cè)。
2 試驗(yàn)材料和方法
2.1 試驗(yàn)材料
在本次試驗(yàn)中,公路平整度檢測(cè)的評(píng)價(jià)指標(biāo)為IRI(國(guó)際平整度指數(shù)),該指標(biāo)為衡量道路平整度的重要評(píng)價(jià)指標(biāo),以四分之一車在速度為80km/h時(shí)的累積豎向位移值為IRI。路面平整度的檢測(cè)設(shè)備包括激光傳感器、振動(dòng)傳感器、滑動(dòng)模塊、數(shù)據(jù)采集裝置、檢測(cè)激活裝置、定位裝置以及控制計(jì)算機(jī)。
激光傳感器通過(guò)反射光線的角度和接收時(shí)間確定高程,振動(dòng)傳感器通過(guò)檢測(cè)車的振動(dòng)采集振動(dòng)信號(hào),然后對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行分析。將激光傳感器固定在滑動(dòng)模塊的滑臺(tái)上,使發(fā)射的激光脈沖垂直發(fā)射至地面,并隨著滑臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng),對(duì)路面進(jìn)行檢測(cè)。數(shù)據(jù)采集裝置與滑動(dòng)模塊相結(jié)合使用,車輛行駛時(shí)收集路面的高度和振動(dòng)信號(hào),并進(jìn)行處理。檢測(cè)激活裝置,將數(shù)據(jù)采集裝置獲取的信號(hào)按照設(shè)定好的時(shí)間間隙定時(shí)發(fā)送,當(dāng)車輛速度變化時(shí),采樣間隙隨之發(fā)生變化。定位裝置由位置傳感器和車輪編碼器組成,可獲取車輛所行區(qū)域的準(zhǔn)確位置,縮小測(cè)量誤差。所有檢測(cè)設(shè)備均安裝在檢測(cè)車一側(cè),激光傳感器、振動(dòng)傳感器和滑動(dòng)模塊安裝在車身下部靠近后輪,定位裝置安裝在后輪中心位置,均與車內(nèi)數(shù)據(jù)采集裝置相連接。
2.2 試驗(yàn)方法
本次試驗(yàn)選取兩段長(zhǎng)度為300m的公路作為試驗(yàn)對(duì)象,設(shè)置編號(hào)為路段1和路段2。在試驗(yàn)前,須確定安裝的激光傳感器誤差是否在允許范圍內(nèi),首先,選擇有具體尺寸的物體放置在測(cè)試公路上,當(dāng)測(cè)量車輛靜止時(shí),檢測(cè)公路的高程,記錄數(shù)據(jù),其次,讓車輛緩緩從物體的一端駛過(guò)另一端,保持傳感器掃過(guò)物體,對(duì)物體進(jìn)行檢測(cè),最后,將物體測(cè)量的高度數(shù)據(jù)與物體實(shí)際高度進(jìn)行對(duì)比,當(dāng)測(cè)量值與實(shí)際高度的誤差小于5%時(shí),符合要求。
在試驗(yàn)過(guò)程中,為保證兩段道路中選取的縱斷面相同,檢測(cè)時(shí),車輛均以8km/h的時(shí)速靠右側(cè)車道行駛。在公路平整度檢測(cè)過(guò)程中,當(dāng)計(jì)算平整度的路段長(zhǎng)度不同時(shí),即統(tǒng)計(jì)間隔不同時(shí),測(cè)算的IRI也不相同,為研究不同統(tǒng)計(jì)間隔下IRI的變化,研究設(shè)置了5種不同統(tǒng)計(jì)間隔,分別為15m、30m、60m、75m、150m,在不同統(tǒng)計(jì)間隔下,對(duì)兩段公路的IRI進(jìn)行了分析。
3 試驗(yàn)結(jié)果與分析
3.1 不同統(tǒng)計(jì)間隔下IRI變化
當(dāng)統(tǒng)計(jì)間隔為15m時(shí),路段1和路段2檢測(cè)后的IRI(國(guó)際平整度指數(shù))變化如圖1所示。
由圖1可知,在路段1,IRI變化在2.03m/km~4.8m/km,其中在0~50m和200~300m波動(dòng)大,在50~200m變化平緩。當(dāng)0~50m時(shí),最大IRI為4.8m/km,位于公路距起始端30m區(qū)域,當(dāng)200~300m時(shí),最大IRI為4.52m/km,位于距路段1起始端240m區(qū)域,其次為4.33m/km,位于距路段1起始端210m區(qū)域。在路段1起始段和終點(diǎn)段兩端,路面的平整度差。在路段2,IRI的波動(dòng)范圍小于路段1,IRI的分布集中,整條道路的最大IRI為3.55m/km,位于距路段2起始端105m區(qū)域,其次為3.2m/km,位于距路段2起始端75m區(qū)域,相比路段1,路段2的平整度高。當(dāng)統(tǒng)計(jì)間隔為15m時(shí),IRI的變化詳細(xì)反映了路面的平整度細(xì)節(jié)特征,該統(tǒng)計(jì)間隔可用于距離短,對(duì)平整度要求高的路段。
當(dāng)統(tǒng)計(jì)間隔為30m時(shí),路段1和路段2檢測(cè)后的IRI(國(guó)際平整度指數(shù))變化如圖2所示。
由圖2可知,在路段1,IRI(國(guó)際平整度指數(shù))變化在2.24m/km~3.9m/km,在0~60m和240~300m,IRI波幅大,路面平整度差。在0~60m,IRI最大值為3.8m/km,位于距起始端30m區(qū)域內(nèi),在240~300m,IRI最大值為3.9m/km,位于終點(diǎn)端位置。在路段2,除90~120m外,其他區(qū)間的IRI均小于路段1,在整條路段2,IRI最大值為3.05m/km,最小值為1.77m/km,在路段2兩端,路面平整度差,但相比路段1,路面平整度較好。當(dāng)統(tǒng)計(jì)間隔為30m時(shí),相比統(tǒng)計(jì)間隔為15m時(shí),減少了路面平整度的細(xì)節(jié),但可以精準(zhǔn)反映路面的平整度。
當(dāng)統(tǒng)計(jì)間隔為60m時(shí),路段1和路段2檢測(cè)后的IRI(國(guó)際平整度指數(shù))變化如圖3所示。
由圖3可知,在路段1,IRI(國(guó)際平整度指數(shù))變化在2.6m/km~3.63m/km,最大值與最小值相差1.03m/km,在路段2,IRI變化在2.19m/km~3.1m/km,最大值與最小值相差0.91m/km,相比路段1,相差幅度小。在統(tǒng)計(jì)間隔為60m條件下,路段1中的IRI分別為3.08m/km、2.6m/km、2.68m/km、3.63m/km、3.06m/km,IRI平均值為3.01m/km,路段2中的IRI分別為2.21m/km、3.0m/km、2.37m/km、3.1m/km、2.19m/km,IRI的平均值為2.57m/km,在路段1有3個(gè)IRI超過(guò)平均值,在路段2有2個(gè)IRI超過(guò)平均值。當(dāng)統(tǒng)計(jì)間隔為60m時(shí),路面平整度的數(shù)據(jù)變化平滑,路面小幅度變化的細(xì)節(jié)特征減少,但完整反映了路面的平整狀態(tài)。
當(dāng)統(tǒng)計(jì)間隔為75m時(shí),路段1和路段2檢測(cè)后的IRI(國(guó)際平整度指數(shù))變化如圖4所示。
由圖4可知,當(dāng)統(tǒng)計(jì)間隔增加至75m時(shí),與統(tǒng)計(jì)間隔小于75m時(shí)相比,部分路面的平整度特征已不能清晰表現(xiàn)。在路段1,IRI分別為3.0m/km、2.62m/km、3.27m/km、3.12m/km,
IRI的平均值為3.0m/km,路段2中的IRI分別為2.35m/km、2.65m/km、2.78m/km、2.37m/km,IRI的平均值為2.54m/km。其中,路段1中最大值與最小值相差0.65m/km,且有2個(gè)IRI大于平均值,路段2中最大值與最小值相差0.42m/km,相比路段1,路段2的平整度相對(duì)較好。當(dāng)統(tǒng)計(jì)間隔為75m時(shí),路面平整度的數(shù)據(jù)變化進(jìn)一步平滑,路面變化的細(xì)節(jié)特征已不能明確表現(xiàn),但當(dāng)路面平整度變化大時(shí),仍能直觀反映該區(qū)域的狀態(tài)。
當(dāng)統(tǒng)計(jì)間隔為150m時(shí),路段1和路段2檢測(cè)后的IRI(國(guó)際平整度指數(shù))變化如圖5所示。
由圖5可知,路段1和路段2被分隔為2個(gè)區(qū)間,分別為0~150m和150~300m,在路段1,IRI分別為2.81m/km、3.25m/km,兩個(gè)IRI相差0.44m/km,在路段2,IRI分別為2.54m/km、2.62m/km,2個(gè)IRI相差0.08m/km,相比路段1,路段2的IRI變化較小。當(dāng)統(tǒng)計(jì)間隔為150m時(shí),與統(tǒng)計(jì)間隔小于150m時(shí)相比,IRI仍能反映路面的平整度,但不能明確反映路面的細(xì)節(jié)特征。
3.2 不同路段下平整度分布趨勢(shì)
在統(tǒng)計(jì)間隔不同條件下,路段1和路段2的IRI(國(guó)際平整度指數(shù))最大值、平均值和最小值變化見表1。
由表1可知,當(dāng)統(tǒng)計(jì)間隔為15m時(shí),路段1和路段2的最大IRI和最小IRI差異大,可精細(xì)反映路段平整度,隨著統(tǒng)計(jì)間隔增加,兩條路段的最大IRI和最小IRI差異逐漸減少,對(duì)路面平整度細(xì)節(jié)控制減弱,僅能反映平整度相差大的區(qū)域,因此,在公路維護(hù)工程中,對(duì)公路平整度進(jìn)行檢測(cè)時(shí),應(yīng)選取長(zhǎng)度不大的統(tǒng)計(jì)間隔。
在統(tǒng)計(jì)間隔不同條件下,不同路段的平整度分布趨勢(shì)如圖6所示。
由圖6(a)可知,在路段1,隨著統(tǒng)計(jì)間隔增加,最大IRI(國(guó)際平整度指數(shù))逐漸減少,最小IRI逐漸增加,平均IRI則呈緩慢增加趨勢(shì),當(dāng)統(tǒng)計(jì)間隔為150m時(shí),最大IRI和最小IRI逐漸趨向平均值。當(dāng)統(tǒng)計(jì)間隔增加時(shí),路面平整度的細(xì)節(jié)減少,路面平整度反映粗略。
由圖6(b)可知,在路段2,隨著統(tǒng)計(jì)間隔增加,IRI的變化與路段1基本一致,當(dāng)統(tǒng)計(jì)間隔為150m時(shí),最大IRI、最小IRI和平均IRI相差小,在路面平整度變化大的區(qū)域,IRI才能反映其狀態(tài)。
隨著統(tǒng)計(jì)間隔增加,最大IRI逐漸減少,最小IRI逐漸增加,平均IRI呈緩慢增加趨勢(shì),且最大IRI和最小IRI逐漸向平均IRI靠近。因此,統(tǒng)計(jì)間隔越大,從IRI中反映路面平整度的細(xì)節(jié)越少,在公路維護(hù)工程中,當(dāng)路面平整度的細(xì)節(jié)減少時(shí),會(huì)對(duì)路面的維護(hù)造成不利影響,因此,若對(duì)公路進(jìn)行施工維護(hù),則統(tǒng)計(jì)間隔應(yīng)控制在75~100m。
4 結(jié)論
本文結(jié)合某公路平整度檢測(cè)工程,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)公路平整度試驗(yàn),采用IRI(國(guó)際平整度指數(shù))對(duì)比分析的方法,對(duì)基于激光傳感測(cè)距技術(shù)公路平整度試驗(yàn)進(jìn)行了研究,分析了不同統(tǒng)計(jì)間隔下的IRI變化以及不同路段下平整度分布趨勢(shì),得出以下結(jié)論。1)當(dāng)統(tǒng)計(jì)間隔小于30m時(shí),IRI(國(guó)際平整度指數(shù))的變化詳細(xì)反映了路面的平整度細(xì)節(jié)特征,當(dāng)統(tǒng)計(jì)間隔為30~75m時(shí),路面平整度的數(shù)據(jù)變化平滑,路面變化的細(xì)節(jié)特征減少,但仍能完整反映路面的平整狀態(tài),當(dāng)統(tǒng)計(jì)間隔為75~150m時(shí),路面變化的細(xì)節(jié)特征已不能明確表現(xiàn),僅對(duì)路面平整度變化大的區(qū)域,IRI才能反映其狀態(tài)。2)隨著統(tǒng)計(jì)間隔增加,最大IRI(國(guó)際平整度指數(shù))逐漸減少,最小IRI逐漸增加,均逐漸向平均IRI靠近。統(tǒng)計(jì)間隔越大,從IRI中反映路面平整度的細(xì)節(jié)越少,在公路維護(hù)工程中,當(dāng)路面平整度的細(xì)節(jié)減少時(shí),會(huì)對(duì)路面的維護(hù)造成不利影響,因此對(duì)公路進(jìn)行施工維護(hù)時(shí),應(yīng)該將統(tǒng)計(jì)間隔控制在75~100m。3)在實(shí)際公路檢測(cè)及維護(hù)工程中,建議選取合適的統(tǒng)計(jì)間隔,既能反映公路的平整度細(xì)節(jié),準(zhǔn)確獲得道路路面信息,又能根據(jù)獲得的信息制定維護(hù)方案。對(duì)平整度要求高且距離短的公路來(lái)說(shuō),減少統(tǒng)計(jì)間隔長(zhǎng)度,有助于詳盡反映路面的細(xì)節(jié)特征。
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