1、激光掃描在瀝青路面平整度檢測中的應用    摘要:平整度是評定路面使用品質的重要指標之一，它關系到行車的舒適性和安全性，為此，路面平整度的檢測是道路建設和養護工作中的重要內容。本文總結了傳統路面平整度檢測設備和方法，重點介紹了激光掃描在瀝青路面平整度檢測中的應用。結果表明該方法在一定程度上彌補了現有檢測方法的不足,實現快速、高精度、低成本的檢測，在路面平整度檢測中有較高的應用價值。 關鍵詞:路面平整度；激光掃描；掃描精度；數據采集；試驗 中圖分類號： TL25+3 文獻標識碼： A 文章編號： 路面平整度是評定路面使用品質的重要指標之一,它既是一個路面外

2、觀指標,又是衡量路面質量及現有路面破壞程度的一個重要指標。其直接關系到行車安全以及車輛的通行能力和運營的經濟性,還影響著路面的使用年限?？梢哉f，路面平整度在道路建設、養護質量控制與檢測評價中處于十分重要的地位。因此，平整度的檢測是一個非常重要的環節。 1路面平整度定義及檢測重要性 1.1路面平整度定義 路面平整度是路面評價及路面施工驗收中的一個重要指標，主要反映的是路面縱斷面剖面曲線的平整性。當路面縱斷面剖面曲線相對平滑時，則表示路面相對平整，或平整度相對好，反之則表示平整度相對差。好的路面則要求路面平整度也要好。 1.2路面平整度檢測的重要性 平整度直接反映了車輛行駛的舒適度及路面的安全性和

3、使用期限。路面平整度的檢測能為決策者提供重要的信息，使決策者能為路面的維修，養護及翻修等作出優化決策。另一方面，路面平整度的檢測能準確地提供路面施工質量的信息，為路面施工提供一個質量評定的客觀指標。 2平整度的傳統檢測設備及方法 2.1 3m直尺 測試時把3m直尺輕放于路面上，將畫圖儀移至其一端，用手將畫圖儀推向另一端。在這個過程中由于路面的凹凸不平，畫圖儀下面的測輪帶動畫針上下運動，同時滾筒輪在輸力輪的帶動下旋轉，并帶動紙帶移動，兩個運動的合成便使畫針在紙帶上畫下了路面的幾何量，并由此求得路面平整度數值。 此檢測方法簡單易行，但缺點是只能間接測到凹凸部位，對整體量測缺乏統一的基準，不能記錄斷

4、面圖；工作過程中測量人員的主觀隨意性大，并不一定能找準最大坑洼深度；工作效率低下，工作人員工作強度很大，只適合于在建道路施工過程中對基層及非瀝青類面層的質量控制。 2.2連續式平整度儀 測量時由人或車拉動該儀器前進，由于路面不平引起測量小輪上下擺動，并帶動位移傳感器的測桿在傳感器的小孔槽里上下滑動。這樣就可以根據傳感器輸出的電位的正負及其大小來確定路面平整度。 采用該類測定儀靈活性較大，既可人拖，也可車拉，但測試效率較低(檢測速度12km/h)。該方法適用于測定路表面的平整度，評定路面的施工質量和使用質量，不適用于在已有較多坑槽、破壞嚴重的路面上測定。 2.3車載式顛簸累積儀 測定時測試車以一

5、定的速度在路面上行使，路面的凹凸不平引起汽車的激振，通過機械傳感器可測量后軸同車廂之間的單向位移累積值VBI。VBI越大，說明路面平整度越差。 車載式顛簸累積儀測定路面平整度速度快，價格低廉，操作簡便?？捎闷錂z測的結果評定路面的施工質量和使用期的舒適性。 2.4激光路面平整度測定儀 激光路面平整度測定儀是一臺裝備有激光傳感器、加速度計和陀螺儀的測定車，同時具有先進的數據采集和處理系統。工作是測試車以一定的速度在路面上行使，固定在汽車底盤上的一排激光傳感器通過測試激光束反射回讀數器的角度來測試路面，這個距離信號同測試車上裝的加速度計信號進行互差，消除測試車自身的顛簸，輸出路面真實斷面信號。信號處

6、理系統將來自激光傳感器的模擬信號轉換成數字信號并記錄下來。隨著汽車的行進，每隔一定間距，采集一次數據。通過數據分析系統，可顯示打印國際平整度指數等平整度檢測結果。 該類測定儀是一種與路面無接觸的測量儀器，測試速度快，精度高。同時還可以進行路面縱斷面、橫坡、車轍等測量，因此該測定儀有著廣闊的應用前景。 3激光掃描技術簡介 激光掃描技術是在地面利用激光掃描裝置自動、系統、快速(準實時)獲取對象表面的三維坐標的測量技術。利用地面三維激光掃描技術，可以深入到任何復雜的現場環境及空間中進行掃描操作，并可以直接實現各種大型的、復雜的、不規則的、標準或非標準的實體或實景三維數據完整的采集，進而快速重構出實體

7、目標的三維模型及線、面、體、空間等各種制圖數據。同時，還可對采集的三維激光點云數據進行各種后處理分析，如測繪、計量、分析、模擬、展示、監測、虛擬現實等操作。采集的三維點云數據及三維建模結果可以進行標準格式轉換，輸出為其它工程軟件能識別處理的文件格式。 激光掃描技術已成為空間數據獲取的一種重要技術手段。同傳統的測量手段相比，三維激光掃描測量技術不需要合作目標，可以自動、連續、快速的采集數據，擁有快速性；不接觸性；穿透性；實時、動態、主動性；高密度、高精度；數字化、自動化等特點。這些優勢使三維掃描技術得到了廣泛的應用。在文物保護、虛擬現實、影視特技、工業生產、刑事偵查、三維傳真和雕塑制作等領域三維

8、掃描技術都己經開始投入應用。某些特殊場合，三維掃描儀還具有獨特的、不可替代的作用。比如測量比較柔軟的物體，用傳統的接觸測量方法，很可能在測量時使物體變形，從而使測量結果不精確，而許多非接觸式的三維掃描儀以激光為測量媒質，不會引起物體表面的變形和損傷。. 4應用實例 4.1試驗區域和數據采集 試驗區域:本試驗選擇的路面長度大約為15米，寬度大約為10米，該路段由水泥材質路面(左邊)和瀝青材質路面(右邊)共同組成，中間有明顯的兩種路面材料所形成的分割線。 數據采集:本試驗采用的激光掃描儀是LeicaHDSScanStation2，具體參數如表1所示。利用地面三維激光掃描儀以2mm的掃描精度對試驗路

9、面進行掃描，得到相應的點云數據，再對數據進行相應的處理。 表1徠卡ScanStation2激光三維掃描儀主要技術參數(50m距離) 備注:V:表示垂直角度H:表示水平角度 4.2數據處理與試驗結果 1)數據處理流程 激光雷達提供的最原始信息即是利用儀器廠家提供的隨機商用軟件獲得的基于儀器坐標系的三維坐標數據，這些原始數據是大量懸浮在空中沒有屬性的離散的點陣數據，通常稱之為“點云”。這些點云數據包含了大量的粗差和系統誤差，不能直接被使用，此外，所采集的點云數據包含了大量的冗余信息，這些冗余信息對后續的數據分析幫助不大甚至沒有幫助，但卻要占用大量的存儲空間及耗費大量的運算時間。鑒于上述原因，數據分

10、析前的預處理是必須的步驟。本試驗中，地面激光雷達的數據處理步驟如下: (1)粗差的剔除 原始點云數據包含了大量的粗差、錯誤和無關信息。這些粗差、錯誤或無關信息嚴重影響后期數據處理，目前主要采用的是人工交互操作，利用儀器供應商同時提供的數據處理軟件，在交互編輯環境下，交互地實現粗差的剔除、與考察對象無關信息的剔除和系統性遺漏信息的彌補及修正。 (2)數據重采樣 道路平整度參考面的選擇，可以根據道路設計書上給定的值進行對比研究，也可根據實際道路情況，選擇一個基準面進行對比研究。本文采用的是后者的方法，即將研究區域采集的道路點云數據按照高程值進行排序統計，選取中值作為參考面的高程值(選取中值可以有效

11、避免噪聲點的影響)。以試驗路面左邊水泥材質路面為基準，對點云數據高程值進行統計，得到的中值為:1.7806m；以試驗路面右邊瀝青材質路面為基準，對點云數據高程值進行統計，得到的中值為:1.7978m。選取掃描的道路點云數據四個角點坐標，配以統計得到的高程值建立三角網，按照2mm為間隔進行數據重采樣，得到相應的參考面點云數據。 (3)建立DEM及DEM差分運算 對掃描和重采樣得到的點云數據進行內插，建立相應的DEM。將以水泥材質路面和瀝青材質路面為基準建立的DEM分別和完整路面DEM進行差分運算，得到兩組DEM差分圖。通過顏色的選擇，將高程值的變化直觀的反應出來，便于后續的分析研究。 2)試驗結

12、果分析 圖1是以水泥材質路面為基準建立的DEM和完整路面DEM進行差分運算，得到的DEM差分圖，簡稱水泥材質DEM差分圖。圖2以瀝青材質路面為基準建立的DEM和完整路面DEM進行差分運算，得到的DEM差分圖，簡稱瀝青材質DEM差分圖。表2是水泥材質DEM差分結果精度報告，表3是瀝青材質DEM差分結果精度報告。從試驗結果可以看出，DEM差分結果可以精確到毫米級別，且結果圖直觀的反應出路面的平整狀況，便于后期對路面展開修補工作。 圖1水泥材質DEM差分圖 圖2瀝青材質DEM差分圖 表2水泥材質DEM差分結果精度報告 表3瀝青材質DEM差分結果精度報告 5結束語 利用激光掃描儀對路面平整度進行檢測，具有高精度、高密度、檢測快、成本低等優勢，不僅為決策