激光扫描在沥青路面平整度检测中的应用

1、激光扫描在沥青路面平整度检测中的应用    摘要:平整度是评定路面使用品质的重要指标之一，它关系到行车的舒适性和安全性，为此，路面平整度的检测是道路建设和养护工作中的重要内容。本文总结了传统路面平整度检测设备和方法，重点介绍了激光扫描在沥青路面平整度检测中的应用。结果表明该方法在一定程度上弥补了现有检测方法的不足,实现快速、高精度、低成本的检测，在路面平整度检测中有较高的应用价值。 关键词:路面平整度；激光扫描；扫描精度；数据采集；试验 中图分类号： TL25+3 文献标识码： A 文章编号： 路面平整度是评定路面使用品质的重要指标之一,它既是一个路面外

2、观指标,又是衡量路面质量及现有路面破坏程度的一个重要指标。其直接关系到行车安全以及车辆的通行能力和运营的经济性,还影响着路面的使用年限。可以说，路面平整度在道路建设、养护质量控制与检测评价中处于十分重要的地位。因此，平整度的检测是一个非常重要的环节。 1路面平整度定义及检测重要性 1.1路面平整度定义 路面平整度是路面评价及路面施工验收中的一个重要指标，主要反映的是路面纵断面剖面曲线的平整性。当路面纵断面剖面曲线相对平滑时，则表示路面相对平整，或平整度相对好，反之则表示平整度相对差。好的路面则要求路面平整度也要好。 1.2路面平整度检测的重要性 平整度直接反映了车辆行驶的舒适度及路面的安全性和

3、使用期限。路面平整度的检测能为决策者提供重要的信息，使决策者能为路面的维修，养护及翻修等作出优化决策。另一方面，路面平整度的检测能准确地提供路面施工质量的信息，为路面施工提供一个质量评定的客观指标。 2平整度的传统检测设备及方法 2.1 3m直尺 测试时把3m直尺轻放于路面上，将画图仪移至其一端，用手将画图仪推向另一端。在这个过程中由于路面的凹凸不平，画图仪下面的测轮带动画针上下运动，同时滚筒轮在输力轮的带动下旋转，并带动纸带移动，两个运动的合成便使画针在纸带上画下了路面的几何量，并由此求得路面平整度数值。 此检测方法简单易行，但缺点是只能间接测到凹凸部位，对整体量测缺乏统一的基准，不能记录断

4、面图；工作过程中测量人员的主观随意性大，并不一定能找准最大坑洼深度；工作效率低下，工作人员工作强度很大，只适合于在建道路施工过程中对基层及非沥青类面层的质量控制。 2.2连续式平整度仪 测量时由人或车拉动该仪器前进，由于路面不平引起测量小轮上下摆动，并带动位移传感器的测杆在传感器的小孔槽里上下滑动。这样就可以根据传感器输出的电位的正负及其大小来确定路面平整度。 采用该类测定仪灵活性较大，既可人拖，也可车拉，但测试效率较低(检测速度12km/h)。该方法适用于测定路表面的平整度，评定路面的施工质量和使用质量，不适用于在已有较多坑槽、破坏严重的路面上测定。 2.3车载式颠簸累积仪 测定时测试车以一

5、定的速度在路面上行使，路面的凹凸不平引起汽车的激振，通过机械传感器可测量后轴同车厢之间的单向位移累积值VBI。VBI越大，说明路面平整度越差。 车载式颠簸累积仪测定路面平整度速度快，价格低廉，操作简便。可用其检测的结果评定路面的施工质量和使用期的舒适性。 2.4激光路面平整度测定仪 激光路面平整度测定仪是一台装备有激光传感器、加速度计和陀螺仪的测定车，同时具有先进的数据采集和处理系统。工作是测试车以一定的速度在路面上行使，固定在汽车底盘上的一排激光传感器通过测试激光束反射回读数器的角度来测试路面，这个距离信号同测试车上装的加速度计信号进行互差，消除测试车自身的颠簸，输出路面真实断面信号。信号处

6、理系统将来自激光传感器的模拟信号转换成数字信号并记录下来。随着汽车的行进，每隔一定间距，采集一次数据。通过数据分析系统，可显示打印国际平整度指数等平整度检测结果。 该类测定仪是一种与路面无接触的测量仪器，测试速度快，精度高。同时还可以进行路面纵断面、横坡、车辙等测量，因此该测定仪有着广阔的应用前景。 3激光扫描技术简介 激光扫描技术是在地面利用激光扫描装置自动、系统、快速(准实时)获取对象表面的三维坐标的测量技术。利用地面三维激光扫描技术，可以深入到任何复杂的现场环境及空间中进行扫描操作，并可以直接实现各种大型的、复杂的、不规则的、标准或非标准的实体或实景三维数据完整的采集，进而快速重构出实体

7、目标的三维模型及线、面、体、空间等各种制图数据。同时，还可对采集的三维激光点云数据进行各种后处理分析，如测绘、计量、分析、模拟、展示、监测、虚拟现实等操作。采集的三维点云数据及三维建模结果可以进行标准格式转换，输出为其它工程软件能识别处理的文件格式。 激光扫描技术已成为空间数据获取的一种重要技术手段。同传统的测量手段相比，三维激光扫描测量技术不需要合作目标，可以自动、连续、快速的采集数据，拥有快速性；不接触性；穿透性；实时、动态、主动性；高密度、高精度；数字化、自动化等特点。这些优势使三维扫描技术得到了广泛的应用。在文物保护、虚拟现实、影视特技、工业生产、刑事侦查、三维传真和雕塑制作等领域三维

8、扫描技术都己经开始投入应用。某些特殊场合，三维扫描仪还具有独特的、不可替代的作用。比如测量比较柔软的物体，用传统的接触测量方法，很可能在测量时使物体变形，从而使测量结果不精确，而许多非接触式的三维扫描仪以激光为测量媒质，不会引起物体表面的变形和损伤。. 4应用实例 4.1试验区域和数据采集 试验区域:本试验选择的路面长度大约为15米，宽度大约为10米，该路段由水泥材质路面(左边)和沥青材质路面(右边)共同组成，中间有明显的两种路面材料所形成的分割线。 数据采集:本试验采用的激光扫描仪是LeicaHDSScanStation2，具体参数如表1所示。利用地面三维激光扫描仪以2mm的扫描精度对试验路

9、面进行扫描，得到相应的点云数据，再对数据进行相应的处理。 表1徕卡ScanStation2激光三维扫描仪主要技术参数(50m距离) 备注:V:表示垂直角度H:表示水平角度 4.2数据处理与试验结果 1)数据处理流程 激光雷达提供的最原始信息即是利用仪器厂家提供的随机商用软件获得的基于仪器坐标系的三维坐标数据，这些原始数据是大量悬浮在空中没有属性的离散的点阵数据，通常称之为“点云”。这些点云数据包含了大量的粗差和系统误差，不能直接被使用，此外，所采集的点云数据包含了大量的冗余信息，这些冗余信息对后续的数据分析帮助不大甚至没有帮助，但却要占用大量的存储空间及耗费大量的运算时间。鉴于上述原因，数据分

10、析前的预处理是必须的步骤。本试验中，地面激光雷达的数据处理步骤如下: (1)粗差的剔除 原始点云数据包含了大量的粗差、错误和无关信息。这些粗差、错误或无关信息严重影响后期数据处理，目前主要采用的是人工交互操作，利用仪器供应商同时提供的数据处理软件，在交互编辑环境下，交互地实现粗差的剔除、与考察对象无关信息的剔除和系统性遗漏信息的弥补及修正。 (2)数据重采样 道路平整度参考面的选择，可以根据道路设计书上给定的值进行对比研究，也可根据实际道路情况，选择一个基准面进行对比研究。本文采用的是后者的方法，即将研究区域采集的道路点云数据按照高程值进行排序统计，选取中值作为参考面的高程值(选取中值可以有效

11、避免噪声点的影响)。以试验路面左边水泥材质路面为基准，对点云数据高程值进行统计，得到的中值为:1.7806m；以试验路面右边沥青材质路面为基准，对点云数据高程值进行统计，得到的中值为:1.7978m。选取扫描的道路点云数据四个角点坐标，配以统计得到的高程值建立三角网，按照2mm为间隔进行数据重采样，得到相应的参考面点云数据。 (3)建立DEM及DEM差分运算 对扫描和重采样得到的点云数据进行内插，建立相应的DEM。将以水泥材质路面和沥青材质路面为基准建立的DEM分别和完整路面DEM进行差分运算，得到两组DEM差分图。通过颜色的选择，将高程值的变化直观的反应出来，便于后续的分析研究。 2)试验结

12、果分析 图1是以水泥材质路面为基准建立的DEM和完整路面DEM进行差分运算，得到的DEM差分图，简称水泥材质DEM差分图。图2以沥青材质路面为基准建立的DEM和完整路面DEM进行差分运算，得到的DEM差分图，简称沥青材质DEM差分图。表2是水泥材质DEM差分结果精度报告，表3是沥青材质DEM差分结果精度报告。从试验结果可以看出，DEM差分结果可以精确到毫米级别，且结果图直观的反应出路面的平整状况，便于后期对路面展开修补工作。 图1水泥材质DEM差分图 图2沥青材质DEM差分图 表2水泥材质DEM差分结果精度报告 表3沥青材质DEM差分结果精度报告 5结束语 利用激光扫描仪对路面平整度进行检测，具有高精度、高密度、检测快、成本低等优势，不仅为决策