高速公路養護質量激光檢測技術及應用的思考

申歡

（貴州宏信創達工程檢測咨詢有限公司）

前言

雖然在國外的高速公路工程之中，質量檢測工作已經大部分應用了激光檢測設備，但是由于激光檢測設備價格和引進因素的影響，我國目前所引進的國際上先進的激光設備屈指可數。隨著高速公路建設工程需求的提升，對于養護質量的檢測需求也與日俱增。當傳統檢測手段難以滿足當前的檢測需要時，就必須積極進行技術改革和技術創新，其中激光檢測技術是一項先進可行的技術。

1 應用于養護路面質量檢測的激光檢測技術的實現

現階段國內外常見的激光檢測技術主要為三維激光掃描技術，這一技術手段時GPS技術之后出現的先進的測繪技術。與傳統的測繪技術相比，三維激光掃描技術在測繪方面能夠實現更具精度和準確性的立體掃描，從而避免了傳統測繪手段當中因點對點掃描所帶來的局限性。隨著技術的發展，應用于高速公路養護質量檢測中的三維激光掃描技術，可以借助于專業的系統工具，對高速公路養護中的公路路面整體形態進行表面點的確定，從而生成云數據。這種掃描方法效率更快，精度也更高，同時掃描硬件屬于非接觸式工具，能夠避免對公路路面的損毀。

在研究和發展的過程中，三維激光掃描技術逐漸與空間信息技術相互融合，從而在諸多空間建筑領域得到了應用[1]。為了能夠進一步提升其利用效率，提高精準度和判斷能力，我國在進行三維激光研究中，提出了三維視覺的概念。這一概念的實現依靠全方位攝影、高分辨率照相和幾何云點紋理信息處理等先進技術來實現，在空間信息獲取的過程中，能夠對所在的研究對象空間進行三維建模，從而實現對對象空間建筑的準確判斷。在高速公路工程當中，三維激光掃描技術能夠通過建模的方式以及直接測量等方式對真實的養護路面進行充分還原，并最終得到公路平整度、公路路面變形情況的詳細參數數據，最終完成對高速公路養護質量的精準評價。

2 高速公路養護質量檢測中激光檢測技術的應用

2.1 路面平整度檢測中激光檢測技術的應用

2.1.1 檢測系統的硬件設置

路面平整度作為養護質量中的重要數據，在進行檢測時需要具備極高的檢測參數精度。在三維激光掃描技術中，通過激光平整度儀可以構建專門的檢測系統，對平整度進行數據獲取和質量判斷。在該系統之中，硬件架構主要有距離傳感器和及滾滾傳感器共同組成，兩組傳感器的檢測對象對高速公路的路面縱斷面智商，因此在進行架設時往往將儀器安裝于標準的剛性梁之上。某檢測工程中，剛性梁安裝舞臺激光傳感器對路面位移情況進行記錄，通過傳感器編號設定各個傳感器間隔，最終形成大步長和小步長的對稱系統，進行測量坐標系的標高基準線數據獲取。而在高速公路使用中，則通過距離傳感器對汽車行駛時所產生的數據和位置信息進行判斷，最終根據數據信息和平整度指標，對該路段的平整度去年概況進行打分。

2.1.2 激光檢測的試驗分析內容

為了保證激光檢測數據和質量評分能夠具有反映真實情況的能力，還需要對激光檢測結果進行試驗分析。常見的試驗手段有重復性試驗、速度影響性試驗等。其中重復性試驗是指在激光檢測完成后對其檢測結果的穩定性和準確性的試驗。試驗方法主要集中在某一個既定的路面之中，通過多次平整度檢測，將所獲取的車輛行駛速度帶入到檢測結果中，并進行多次重復分析，從而控制結果誤差。當多次平整度分析的變異系數均低于0.05后，即可以認定該檢測具有準確性；速度影響試驗的主要目的在與判斷檢測結果是否會受到汽車行駛速度的影響而造成誤差，為了能夠對影響因素進行判斷，檢測人員需要對某一段路程中的檢測對象與汽車行駛情況進行兩次以上的平等分析，隨后，依據速度影響系數對結果進行測量，結果誤差率在0.05以下，方可認定檢測結果不會受到汽車行駛速度影響，具有準確性[2]。

2.2 路面變形情況檢測中激光檢測的應用

2.2.1 數據信息采集

在三維激光掃描技術當中，通過對路面信息進行采集的方式，獲取計算數據進行點云數據的計算，能夠十分精準的判斷路面變形情況，從而為高速公路養護質量的評判提供依據。其中，路面信息采集主要以控制測量的方法為主，這種方法主要氛圍平面控制測量和高程控制測量兩個方面，在三維激光掃描技術中，平面控制測量應用GPS技術，對路面進行選點，再通過控制點觀測獲得坐標系數據信息；而高程控制測量則需要利用GPS網進行共用控制點設置，從而使每一條目標路段之間都能夠依靠閉合水準線進行連接。通過水準線的往返晴康判斷控制點，形成控制點的方差計算，獲取高程控制測量數據。

在數據采集所需要運用的激光測量設備的選用方面，一般要求根據實際的高速公路環境和測量特征進行選型。本文在對某高速公路路段進行養護質量檢測時選用了美國生產的FARO型號激光掃描儀，這種型號的掃描儀測程范圍大、測角精度高，同時體積較小，可以進行單人作業。在高速公路環境測量中，可以進行全方位的數據掃描，且云點密度大。在該型號的設備使用中，其云點所開展的點云拼接主要通過球形標靶來完成[3]。高速公路路段的外業測量中，FARO型激光掃描儀預置了球形標靶，同時可以根據控制點的具體情況引入絕對坐標，從而有效地實現了外業總的APM定位，測量效果十分理想。在進行真實環境作業時，測量人員需要在待測高速公路路面的兩側分別設置球形標靶，再依據高速公路的方向進行設置標靶。標靶應當依托高速公路的方向依次建立。APM定位裝置則要設置在已經完成設定的控制點之上，從而實現點云數據的獲取。

2.2.2 點云數據獲取

在真實的高速公路環境之中，由于其所處的地理特征相對特殊，測量人員所開展的測量工作往往會收到來往車輛、高速公路建筑物等的阻擋，最終造成測量設備無法對測量范圍內的部分死角位置進行有效測量。為了解決這一問題，測量人員需要通過點云數據分析軟件，對已經完成測量的現場數據進行去噪處理。借助這種方式將數據當中包含有的無效數據、不標準數據予以剔除，最終使球形標靶能夠保留真實反應道路狀況的有效數據。

在軟件之中，結合已經完成激光掃描的各個項目，利用坐標系的方式，引入進控制點數據。軟件可以進行自動計算，從而將所有已經完成的真實有效掃描數據與控制點相互結合，從而轉換成為控制網數據，建立起控制網坐標系統。這一坐標系統所描述的時高速公路養護中路面未發生形變的標準狀態。隨后，軟件會對數據變化過程和高速公路的施工放樣過程數據進行再次統計，并轉化成為里程數據，形成里程坐標系。坐標系則形成25×25的網格化，進行設計濾波。在完成濾波后所獲得的標準數據可以與設計數據進行差值計算，獲取養護高速公路的路面變形數據。

3 結論

綜上所述，激光掃描技術作為一種十分先進的空間信息技術，能夠對多種類型的建筑物進行全面的數據測量。在高速公路養護質量標準中，路面的平整度和路面的變形情況都可以反映在公路數據變化規律之中，通過合理運用三維激光掃描系統能夠對真實路況進行模擬，并充分檢測養護質量狀態。

[1]王建偉.激光平整度儀在公路工程平整度試驗檢測中的應用[J].價值工程，2017，36（11）：145～146.

[2]劉亞娟.激光式高速彎沉儀在運營高速公路檢測中的應用[J].公路交通科技（應用技術版），2017，13（09）：1～3.