路面检测三维激光多功能检测系统研究

刘智琦、袁林

（江西省天驰高速科技发展有限公司，江西南昌330000）

0 引言

在公路工程项目开展的阶段中，路面检测质量水平的高低关系到工程项目的整体质量。就当前而言，随着我国科学技术的不断发展，在路面检测领域中三维激光多功能检测系统的应用范围也越来越广，由于该检测系统功能比较丰富，能够直观地对路面情况进行综合检测，并以快速的方式获取检测结果，可以给工作人员开展工作奠定良好的基础。因此对三维激光多功能检测系统的应用情况进行分析，寻找出更为科学有效的检测手段，对推动路面工程检测工作开展有着很重要的帮助。

1 三维激光检测系统工作原理

当前路面车辙检测技术类型有很多种，三维激光检测技术属于诸多检测类型中的一种方法。该技术的应用原理主要是依托直射光源，借助照相机协同作业，在路面会形成光斑，然后就可以完成整个检测工作。激光器是核心的设备，其作用就是发射激光，照相机为目前人们应用普遍的CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合器件）照相机。激光发射之后直接照射到路面上，如果被检测的位置上存在车辙的病害形式，在操作过程中光线就会出现病害问题，按照掌握的检测数据，将其利用到软件中就能对路面的平整度情况进行分析[1]。

该检测系统中包含有CCD 相机，该相机能够直接获取三维图像文件，在经过相关系统处理以后就能实现二维变形图像。最后依托中线条，按照信息的参数就能绘制变形曲线，然后确定车辙深度数据，以符合检测的标准和要求。

2 LMI 三维激光检测系统

2.1 系统组成

在路面检测的过程中，三维激光检测系统作为常用的检测方式，但是设备的成本比较高，并且从技术角度出发还有更大的进步空间，所以目前我国的应用比较有限。但是当前在检测领域内，LMI 公司研发应用的三维激光检测系统有着非常重要的作用和价值，其性能优越、成本低，所以在进入到国内市场后就有较高竞争力，市场份额不断地扩大。LMI 三维智能传感器主要分为Gocator2000 系列和Gocator2300 系列两种，无论哪一种，都有非常优越的性能，扫描的效率比较高，能够和车辆行驶的状态保持一致性，并且数据精度较高，还能保证运行的稳定性与安全性，消除光照产生的不利影响，应用到路面工程中有着非常明显的优势[2]。这两种产品主要有如下特性：

2.1.1 系统内置激光器与高度稳定光学系统，在生产制作环节配置各项功能，完成系统调试和控制工作，开机即可完成检测工作，操作非常灵活方便。

2.1.2 传感器具备的功能是非常完善的，比如激光测量、数据处理等，将被检测物体的轮廓直接转化为三维坐标数据信息，而后保证系统具备独立性能，该方式能够实现自动操作。并且传感器中的配套软件日臻完善，能够使传感器得到有效应用。

2.1.3 设备的外壳设计为全封闭铝合金结构形式，防水性能符合要求，根据具体应用的情况选择合适的传感器设备，操作更加灵活方便，能达到多种条件使用标准。路面车辙检测并不是固定的，所以存在干扰和影响，对于检测设备有着非常高的要求，设备必须具有较高扫描速度，和路面行驶车辆有很好的适配度，能够快速获取车辆数据信息；配套设备具备较高的覆盖能力，在路面出现粗糙的情况后，能够快速检测并且获取数据信息；由于光照会在一定的范围内给车辙检测造成影响，因此，选择的设备一定要具备抗干扰能力[3]。

2.2 实际应用

某公路路面A 段工程长度为1km，该工程主要采用三维激光技术进行路面车辙检测分析。三维激光传感器为核心结构部分，其扫描频率为700Hz，运行时每秒可以拍摄700 个的图像数据。在该案例中，选取的是规格为300mm×300mm×60mm 的沥青车辙板以完成测量的工作。应用精度为0.1mm 的游标卡尺，测定车辙的深度尺寸，明确具体的车辙位置，然后确定平均值，以得到最终的结论。通过对车辙板与地槽分析可了解到，相关的平整度比较好，因此，用该参数能够计算出相关的平均值，所获取的数据即是车辙深度的参数值。而后按照获取的参数进行相关的试验，再对设备的工作参数进行布设，该工程中设备曝光值为1200μs，测量宽度为1400mm[4]。

3 三维激光多功能检测系统在路面检测中的应用情况探究

3.1 基本资料

某公路项目的总长度为80km，设计行驶速度为100km/h，路面宽24.5m。在长期投入运行之后，因为车辆荷载、自然侵蚀、降雨灾害等方面因素的影响，导致路面结构的病害问题非常严重，尤其是车辙病害，极大地威胁了路面运行效果。为了能够准确的获取病害数据信息，了解病害具体情况，选择抽样检测的方式，通过手工直尺进行车辙深度的检测，然后做好两侧和中间测点的深度参数检测，获取平均参数值，作为最终的检测数据。然后，应用LMI 三维激光检测系统进一步地检测确定车辙深度数据，以相同的参数采集4 次，经过计算之后得到平均数值，将该数据作为最终结果使用，以落实养护措施。

3.2 检测结果

经过上述的步骤检测工作之后，可以获取比较重要的检测数据信息，根据我国的国家标准和行业规范的要求，对于各项数据实时计算与分析，然后确定偏差系数。计算之后可以得到，4 次检测之后数据的绝对误差在0.1～0.8mm 之间，且相对误差不超过2%。根据检测数据偏差的实际情况分析，其达到标准要求。从这个方面出发，该位置上应用的三维激光设备进行检测工作效果良好，数据检测精度较高。根据这一检测数据信息，分析数据的相关性，带入线回归方程，可以得出该位置的相关系数为0.9783，达到标准要求。经过分析发现，该路面结构的车辙病害数据信息获取非常准确，说明三维激光技术的应用效果良好，完全符合使用标准，对于后续病害处理有着直接的影响作用。在检测的阶段中综合实际需求对涉及的检测结果进行综合评定，分析显示各项检测指数满足实际需要[5]。

4 三维激光技术应用的影响因素分析

按照上述分析可知，在进行相关测量参数与平整度信息分析以后，得出两者的参数性能是不同的，因此，在实践阶段需要考虑到激光表面的差异，需要掌握激光数据的特性，分析影响数据精度的因素，主要是色彩、构造深度方面，下面就这两个方面因素展开具体、深入的分析。

4.1 色彩的影响

从我国的公路工程实际运行情况分析发现，高速公路施工中，主要的结构形式是沥青路面结构，颜色一般是黑色，并且道路表面布置有两种标线，颜色主要是以白色与黄色为主。按照该特点进行分析，在受到路面颜色干扰与影响后，不同的检测结果存在差异性。每个颜色所造成的检测偏差有差异，具体关系为“黑色＞黄色＞白色”，说明激光测量时，白色的条件下能够做好误差的全面控制，而黑色则会给激光测量的精度造成直接的影响，导致最终检测数据出现较大的偏差，影响路面结构的修复处理。

4.2 构造深度的影响

当前我国的三维激光技术应用比较普遍，在沥青路面结构中应用，可以从路面材料、粒径、油石比等参数角度出发进行分析研究，主要反映出构造结构方面的不同，也会给三维激光检测技术的质量带来不利的影响。综合分析道路表面结构的特性，发现其能够快速的确定路表孔隙的问题，体现出结构的特性，消除不利影响因素。通过相关分析了解到，细孔沥青路面产生的正值误差比较大，在进行负值误差分析时，出现一个明显的问题，该问题为：粗孔沥青路面结构出现粗大问题。在分析各个区域的位置可知，细孔与中孔以及粗孔参数值为：［-0.1，+0.1］、［-0.11，+0.11］和［-0.13，+0.13］，通过该参数可知，细孔沥青值比较小，说明在检测环节得到的信息数据较为集中，其检测出来的结果也能切实的反映出路面的具体情况，直接表明了检测精度较高。而从中孔与粗孔等方面进行分析，得到置信度在99%置信区间内，可以实现依次增加，所以应用三维激光技术能够大幅提高检测的精度，综合利用价值较高。

5 结语

综上所述，我国目前路面结构形式主要是沥青路面，所以在长期投入运营后会出现车辙的病害问题，极易造成严重的安全事故。本文分析了三维激光检测技术在路面车辙检测的应用，发现该技术的检测精度较高，操作也非常的方便，实际应用价值非常高，尤其是路面检测效果良好，对后续维护与养护工作提供了较大帮助。