高速公路养护质量激光检测技术及应用的思考

2018-02-15申欢

建材与装饰 2018年26期

申欢

（贵州宏信创达工程检测咨询有限公司）

前言

虽然在国外的高速公路工程之中，质量检测工作已经大部分应用了激光检测设备，但是由于激光检测设备价格和引进因素的影响，我国目前所引进的国际上先进的激光设备屈指可数。随着高速公路建设工程需求的提升，对于养护质量的检测需求也与日俱增。当传统检测手段难以满足当前的检测需要时，就必须积极进行技术改革和技术创新，其中激光检测技术是一项先进可行的技术。

1 应用于养护路面质量检测的激光检测技术的实现

现阶段国内外常见的激光检测技术主要为三维激光扫描技术，这一技术手段时GPS技术之后出现的先进的测绘技术。与传统的测绘技术相比，三维激光扫描技术在测绘方面能够实现更具精度和准确性的立体扫描，从而避免了传统测绘手段当中因点对点扫描所带来的局限性。随着技术的发展，应用于高速公路养护质量检测中的三维激光扫描技术，可以借助于专业的系统工具，对高速公路养护中的公路路面整体形态进行表面点的确定，从而生成云数据。这种扫描方法效率更快，精度也更高，同时扫描硬件属于非接触式工具，能够避免对公路路面的损毁。

在研究和发展的过程中，三维激光扫描技术逐渐与空间信息技术相互融合，从而在诸多空间建筑领域得到了应用[1]。为了能够进一步提升其利用效率，提高精准度和判断能力，我国在进行三维激光研究中，提出了三维视觉的概念。这一概念的实现依靠全方位摄影、高分辨率照相和几何云点纹理信息处理等先进技术来实现，在空间信息获取的过程中，能够对所在的研究对象空间进行三维建模，从而实现对对象空间建筑的准确判断。在高速公路工程当中，三维激光扫描技术能够通过建模的方式以及直接测量等方式对真实的养护路面进行充分还原，并最终得到公路平整度、公路路面变形情况的详细参数数据，最终完成对高速公路养护质量的精准评价。

2 高速公路养护质量检测中激光检测技术的应用

2.1 路面平整度检测中激光检测技术的应用

2.1.1 检测系统的硬件设置

路面平整度作为养护质量中的重要数据，在进行检测时需要具备极高的检测参数精度。在三维激光扫描技术中，通过激光平整度仪可以构建专门的检测系统，对平整度进行数据获取和质量判断。在该系统之中，硬件架构主要有距离传感器和及滚滚传感器共同组成，两组传感器的检测对象对高速公路的路面纵断面智商，因此在进行架设时往往将仪器安装于标准的刚性梁之上。某检测工程中，刚性梁安装舞台激光传感器对路面位移情况进行记录，通过传感器编号设定各个传感器间隔，最终形成大步长和小步长的对称系统，进行测量坐标系的标高基准线数据获取。而在高速公路使用中，则通过距离传感器对汽车行驶时所产生的数据和位置信息进行判断，最终根据数据信息和平整度指标，对该路段的平整度去年概况进行打分。

2.1.2 激光检测的试验分析内容

为了保证激光检测数据和质量评分能够具有反映真实情况的能力，还需要对激光检测结果进行试验分析。常见的试验手段有重复性试验、速度影响性试验等。其中重复性试验是指在激光检测完成后对其检测结果的稳定性和准确性的试验。试验方法主要集中在某一个既定的路面之中，通过多次平整度检测，将所获取的车辆行驶速度带入到检测结果中，并进行多次重复分析，从而控制结果误差。当多次平整度分析的变异系数均低于0.05后，即可以认定该检测具有准确性；速度影响试验的主要目的在与判断检测结果是否会受到汽车行驶速度的影响而造成误差，为了能够对影响因素进行判断，检测人员需要对某一段路程中的检测对象与汽车行驶情况进行两次以上的平等分析，随后，依据速度影响系数对结果进行测量，结果误差率在0.05以下，方可认定检测结果不会受到汽车行驶速度影响，具有准确性[2]。

2.2 路面变形情况检测中激光检测的应用

2.2.1 数据信息采集

在三维激光扫描技术当中，通过对路面信息进行采集的方式，获取计算数据进行点云数据的计算，能够十分精准的判断路面变形情况，从而为高速公路养护质量的评判提供依据。其中，路面信息采集主要以控制测量的方法为主，这种方法主要氛围平面控制测量和高程控制测量两个方面，在三维激光扫描技术中，平面控制测量应用GPS技术，对路面进行选点，再通过控制点观测获得坐标系数据信息；而高程控制测量则需要利用GPS网进行共用控制点设置，从而使每一条目标路段之间都能够依靠闭合水准线进行连接。通过水准线的往返晴康判断控制点，形成控制点的方差计算，获取高程控制测量数据。

在数据采集所需要运用的激光测量设备的选用方面，一般要求根据实际的高速公路环境和测量特征进行选型。本文在对某高速公路路段进行养护质量检测时选用了美国生产的FARO型号激光扫描仪，这种型号的扫描仪测程范围大、测角精度高，同时体积较小，可以进行单人作业。在高速公路环境测量中，可以进行全方位的数据扫描，且云点密度大。在该型号的设备使用中，其云点所开展的点云拼接主要通过球形标靶来完成[3]。高速公路路段的外业测量中，FARO型激光扫描仪预置了球形标靶，同时可以根据控制点的具体情况引入绝对坐标，从而有效地实现了外业总的APM定位，测量效果十分理想。在进行真实环境作业时，测量人员需要在待测高速公路路面的两侧分别设置球形标靶，再依据高速公路的方向进行设置标靶。标靶应当依托高速公路的方向依次建立。APM定位装置则要设置在已经完成设定的控制点之上，从而实现点云数据的获取。

2.2.2 点云数据获取

在真实的高速公路环境之中，由于其所处的地理特征相对特殊，测量人员所开展的测量工作往往会收到来往车辆、高速公路建筑物等的阻挡，最终造成测量设备无法对测量范围内的部分死角位置进行有效测量。为了解决这一问题，测量人员需要通过点云数据分析软件，对已经完成测量的现场数据进行去噪处理。借助这种方式将数据当中包含有的无效数据、不标准数据予以剔除，最终使球形标靶能够保留真实反应道路状况的有效数据。

在软件之中，结合已经完成激光扫描的各个项目，利用坐标系的方式，引入进控制点数据。软件可以进行自动计算，从而将所有已经完成的真实有效扫描数据与控制点相互结合，从而转换成为控制网数据，建立起控制网坐标系统。这一坐标系统所描述的时高速公路养护中路面未发生形变的标准状态。随后，软件会对数据变化过程和高速公路的施工放样过程数据进行再次统计，并转化成为里程数据，形成里程坐标系。坐标系则形成25×25的网格化，进行设计滤波。在完成滤波后所获得的标准数据可以与设计数据进行差值计算，获取养护高速公路的路面变形数据。