激光平整度仪在工程检测中的应用研究

激光平整度仪在工程检测中的应用 研究

王森

上海同纳建设工程质量检测有限公司 上海市普陀区 200331

摘要：路面平整度作为公路工程重要的检测指标，能够反应出路面行驶质量的好坏，如果路面平整度较差路面行驶质量也不好。检测人员通常采用激光平整度仪快速准确的测定公路工程的路面平整度。本文通过对激光平整度仪的稳定性、可靠性、准确性进行分析，分析结果表明激光平整度仪具有良好的稳定性、可靠性、准确性。

关键词：路面平整度、工程检测、激光平整度仪、平整度指数IRI

引言

40年来，中国公路运输业坚决贯彻中共中央改革开放的一系列政策方针，始终勇于引领时代潮流，取得了不可思议的发展。1978年，全国公路总里程仅89万公里，到2017年底，公路总里程达到477.3万公里。中国公路交通运输业取得了显著成就。截至2019年，中国已建成高速公路484.65万公里和高速公路14.26万公里，位居世界第一。随着我国公路工程建设的大规模进行，公路工程质量检测显得尤为重要。路面平整度作为公路工程的一项重要检测指标，应引起足够的重视。路面平整度自动检测系统种类繁多，在原理、结构、操作及使用的检测指标等方面存在较大差异。参照世界银行第46号报告关于路面平整度测试方法的科研成果，根据路面剖面测试的方法和精度，可分为响应式平整度测试系统和剖面平整度测试系统。

1 路面激光平整度仪检测原理与优势

1.1激光平整度仪的检测原理

本文介绍的激光平面度测量仪属于纵断面平面度测试系统。通过测量纵断面的高程，直接计算国际平整度指数 IRI 来表示路面的平整度，国际平整度指标(IRI)是世界银行推荐的标准平整度指数。以IRI 为标准板形测试指标，对不同板形测试系统的测试结果进行了比较，结果表明，该方法具有时间稳定、重现性好、与大多数板形测试结果相关性好等优点。

1.2激光平整度仪适用范围

目前激光平整度仪适用于检测没有严重坑槽、车辙等病害及无冰雪、无泥浆、无积水等正常通车条件下的路面上进行平整度测试。主要运用于高等级公路新建及改扩建施工质量的检验评定，路况调查中路面行驶质量评定。

1.3激光平整度仪的优势

目前而言，传统的八轮仪检测平整度，需要人力牵引或者牵引车牵引检测速度慢最大不超过12km/h，人为影响的误差较大，而3m直尺测定平整度，只能用人工一尺一尺的测量，检测速度极慢，并且精确度较低，认为影响误差较大。目前大多数公路及市政道路都采用国际平整度指数IRI来评定路面平整度，采用激光平整度仪测定路面平整度相对于其他方法具有检测速度快，最快可以达到100km/h；效率高，能够实时计算显示并且存储平整度信息；准确度较高，左右各一个激光传感器和加速度传感器，能够同时采集左右侧平整度数据，根据加速度传感器采集到的加速度信号优化平整度算法，减小由于加速减速时车身异常晃动时对数据的影响；精确度高，激光传感器是与瑞士OPTIMESS公司联合开发高精度激光位移传感器，稳定性好，寿命长，激光传感器频率达到20kHz，分辨率达到0.01mm，测量范围±280mm，纵向采样间距达到了1mm，并且与之配套的减速度传感器分辨率1μg，加速度传感器响应频率为DC-400Hz，准确度达到了1㎎，测量范围达到±5g；能适应高海拔，高温，低温等恶劣气候条件，最高可以适应5000m海拔高度-15℃-50℃温度环境下正常工作，操作设备仅需要两个人（一个驾驶员，一个设备操作员），节能了人力物力。

2 激光平整度仪检测方法

2.1设备检查

检查轮胎气压，保证前胎压3.0bar，后胎压4.5bar。对平整度激光点进行检查确认，50mm标定块显示高程（50±0.5）mm为正常，否则应查找原因。

2.2检测前准备工作

检查拖地带和拖地链接地良好，激光器表面清洁干净无遮挡。

2.3检测流程

打开发电机开关，待发电机启动并运行稳定后用电笔测试车体，确认车体不漏电。

将“发电/市电”旋钮转到发电开关，打开总电源，将“UPS/直通”旋钮转到UPS。

在配电主板依次打开“机柜”，“机柜风扇”，“服务器”，“平整度”，“GPS”，“同步器”按钮，给设备上电。

打开标定程序，对加速度进行标定，标定时车上人员保持不动，标定完成后保存保定结果。

启动平整度测试程序，先以测试速度行驶5-10km对设备进行预热。

预热完成后停在起点前50-100m处，启动平整度测试程序，输入路线信息和里程桩号。

按照正常车速行驶，速度范围宜在50-80km/h，应避免急加速和急减速。

进入测试路段时点击开始按钮，测试结束后应多跑100m左右并点停止按钮，并将设备各部分恢复至初始状态。

检查测试数据文件应完整，内容应正常，否则应查明原因并重新测试。

3 路面平整度检测的重要性

众所周知，平整度对于公路行车安全、舒适非常重要，公路工程交工验收时需要对公路平整度进行检测，看是否满足设计要求，竣工验收时仍然需要对平整度进行复测看是否满足竣工验收的要求，可见平整度检测的重要性。

我们经常在公路上行驶的时候看到路面有修补的痕迹，一方面由于道路的损坏修补，增加道路使用寿命，另一方面最大程度的保证路面的平整度，减少颠簸等引起的交通事故。公路随着地形不同或者桥梁隧道高架等，都是有一定的曲线坡度，而不是直上直下，这样做的目的也是为了在起伏不定的路面尽可能的保持较好的平整度。

平整度还关系到车辆以及人员安全，行车舒适性和油耗问题，举个简单的例子，大型货车流量大，载重高的路段，路面相对的就会有较多的坑槽沉陷裂缝等，行车磕磕绊绊，增加轮胎损耗、汽车故障率和汽车操控难度，对人员造成伤害，为了增加行车舒适度，司机只能降低车速，车辆通行效率就会下降，众所周知车速较低相对的也会增加油耗。下雨时候坑槽积水，司机不知其深浅，通过时增加行车事故的可能。

因此，我们需要不断的完善公路工程的建设，保障公路路面的平整度，在设计、施工、验收等各个重要阶段严格把控，做好预防措施

4 激光平整度仪的可靠性分析

根据本次试验，准备设备：水准仪（DSZ05级）、全站仪（1级）、量块（四等）、条式水平仪（U=5%，K=2）。

试验之前按照要求对激光平整度仪进行标定，选取平整的路面，先标定平整度激光探头垂直测距示值误差，然后标定加速计，最后标定距离传感器。

选取一段比较平坦顺直的路面，在轮迹带放置金属板，每次驶过车辆轮胎压在相同位置。然后用水准仪测量得到的高程数据利用公式可计算得到国际平整度指数IRI，最终我们我们得到理想的路段数据，0-100m为车辆加速度段，100-200m平整度在0-2m/km范围，200-400m平整度在3-4m/km范围，400-500m平整度在2-3m/km范围，500-600m平整度>4m/km。（由于需要不同范围的平整度的路面，测量难度较大，且现实中难以实现，所以采用厂区封闭道路放置金属板用水准仪测得高程数据计算得到国际平整度指数，这样测得平整度指数相对于直接在路面用水准仪测量更加准确安全）

表1 50km/h速度下10次测试结果

表2 80km/h速度下测试结果

（由于速度过快加速段距离相对提高，车辆开到平整度高的路段颠簸比较厉害，对数据影响较大，所以采用中间比较有代表性300-400m段的数据）

表3 检测结果

结果分析

速度影响：速度的影响是激光平坦度系统是否受到车辆行驶速度的影响。在车速影响试验中，采用相同的路面、相同的平坦度、不同的车速进行多次试验，测量结果检测速度的影响误差为1.4% ，说明激光平坦度检测系统受车速影响较小，基本不受影响。

重复性试验：重复性试验是为了验证激光平坦度测试结果的稳定性和准确性,重复性试验对统一检测路段相同的测试速度进行多次检测，对比检测结果的变异系数，从上表数据可以看出不同范围的IRI测量重复性均小于5%，说明激光平整度仪稳定性较好，准确度较高。

5 结语

综上所述，激光平整度仪可用于大部分公路工程试验检测中，应用面广，并且操作简单便捷，节省人力物力，检测效率高，处理速度快，准确度高，精确度好，能够适用于恶劣的气候条件，能够快速准确的评价公路工程的施工质量，缩短施工工期，从而降低施工成本，带来更大的经济效益，促进经济发展，促进我国公路事业健康稳定发展。

参考文献

中华人民共和国行业标准.公路路基路面现场测试规程（JTG 3450-2019）.北京：人民交通出版社.2019

中华人民共和国行业标准.公路沥青路面养护技术规范（JTG 5142-2019）.北京：人民交通出版社.2019

撰写日期：2021-05

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