路面檢測三維激光多功能檢測系統研究

劉智琦、袁林

（江西省天馳高速科技發展有限公司，江西南昌330000）

0 引言

在公路工程項目開展的階段中，路面檢測質量水平的高低關系到工程項目的整體質量。就當前而言，隨著我國科學技術的不斷發展，在路面檢測領域中三維激光多功能檢測系統的應用范圍也越來越廣，由于該檢測系統功能比較豐富，能夠直觀地對路面情況進行綜合檢測，并以快速的方式獲取檢測結果，可以給工作人員開展工作奠定良好的基礎。因此對三維激光多功能檢測系統的應用情況進行分析，尋找出更為科學有效的檢測手段，對推動路面工程檢測工作開展有著很重要的幫助。

1 三維激光檢測系統工作原理

當前路面車轍檢測技術類型有很多種，三維激光檢測技術屬于諸多檢測類型中的一種方法。該技術的應用原理主要是依托直射光源，借助照相機協同作業，在路面會形成光斑，然后就可以完成整個檢測工作。激光器是核心的設備，其作用就是發射激光，照相機為目前人們應用普遍的CCD（Charge Coupled Device，電荷耦合器件）照相機。激光發射之后直接照射到路面上，如果被檢測的位置上存在車轍的病害形式，在操作過程中光線就會出現病害問題，按照掌握的檢測數據，將其利用到軟件中就能對路面的平整度情況進行分析[1]。

該檢測系統中包含有CCD 相機，該相機能夠直接獲取三維圖像文件，在經過相關系統處理以后就能實現二維變形圖像。最后依托中線條，按照信息的參數就能繪制變形曲線，然后確定車轍深度數據，以符合檢測的標準和要求。

2 LMI 三維激光檢測系統

2.1 系統組成

在路面檢測的過程中，三維激光檢測系統作為常用的檢測方式，但是設備的成本比較高，并且從技術角度出發還有更大的進步空間，所以目前我國的應用比較有限。但是當前在檢測領域內，LMI 公司研發應用的三維激光檢測系統有著非常重要的作用和價值，其性能優越、成本低，所以在進入到國內市場后就有較高競爭力，市場份額不斷地擴大。LMI 三維智能傳感器主要分為Gocator2000 系列和Gocator2300 系列兩種，無論哪一種，都有非常優越的性能，掃描的效率比較高，能夠和車輛行駛的狀態保持一致性，并且數據精度較高，還能保證運行的穩定性與安全性，消除光照產生的不利影響，應用到路面工程中有著非常明顯的優勢[2]。這兩種產品主要有如下特性：

2.1.1 系統內置激光器與高度穩定光學系統，在生產制作環節配置各項功能，完成系統調試和控制工作，開機即可完成檢測工作，操作非常靈活方便。

2.1.2 傳感器具備的功能是非常完善的，比如激光測量、數據處理等，將被檢測物體的輪廓直接轉化為三維坐標數據信息，而后保證系統具備獨立性能，該方式能夠實現自動操作。并且傳感器中的配套軟件日臻完善，能夠使傳感器得到有效應用。

2.1.3 設備的外殼設計為全封閉鋁合金結構形式，防水性能符合要求，根據具體應用的情況選擇合適的傳感器設備，操作更加靈活方便，能達到多種條件使用標準。路面車轍檢測并不是固定的，所以存在干擾和影響，對于檢測設備有著非常高的要求，設備必須具有較高掃描速度，和路面行駛車輛有很好的適配度，能夠快速獲取車輛數據信息；配套設備具備較高的覆蓋能力，在路面出現粗糙的情況后，能夠快速檢測并且獲取數據信息；由于光照會在一定的范圍內給車轍檢測造成影響，因此，選擇的設備一定要具備抗干擾能力[3]。

2.2 實際應用

某公路路面A 段工程長度為1km，該工程主要采用三維激光技術進行路面車轍檢測分析。三維激光傳感器為核心結構部分，其掃描頻率為700Hz，運行時每秒可以拍攝700 個的圖像數據。在該案例中，選取的是規格為300mm×300mm×60mm 的瀝青車轍板以完成測量的工作。應用精度為0.1mm 的游標卡尺，測定車轍的深度尺寸，明確具體的車轍位置，然后確定平均值，以得到最終的結論。通過對車轍板與地槽分析可了解到，相關的平整度比較好，因此，用該參數能夠計算出相關的平均值，所獲取的數據即是車轍深度的參數值。而后按照獲取的參數進行相關的試驗，再對設備的工作參數進行布設，該工程中設備曝光值為1200μs，測量寬度為1400mm[4]。

3 三維激光多功能檢測系統在路面檢測中的應用情況探究

3.1 基本資料

某公路項目的總長度為80km，設計行駛速度為100km/h，路面寬24.5m。在長期投入運行之后，因為車輛荷載、自然侵蝕、降雨災害等方面因素的影響，導致路面結構的病害問題非常嚴重，尤其是車轍病害，極大地威脅了路面運行效果。為了能夠準確的獲取病害數據信息，了解病害具體情況，選擇抽樣檢測的方式，通過手工直尺進行車轍深度的檢測，然后做好兩側和中間測點的深度參數檢測，獲取平均參數值，作為最終的檢測數據。然后，應用LMI 三維激光檢測系統進一步地檢測確定車轍深度數據，以相同的參數采集4 次，經過計算之后得到平均數值，將該數據作為最終結果使用，以落實養護措施。

3.2 檢測結果

經過上述的步驟檢測工作之后，可以獲取比較重要的檢測數據信息，根據我國的國家標準和行業規范的要求，對于各項數據實時計算與分析，然后確定偏差系數。計算之后可以得到，4 次檢測之后數據的絕對誤差在0.1～0.8mm 之間，且相對誤差不超過2%。根據檢測數據偏差的實際情況分析，其達到標準要求。從這個方面出發，該位置上應用的三維激光設備進行檢測工作效果良好，數據檢測精度較高。根據這一檢測數據信息，分析數據的相關性，帶入線回歸方程，可以得出該位置的相關系數為0.9783，達到標準要求。經過分析發現，該路面結構的車轍病害數據信息獲取非常準確，說明三維激光技術的應用效果良好，完全符合使用標準，對于后續病害處理有著直接的影響作用。在檢測的階段中綜合實際需求對涉及的檢測結果進行綜合評定，分析顯示各項檢測指數滿足實際需要[5]。

4 三維激光技術應用的影響因素分析

按照上述分析可知，在進行相關測量參數與平整度信息分析以后，得出兩者的參數性能是不同的，因此，在實踐階段需要考慮到激光表面的差異，需要掌握激光數據的特性，分析影響數據精度的因素，主要是色彩、構造深度方面，下面就這兩個方面因素展開具體、深入的分析。

4.1 色彩的影響

從我國的公路工程實際運行情況分析發現，高速公路施工中，主要的結構形式是瀝青路面結構，顏色一般是黑色，并且道路表面布置有兩種標線，顏色主要是以白色與黃色為主。按照該特點進行分析，在受到路面顏色干擾與影響后，不同的檢測結果存在差異性。每個顏色所造成的檢測偏差有差異，具體關系為“黑色＞黃色＞白色”，說明激光測量時，白色的條件下能夠做好誤差的全面控制，而黑色則會給激光測量的精度造成直接的影響，導致最終檢測數據出現較大的偏差，影響路面結構的修復處理。

4.2 構造深度的影響

當前我國的三維激光技術應用比較普遍，在瀝青路面結構中應用，可以從路面材料、粒徑、油石比等參數角度出發進行分析研究，主要反映出構造結構方面的不同，也會給三維激光檢測技術的質量帶來不利的影響。綜合分析道路表面結構的特性，發現其能夠快速的確定路表孔隙的問題，體現出結構的特性，消除不利影響因素。通過相關分析了解到，細孔瀝青路面產生的正值誤差比較大，在進行負值誤差分析時，出現一個明顯的問題，該問題為：粗孔瀝青路面結構出現粗大問題。在分析各個區域的位置可知，細孔與中孔以及粗孔參數值為：［-0.1，+0.1］、［-0.11，+0.11］和［-0.13，+0.13］，通過該參數可知，細孔瀝青值比較小，說明在檢測環節得到的信息數據較為集中，其檢測出來的結果也能切實的反映出路面的具體情況，直接表明了檢測精度較高。而從中孔與粗孔等方面進行分析，得到置信度在99%置信區間內，可以實現依次增加，所以應用三維激光技術能夠大幅提高檢測的精度，綜合利用價值較高。

5 結語

綜上所述，我國目前路面結構形式主要是瀝青路面，所以在長期投入運營后會出現車轍的病害問題，極易造成嚴重的安全事故。本文分析了三維激光檢測技術在路面車轍檢測的應用，發現該技術的檢測精度較高，操作也非常的方便，實際應用價值非常高，尤其是路面檢測效果良好，對后續維護與養護工作提供了較大幫助。