基于激光輪廓檢測儀的瀝青路面宏觀輪廓三維重構(gòu)

廖景鏗邵申申田 力/.廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院 .廣東省建筑科學(xué)研究院

基于激光輪廓檢測儀的瀝青路面宏觀輪廓三維重構(gòu)

廖景鏗1邵申申2田 力2/1.廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院 2.廣東省建筑科學(xué)研究院

為精確地描述瀝青路面宏觀輪廓的特征，本文基于激光輪廓檢測儀，結(jié)合自主研發(fā)的加速加載搓揉試驗(yàn)機(jī)，對瀝青路面車轍板進(jìn)行0，2，4，6，8小時(shí)的搓揉壓實(shí)試驗(yàn)，并采集宏觀輪廓高程數(shù)據(jù)，編寫MATLAB程序?qū)β访婧暧^輪廓高程數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重構(gòu)。

瀝青路面；激光輪廓檢測儀；加速加載；三維重構(gòu)

引言

目前用以描述瀝青路面路表輪廓特征的方法有很多，然而不論是傳統(tǒng)方法還是一些較為先進(jìn)的技術(shù)，其對于路表輪廓特征的描述仍局限于傳統(tǒng)的平均構(gòu)造深度（MTD）和平均斷面深度（MPD）兩個(gè)指標(biāo)，精度不夠且人為操作及外界影響因素多，本文將致力于利用自主研發(fā)的激光輪廓檢測系統(tǒng)，基于輪廓構(gòu)造這一面區(qū)域概念，對激光輪廓檢測儀采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，試圖利用三維重構(gòu)模擬出路表輪廓特征圖，更加直觀的描述瀝青路面的表面輪廓特征。

一、激光輪廓檢測儀原理及儀器簡介

為了客觀準(zhǔn)確地了解瀝青路面的表面輪廓構(gòu)造情況，自主研發(fā)了激光輪廓檢測儀。本儀器利用激光測距的原理，運(yùn)用電機(jī)對其掃描速度進(jìn)行控制，進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取采集，這一系統(tǒng)能夠通過掃描速度和采樣間隔，控制測量范圍內(nèi)測量點(diǎn)的分布，從而準(zhǔn)確獲取測量所需的數(shù)據(jù)，并配合計(jì)算機(jī)MATLAB編程軟件對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

（一）儀器測量方案

結(jié)合本文所述及的激光輪廓檢測儀的原理，擬對瀝青路面的測量區(qū)域采取小間距，多條線的測量方法，以期達(dá)到一個(gè)覆蓋面區(qū)域概念的測量范圍，試圖客觀真實(shí)重構(gòu)瀝青路標(biāo)的輪廓特性。

首先對于測量區(qū)域的選擇，結(jié)合評價(jià)指標(biāo)中對于鋪砂法和激光法的參考，按照以往對于瀝青路面表面層鋪砂法的經(jīng)驗(yàn)，其測量區(qū)域圓的半徑一般為15cm～20cm，其內(nèi)接正方形的邊長約為10.5cm～14cm，而激光法單條線的測量單元總長度一般為10cm，所以本儀器初步擬定測量區(qū)域?yàn)?0cm×10cm。

（二）測量數(shù)據(jù)處理

依據(jù)測量方案，可以在計(jì)算機(jī)中得到1000×1000個(gè)測量點(diǎn)的測量數(shù)據(jù)的txt文件，利用MATLAB編程軟件，對得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)而得到所需的評價(jià)指標(biāo)。

對測量點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理主要分為三個(gè)步驟，數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)處理以及指標(biāo)計(jì)算，具體說就是將測量所得到的測量點(diǎn)的txt文件數(shù)據(jù)讀入MATLAB程序，再對數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪和需要的整合，最后用以計(jì)算并進(jìn)行三維重構(gòu)。

二、路表輪廓特征的三維重構(gòu)及比較

（一）加速加載搓揉試驗(yàn)機(jī)工作原理簡介

本節(jié)研究過程采用自主研發(fā)的加速加載搓揉試驗(yàn)機(jī)結(jié)合激光輪廓檢測儀，基于CAVF法和斷級配設(shè)計(jì)理論的材料設(shè)計(jì)方法改進(jìn)了AC-13的級配組成及其設(shè)計(jì)方法，獲得間斷篩孔4.75mm的抗滑表層級配的瀝青混合料，為了區(qū)別于傳統(tǒng)的規(guī)范級配，本文將間斷（4.75mm）級配的AC-13簡稱為骨架密實(shí)型斷級配GAC-13，其級配表如表1所示。實(shí)驗(yàn)對象為GAC-13級配的瀝青混合料車轍板，車轍板的尺寸為300×300×50mm ，輪載為100kg，在水環(huán)境下對GAC-13級配的車轍板和進(jìn)行0，2，4，6，8小時(shí)的搓揉。搓揉試驗(yàn)結(jié)束后，在常溫下將車轍板晾干，分別進(jìn)行激光輪廓檢測試驗(yàn)。

表1 兩種試驗(yàn)試件采用的混合料級配通過率（％）

（二）三維重構(gòu)

利用測量得到的數(shù)據(jù)，編寫MATLAB程序?qū)Ω鞣N測量車轍試件的邊面輪廓進(jìn)行三維重構(gòu)，揭示不同搓揉時(shí)間下路表輪廓特征的變化情況。

圖2 花崗巖GAC-13級配60度不同壓實(shí)次數(shù)下三維重構(gòu)圖

三、結(jié)論

試驗(yàn)采用GAC-13級配形式，由圖中可以看出，無論是初始的輪廓特征還是隨著搓揉壓實(shí)時(shí)間的增加，GAC-13輪廓特征較豐富，初始及搓揉8小時(shí)后這種優(yōu)勢依舊存在，說明GAC-13路面抗滑性能及耐久性較好。

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