干线公路路面平整度检测技术与设备

干线公路路面平整度检测技术与设备

Technology and Equipment to Detect the Pavement Flatness of Trunk Road

陕西省公路局公路检测中心　聂 涛/NIE Tao

随着我国公路建设事业迅猛发展，如何对干线公路路面质量进行准确检测评定，是当前面临的重要课题。在公路路面诸多检查项目评定指标中，平整度是路面使用性能的一项重要指标，占评定项目总分数的20 ％ ～30 ％。

不良的路面平整度不仅影响道路行车安全，降低行车舒适度，增大行车噪音污染，而且增加车辆的运行费用；路面的不平整加速了路面结构破坏，影响路面的使用年限，缩短养护周期。

1 平整度检测评价指标

目前，国内广泛采用的是国际平整度指数（IRI）作为评价标准，它是一项国际标准化平整度指标。用的是数学模型模拟 1/4 车轮（即单轮，类似于拖车，由固定的弹簧体质量与非弹簧体质量以及弹簧和阻尼组成）以规定速度行驶在路面上，分析行驶距离内动态反应悬挂系的累积竖向位移量作为 IRI，标准测定速度规定为 80 km/h。国际平整度指数（IRI）是综合了断面类与动态类平整度测定方法的优点而得到的一个评价指标。IRI 具有以下特点：IRI 与车辆振动的动态反应相关，通过 1/4 车模型建立了与车辆性能相关性；IRI直接与路段断面高程相关，保证结果具有时间稳定性； IRI 可在世界范围内进行转换(有标准计算程序)，具有可转移性。由于 IRI 以上特点，IRI 成为目前国际上运用最广泛的平整度指标。平整度、车辙和裂缝是评价路面质量最重要的三个参数，而平整度检测与评定始终贯穿于路面施工质量检测、评定、验收等整个过程，是路面使用性能评价和路面施工质量验收最重要的指标之一。由于平整度检测设备种类、工作原理和使用方法不同，其检测结果也存在较大差异。路面平整度主要反映路面纵断面曲线的平整性，当路面纵断面曲线相对平滑时，则表示路面相对平整，行驶舒适性好，反之则表示平整度相对较差，平整度直接反映了车辆行驶的舒适度及路面安全性和使用期限。路面平整度的检测可为养护管理者提供准确的路面使用质量信息，为路面施工提供一个质量评定的客观指标。2 平整度检测设备目前，平整度检测设备主要分为断面类和反应类两大类。断面类设备实际上是测定路面表面凹凸情况，如连续式平整度仪、激光路面平整度测定仪等，是目前国内

外平整度检测仪器设备发展的主流产品。反应类则测定路表面不平整程度，其检测设备包括车载式颠簸累积仪等，需要特别指出的是后者已基本被淘汰不用。

2.1 连续式平整度仪

连续式平整度仪已为早期产品，目前已很少使用。工作原理较为简单，即由间距为 3 m 的前后轮作为支点架起平衡梁，而由一个位移传感器检测出平衡梁中点至路面的垂直距离的变化量，然后换算成平整度标准差。但连续式平整度仪测试速度较慢，正常测速只有 5 km/h 左右，主要用于施工过程中检测。 2.2 激光路面平整度仪激光路面平整度检测仪采用国际平整度指数（IRI）标准，实际上它是一台装备有成套激光传感器、加速

度计和计算机控制系统的检测车，配备有先进的数据采集和处理系统，拥有良好的实时数据处理和输出功能。通过车载电脑实时显示路面任意段长的平整度指数（IRI）、车辙深度（RUT）、路面构造深度（SMTD）等参数，并可自动将以上参数处理成每百米和每公里指标。2.3　适应范围 多功能激光路面平整度检测仪，广泛用于各种路面

平整度和车辙等指标的检测，可用于不同等级公路的基层、路面施工质量验收和路面养护质量等方面的平整度检测与评价，具有自动化程度高、工作速度快、检测精度高、用途广泛等特点。 3　激光路面平整度检测设备的工作原理激光路面平整度测定仪的基本原理(图 1)，就是利用激光传感器测量车体到路面的距离，同时利用加速度计测量车体本身的竖向位移，从而得到路面纵断面的剖面，然后利用该剖面实时计算国际平整度指数。实际工作时，检测车以一定的速度在路面上行使,安装在汽车

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上的一排激光传感器，通过测试激光束反射回读数器的角度来测试路面,这个距离信号同检测车上装的加速度计信号进行互差,消除检测车自身的颠簸,输出路面真实断面信号。信号处理系统将来自激光传感器的模拟信号转换成数字信号，并记录下来，通过数据分析系统,可显示打印国际平整度指数等平整度检测结果。

当平整度检测车每移动约 50 mm 的间隔时，仪器就对其每条轮迹线和中线进行纵向路面形状的测量，并采集到三个参数：激光器横梁和路面之间垂直偏差，支

架的垂直加速度和记录以上两个参数的时间与距离。对时间的两次积分可以计算出纵向加速度，并算出每一取样点激光器横梁的垂直距离，通过该垂直距离与激光器横梁到路面垂直距离可以计算出路面的纵向性状，并将数据处理成为国际平整度指数IRI值，计算输出该车道的平整度值。因此，激光平整度检测仪对于国省干线公路及高速公路的检测，不仅快速高效，而且能准确反映路面每个车道、每个位置的平整度真实情况，为公路的建设施工、竣工验收、养护管理提供了科学依据。

4　激光平整度检测仪的主要组成

（1）底盘车辆

作为检测仪器的载体，车辆的选择余地比较大，可选用越野车、面包车、中型客车等。

（2）激光传感器横梁和加速度传感器主横梁上包含5个激光器，左右两侧各附加一个横梁（含8个激光器），主横梁上左右两侧各有一个加速度计。激光传感器作为平整度检测的最重要的器件，其数量多少要根据检测的功能和设备的配置来确定。如果仅检测平整度指标，两个激光器就可以（目前平整度检测仪通常配备13个或更多个激光传感器），这样就可确保同时检测车辆两侧的平整度数据，将检测到的两侧平整度数据通过系统软件进行综合计算，就可得到整个车道的平整度值。加速度计通常有两个，车辆左右两侧各一个，其主要作用就是用来修正和校验激光传感器横梁的震动误差。

（3）控制系统箱 98

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控制箱（也叫下位机）内配置有电源接线盒、总电源电缆、激光控制和激光信号电缆、距离信号电缆及其它控制器件等，用于整个检测系统的信号处理。（4）距离传感器盒距离传感器用以记录检测距离，通常安装在车辆的后轮上，它产生的转速信号直接传递给控制系统，经处理后再输送给车载电脑。

（5）车载电脑及系统软件

车载笔记本电脑用于检测系统软件的运行和各项检测数据的计算、处理和存储，并通过系统软件接收和传递系统中的各种信号数据（图2）。

图2 多功能激光检测仪

5　检测设备参数标定的程序和方法

为了保证检测结果真实有效，在检测设备第一次使

用前，需要对各参数进行标定，标定后的仪器才可以进行正式检测。如果长时间未使用或横梁发生碰撞、变形等情况，必须要重新进行标定，确保检测结果的准确无误。参数标定的内容和次序依然为：加速度传感器标定，激光传感器标定和距离传感器标定。在此，笔者根据我局目前使用的 MLS—13PT 多功能激光路面检测仪（13个激光传感器），简要介绍各种参数的标定程序和方法。

5.1　加速度传感器标定（1）通过水平仪测定，使激光传感器横梁保持水平状态；

（2）打开控制箱电源，启动应用软件程序；（3）从横梁中取出左侧加速度传感器盒，翻转180°

，再水平放置平稳；（4）点击电脑“采集零值” 按钮，获取加速度倒置值；翻转加速度盒，并重新放置于横梁孔中，恢复到原来位置，保持其稳定；

（5）点击“采集终值” 按钮，

获取加速度正向值，然

后点击“校验”、“存盘”；

（6）观察“加速度校验”结果，正确的加速度校验值应该在 2.000±0.01 范围内。否则需重复以上步骤，重新标定；

（7）以相同步骤完成右测加速度传感器标定，完成全部标定程序。

5.2　激光传感器标定

(1)将激光传感器正确安装后，

通过水平仪检查保持横梁平面处于水平状态；(2) 打开控制箱电源开关，

启动应用软件程序，打开所有的激光器；（3）将标定尺水平放置于激光传感器射电处，通过调节标定板上的螺丝来调节高度，确保标定板处于水平位置；（4）选择菜单“系统参数-激光传感器标定”，按照从 1-13 的顺序，选择第一激光器，点击“采集零值”；（5）将 50 mm 标定块放置在标定平板上，激光束投射到标定块工作面的中央位置，点击“采集终值”，获取标定块工作面的位移值；（6）点击“校验”“、存盘”， 观察“位移校验”结果，正确的位移校验值应该在50. 00±0.05范围内。否则需重复以上步骤，重新标定；（7）第一激光器标定完成后，以相同步骤完成其他激光传感器标定，完成全部标定程序。5.3　距离传感器标定

（1）在选好的路段上，先用卷尺标定出一段长度为 200 m 的平直路段；

（2）打开打开控制箱电源开关，启动应用软件程序；（3）选择菜单“系统参数-距离标定”，在“测试距离”对话框中输入标定路段的长度；（4）将激光束正对测试距离起点位置，点击“开始”按钮，同时启动汽车，沿最短最直线路向标定路段的终点，注意观察“距离脉冲”开始计数；（5）当激光束点到达终点位置时，点击“停止”按钮，记录距离脉冲数值；

（6）点击“存盘”，保存距离系数标定结果。

6　影响激光平整度检测结果的因素

为了使激光平整度仪设备达到工作效率高、检测速

度快、测定误差小的要求，在实际使用过程中，要必须注意以下影响因素。

6.1 路面清洁度对检测的影响

在实际检测中，道路的表面清洁程度对数据有着一

定的影响，当道路表面有树枝、石块、泥巴等垃圾或杂物时，在检测车行驶经过，检测数据结果就有可能反映的是垃圾或杂物表面的平整度值，而无法测得路面的真实数据，造成检测结果的误差。

6.2　检测车辆行驶速度影响

为确保检测结果的精确性，在检测过程中，应注意保持匀速行驶状态。根据激光检测仪标定结果分析，该设备在 50～80 km/h 时行驶范围内，检测数据更精确。因此，在日常检测过程中，应保持在测车道的畅通，避免

行驶速度的骤然变化，减小车速变化带来的不良影响。6.3　检测车辆载重大小影响检测车在不同的载重下对数据也有一定的影响，主要由于载重的不同会影响轮胎的变形和气压大小，造成检测车激光横梁高度的变化，使检测数据产生偏差，通

常检测车由驾驶员和操作员两人为宜。6.4　天气条件影响通常在雨天或路面潮湿有水的情况下．不要进行检测。因为，当路面有水时．激光发射到地面后会产生散射，会直接影响到检测结果的准确性。

6.5在检测过程中，应注意合理的将测试距离进行分段，合理分配检测时间，尽量避免检测路段的频繁更换。要严格按照道路的上下行方向和起止桩号进行检

测，保证检测结果的准确无误，满足公路养护管理部门的要求。7　结　语

随着我国干线公路骨架路网络的形成和大交通流量的出现，人们对路面行驶性能和质量的要求越来越高，需要公路养护部门对路面不断进行检测和评定，为社会公众提供一个良好的出行条件。目前、各类技术先进、功能齐全的车载式路面检测设备，为我们提供了更加科学的检测手段，使干线公路的平整度检测朝着精确、快速、高效的方向发展，必将极大地提高公路管理养护水平。 参考文献[1] 公路技术状况评定标准， JTGH20-2007.

[2] 公路路基路面现场测试规程， JTJ 059295. [3] 公路工程质量检验评定标准， JTG F80/1-2004. [4] 高速公路养护质量检评方法.收稿日期：2010-03-28

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