公路路面平整度测量方法探究

谭 国

（广西路桥工程集团有限公司，广西 南宁 530000）

0 引言

路面平整度是评估路面质量的主要参数之一，它关系到日常行车的安全性、舒适度，并且影响着路面所受的冲击力和使用寿命。不平整的路面将增加行车阻力，使车辆发生额外的振动现象，这种振动现象将带来行车的颠簸，对车辆的速度和安全性具有一定程度的影响。此外，振动现象还将加大对路面的冲击力，进而加速车辆零部件、轮胎和路面的磨损程度，增加车辆燃油的消耗。水网区域的路面如果平整度较差，将引起路面积水，加速路面老化。因此，为提高行车的安全性、舒适度，减少路面的振动冲击，延长路面的使用年限，路面的平整度应符合工程施工的标准要求。

1 公路路面平整度测量的必要性

平整度是公路路面质量评定的重要参数（厚度、压实度和平整度）之一，路面平整度的问题一般较为复杂，当前国内外对平整度的定义也有所不同。美国工程材料试验协会将路面的平整度定义为路面表面与理想平面之间的纵向偏差，而这种偏差不仅会对车辆的动力、安全性等造成影响，还会影响到路面动载荷、排水等特性。定义中明确指出了平整度的参考方法，以便于实际工程中的测定，并且综合考虑了人、车、路3个方面，分析了彼此间的影响。《公路工程名词术语》中所定义的平整度为路面表面纵向凹凸量差值。通过查阅与公路路面平整度相关的文献可知，路面平整度还可定义为路面表面相对于理想平面的误差、路面表面引发行车振动高程的变化量等［1］。

平整度评价指标是用来衡量路面平整度状况的参数，评价指标能够清晰地反映出试验路段具体的断面信息，可通过特定的计算方法获得。新版《公路工程质量检验评定标准》中定义了路面平整度评价的3个重要指标，即最大间隙、标准差及平整度指数。例如，3 m直尺法是一种传统的测量方法，在过去的路面平整度验收中的应用十分普遍，这种方法将尺子和路面之间的最大间隙作为路面平整度的评价标准，对实地测量到的数据进行综合评价。3 m直尺法最主要的优点就是测量成本低、仪器操作简便，并且对测量人员的技术要求不高，其缺点是检测周期长、速度慢、测量精度较低，测量误差多数因测量人员的人为操作所致。因此，后续修订的各类评定标准中都明确规定，不得使用3 m直尺法进行路面平整度的测量，对高速公路或一级公路等，平整度的验收必须使用规定的自动化测量设备。

公路施工检测领域技术的不断发展，催生出很多新的、智能化的检测设备，如后来逐步在国内很多工程中推广并应用的自动化平整度测试仪，其原理是应用了路面平整度标准差和平整度指数作为平整度指标评价的标准，同时积极借鉴了国外相关路面平整度的评价标准［2］。

2 传统测量方法

传统的公路路面平整度测量主要有断面类测量和反应类测量两类。断面类的平整度测量是依据路面表面的凹凸情况获得纵向断面，通过分析路面的高程差得到具体的平整度参数，测量的精度主要是依赖所用测量仪器的测量精度（高程精度）；而反应类的平整度测量是通过车辆的振动情况反映路面的不平整度，该种测量方法立足于实际车辆行驶过程中的真实状况，以车辆使用者作为分析对象，增强了用户的体验性，因此该种方法在路面平整度的测量中具有一定的创新性，但其弊端是不同车辆具有不同的振动模型，测试时需要一套标准化的测试系统，更加强调常规车辆与标准化测试系统之间的匹配问题。下面对常用的路面平整度测量方法进行详细讨论。

2.1 精密水准仪法

精密水准仪法主要包括望远镜、水准仪、基座3个部分，这种方法测量路面平整度的基本原理如下：由水准仪气泡是否居中判断水平线，通过水平线位于水准尺上数值计算出各点之间的高程差，这种方法要求水准仪的视准轴和水准轴彼此平行，否则将造成很大的测量误差，该方法对测量人员的技术要求较高，但测量结果的精度较低，可用于路面平整度要求不高的偏远地区的公路［3］。

2.2 连续平整度法

连续平整度法以较长的桁架作为基准，中间部分的机架通常能够伸缩或折叠，在前方和后方分别配有多个行走轮，前后两组行走轮之间的距离一般较长且机架中间位置设有一个可起落的测定轮，测定轮配有多个位移传感器，在测定时，沿着路面某处的纵向方位以规定的间隔距离向垂直方位移动并记录相关数值，这种方法同样会遇到测试效率低和测试精度差等问题，不适用于在坑槽较多、病害较为严重的路面上进行测试。此外，这种类型的测试仪器十分笨重，测量时很不方便。因此，连续平整度法在当前的公路路面平整度测量中使用较少。

2.3 车载颠簸累积法

在装有测量仪器的小车路过目标路段时，小车后轴与车体单向位移将出现累积值，车载颠簸累积法正是通过计算该累积值评估路面的平整度，这种方法所测出的数据准确性与车底盘所装载的悬挂系统关系较大，因此测量得出的数据只有经过再次校正、换算后才能作为反映路面平整度真实情况的依据。

2.4 激光平整度法

激光平整度法主要是通过装有激光传感器、加速仪、陀螺仪和精确的数据采集、处理系统的测试车来完成测量，具体方法如下：测试过程中，测试车以恒定的速度行驶，位于测试车底盘上的多个激光传感器将不同角度的路面折射回的光束记录在读数器上，数据处理系统采集并分析读数器上的距离信号，该距离信号与测试车的加速仪信号进行比对，最终输出路面的实际断面信号。为方便后续工程师的数据分析，这些模拟信号也可转换成数字信号后进行存储。激光平整度法在进行路面平整度测量时具有速度快、精度高等优点，但其测量成本相对较高，因而在国内较高级别的公路建设中应用较多。

3 基于移动互联技术的平整度智能测量方法

移动互联技术是指依托于先进的高速互联网或设备之间自建的内部局域网，将各种移动设备进行有效的集成、整合，通过在线实时的数据获取、互联互通，将数据的采集、处理和分析进行一体化加工，以此将各设备的工程特性充分地发挥出来，实现多种移动设备协同、互补、高效地工作。移动互联技术可广泛应用于各类公路工程和与之相关的研究领域［4］。

基于移动互联技术的平整度智能测量方法在近些年的工程建设中应用较多，主要是公路路面平整度的测量方面。这种测量方法所使用的设备包括手持智能终端、车载传感装置和后台管理系统等。其中，手持智能终端搭载了较为先进的智能处理器和无线网卡，符合高数据量的网络传输规约。车载传感装置配置有多个微型的光传感器，主要是通过测量车的移动来获取路面平整度的返回数据，并将这些数据上传到后台管理系统进行汇总、分析。后台管理系统一般可架设在测量车上，由数据服务器、应用服务器、交换机等网络设备构成，如果测量车的空间受限时，也可将数据服务器和应用服务器做归一化处理，即同一台服务器分别实现数据存储和集成应用两种功能。后台管理系统将汇总、分析后的数据再次回传到手持终端，测量人员通过手持终端可实时了解当前路面的平整度状况，为后续的施工计划制订提供有效、精确的信息。

随着公路工程施工技术的不断进步，一些智能化的路面测量方法在不断更新、迭代、应用，特别是在一些公路质量要求较高的重点建设项目中，对路面平整度各项指标的要求十分严格。因此，在路面平整度的测量方面，力求做到以下几点。

3.1 测量设备体积小、重量轻

在公路路面平整度测量过程中，一般选取多个点位进行测量，包括转弯处、斜坡等，需要将测量设备在这些点位上不断移动，因此选用体积小、重量轻的测量设备更为合适，可极大地缩短路面平整度测量的周期。

3.2 测量成本低

平整度测量费用在工程总体的造价之内，如果测量成本过高，将影响公路其他部分的建设投入，也会影响到工程的总体质量，在测量功能相近、测量误差相同的情况下，应首选测量成本较低的设备。

3.3 测量效率高

测量效率较高的设备在规定的时间内可完成多个路段或工程的路面平整度测量工作，这在一定程度上能够缩短工期，为工程施工过程中可能出现的临时性问题处理留有足够的时间，确保各个施工环节都能够达到工程标准要求。

3.4 测量精度高

高精度的测量设备决定了路面的高平整度，能够保证行车的舒适度和安全性，也可避免水网区域发生积水，提高路面施工质量。在选择高精度平整度测量设备时，应注意各设备之间的匹配度和兼容性等问题，如设备的接口尺寸、有线或无线连接及网络传输速率等情况，由过去的平整度测量经验可知，一般情况下，平整度智能测量设备越灵敏，其测量的精度就越高。

4 沥青路面平整度测量

4.1 施工概况

以广西柳州主城区某段沥青路面工程为研究案例，在该路段竣工后进行路面平整度测量工作，该路段全长约2 km，选用两组T350型智能化平整度测量车完成测量，通过对比测量数据与路况真实数据，找到该路段不平整度较为突出的点位，分析路面整体施工质量，评估行车的舒适度和安全性，为下一步的路面保养和维护工作提供技术支撑。

4.2 基于移动互联技术的平整度测量方法实际工程应用

测量过程中使两组测量车从公路两端同时、同速相向而行，为充分节省人力成本并测试单人驾车模式在路面平整度测量过程中的可行性，要求每辆测量车上仅配备一名测试人员，该测试人员同时是车辆的驾驶人员。当测量过程开始时，两人应同时启动手持测量终端，查看设备是否正常运行，包括设备自检情况、网络连通和延时情况等，确认无误后测量人员通过随身配备的对讲机进行通话，同时启动测量车进行匀速行进并测量。在车辆行进的过程中，测量人员应时刻观察车辆的运行状态，包括车载传感装置、后台管理系统的运行情况，查看交换机、服务器是否有报警灯闪烁等。当车辆遇到颠簸或行进至平整度较差的区域时，可听到手持终端发出的报警声，在手持终端的显示屏上可看到实际的不平整度分析结果，包括高程差、位置和范围等，当测量车行进至平整度较好的路面时，报警声消失。此时，打开手持终端的路面平整度结果分析模块可看到完整的平整度分析报告，包含不平整度具体位置、大小及所受冲击力等信息。由分析报告中的三维立体模拟画面可以看到车辆在遇到平整度较差的路面时车辆的颠簸程度及路面所受冲击力情况。此外，由朗特-肯波动曲线也可评估车轮与路面的齿合情况，齿合程度越高代表该点位的路面平整度较好，反之则较差。当两组测量车相遇时，该段路面的平整度测量工作结束。将两组测量车所获取的测量数据、分析报告进行对比分析，综合得出最终的路面平整度测量结果，为后续路面养护方案的制订提供参考。

该工程案例应用了较为智能化的公路路面平整度测量方法，通过单人-单车测量模式完成了路面平整度的实地测量工作。相比传统的测量方式，本次测量试验无论是在设备的使用上或是在人员的配置上都达到了简约、高效和精准的目的，智能化测试车为测试人员提供了一个功能完备的测试平台，而手持终端的使用为测试人员提供了更多的便利。此外，精准、高效的测量方式也节省了更多的建设成本，各方面的工程效益都十分显著。

4.3 移动互联平整度测量法优势分析

4.3.1 提高测量效率

通过智能方法进行路面的平整度测量，测试人员通过手持终端可实时观察路面平整度状况，并且测试车所搭载的无线传感装置接收和发送数据十分灵敏，后台管理系统在数据分析和处理方面的速度非常快，发送到手持终端的分析结果也比较及时，这就保证了整个平整度测量的全过程是闭环、可控和高效的，也为工程技术人员的分析争取了更多的时间。

4.3.2 提升测量精度

智能化的测量方法其底层架构、设备达到了一定的自动化和智能化程度，各个环节所用到的设备、部件均为当前业内领先的产品，无论是在数据获取的全面性方面，还是在数据分析的可靠性方面，都已形成较为完善的测量系统。因此，智能化的测量方法在路面平整度测量过程中的优势十分明显，特别是在路面平整度测量的精度方面。

4.3.3 降低人工成本

相比过去路面平整度测量时的多人、多设备冗余工作，智能化测量方法所用到的人力、物力都大幅减少，测量人员完全可以独自驾驶测量车并且手持测量终端完成整个路段的平整度测量工作，智能化的测量设备无论是在重量或体积上都能够满足单人测量作业的要求，智能化程度较高，人工成本较低。

5 结束语

公路路面的平整度测量技术一直以来都是路面质量研究领域的重点课题，工程技术人员在测试人员、测试设备及测试方法等方面不断地进行尝试和突破，以最少的测量成本获取最佳的测量结果为最终目的。因此，各类智能化终端、测量设备的应用为实现低成本、高精度的测量提供了可能。本文重点论述了智能化平整度测量的方法及其在工程中的应用，论证了单人-单车测量模式的可行性，为同类工程的路面平整度测量工作开辟了新的思路。