90年代中、后期,連續(xù)式激光斷面儀在我國(guó)逐漸得到應(yīng)用,是目前最先進(jìn)的平整度和車(chē)轍檢測(cè)設(shè)備,正常測(cè)試速度為80km/h,并且同時(shí)還可以測(cè)量橫坡、縱坡、轉(zhuǎn)彎曲率等指標(biāo)[2],目前在國(guó)內(nèi)約有近20臺(tái)。 激光斷面儀的基本原理是:通過(guò)橫向分布的若干個(gè)(國(guó)內(nèi)通常為5~9個(gè))激光傳感器測(cè)試距離路面的高度,得到一個(gè)橫斷面,從而可以計(jì)算車(chē)轍;通過(guò)對(duì)應(yīng)于輪跡位置的激光傳感器測(cè)得距離路面的高度,隨著車(chē)輛的行駛可以得到路面縱向斷面,即可計(jì)算縱向平整度,其中車(chē)輛振動(dòng)帶來(lái)的影響通過(guò)加速度傳感器(對(duì)應(yīng)左右輪跡各一個(gè))記錄數(shù)據(jù)的兩次積分來(lái)扣除;慣性運(yùn)動(dòng)傳感器(1個(gè))可以反映水平縱向、水平橫向和豎向的角度。
圍繞激光斷面儀所展開(kāi)的研究主要是:平整度測(cè)試的可重復(fù)性、可再現(xiàn)性研究。對(duì)同一個(gè)測(cè)試路段,采用同一個(gè)設(shè)備進(jìn)行多次測(cè)量,各次數(shù)據(jù)間的吻合性稱為可重復(fù)性;對(duì)同一個(gè)測(cè)試路段,采用原理相同或類似的不同設(shè)備進(jìn)行測(cè)量,數(shù)據(jù)間的吻合性稱為可再現(xiàn)性。歐洲和美國(guó)均進(jìn)行過(guò)較大規(guī)模的可重復(fù)性和可再現(xiàn)性研究,在其所使用的主流設(shè)備類型和品牌之間建立了相關(guān)關(guān)系。
目前在我國(guó)使用的激光斷面儀有多種品牌,有的一種品牌還有第一代產(chǎn)品和第二代產(chǎn)品,這些設(shè)備已經(jīng)開(kāi)始大量使用,但由于尚沒(méi)有進(jìn)行系統(tǒng)的可再現(xiàn)性研究,不同設(shè)備之間數(shù)據(jù)的可比性就不得而知。激光傳感器個(gè)數(shù)和車(chē)轍測(cè)試精度的關(guān)系。由于激光斷面儀是一種離散的車(chē)轍檢測(cè)設(shè)備,通常用若干個(gè)點(diǎn)的連線來(lái)代表橫斷面,同時(shí),其測(cè)試寬度小于一個(gè)車(chē)道的寬度。因此,它所反映的道路橫斷面是近似的,由此所計(jì)算的車(chē)轍也必然是近似的。美國(guó)的LTPP項(xiàng)目認(rèn)為沿橫向分布3個(gè)傳感器的斷面儀不能用于車(chē)轍測(cè)量,配置5個(gè)傳感器后測(cè)試結(jié)果仍與橫向連續(xù)測(cè)試的結(jié)果有較大差異,但相關(guān)性較好,相關(guān)系數(shù)為80%,建議在修正后用于路網(wǎng)普查;美國(guó)得州運(yùn)輸部的研究表明,5個(gè)傳感器的測(cè)試結(jié)果約為連續(xù)測(cè)量結(jié)果的80%,并推薦橫向每100mm配置一個(gè)傳感器,這樣精度可以達(dá)到95%[3]。
由于激光傳感器價(jià)格昂貴,橫向每100mm配置一個(gè)是不經(jīng)濟(jì)的。目前在加拿大出現(xiàn)了兩種不同的車(chē)轍檢測(cè)設(shè)備,可以較好地解決這個(gè)問(wèn)題:一種是在輪跡處仍采用激光傳感器測(cè)試平整度,而其它位置采用密布超聲波傳感器代替激光傳感器,由于超聲波傳感器的價(jià)格只有激光傳感器的幾十分之一,雖然單個(gè)傳感器的測(cè)試精度有所降低,但用于繪制橫斷面和計(jì)算車(chē)轍是足夠精確和經(jīng)濟(jì)的;另一種是用兩個(gè)激光束接發(fā)器發(fā)射激光束,橫向連續(xù)覆蓋整個(gè)車(chē)道,因此精度是相當(dāng)高的。兩種設(shè)備在配置完整的情況下均可以同時(shí)高速采集平整度數(shù)據(jù)。
1.3 抗滑能力測(cè)試目前車(chē)載或車(chē)牽引的高速自動(dòng)化路面抗滑能力測(cè)試設(shè)備主要有三種:橫向力系數(shù)測(cè)試儀、剎車(chē)式摩擦系數(shù)測(cè)試儀、不完全剎車(chē)式摩擦系數(shù)測(cè)試儀。橫向力系數(shù)測(cè)試儀是在我國(guó)應(yīng)用最為廣泛的自動(dòng)摩擦系數(shù)儀,20世紀(jì)90年代中期實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化[4]。該設(shè)備的基本原理是設(shè)定試驗(yàn)輪與行車(chē)方向成一定角度,以便產(chǎn)生一個(gè)同試驗(yàn)輪平面垂直的橫向力,該橫向力與試驗(yàn)輪對(duì)路面荷載的比值即為橫向力系數(shù),橫向力系數(shù)反映的是車(chē)輛在路面上側(cè)滑的危險(xiǎn)性,正常測(cè)試速度約50Km/h;剎車(chē)式摩擦系數(shù)測(cè)試儀是在行駛的過(guò)程中,每間隔指定的距離自動(dòng)對(duì)測(cè)試輪剎車(chē),剎車(chē)期間測(cè)試輪在路面上滑動(dòng),根據(jù)傳感器所記錄的力,即可計(jì)算制動(dòng)力系數(shù)。
該設(shè)備在美國(guó)是抗滑能力測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備之一,測(cè)試速度最高可以達(dá)到110Km/h;不完全剎車(chē)式摩擦系數(shù)測(cè)試儀的測(cè)試輪和行駛輪之間用不等直徑的同軸齒輪和鏈條連接,使得測(cè)試輪的滾動(dòng)線速度小于行駛輪的滾動(dòng)線速度,在正常測(cè)試時(shí)呈現(xiàn)連滾帶滑的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),根據(jù)力傳感器記錄的數(shù)據(jù)即可計(jì)算路面摩擦系數(shù)。
該設(shè)備在路面上的測(cè)試速度為50Km/h左右,在歐洲應(yīng)用較多,尤其在機(jī)場(chǎng)道面的抗滑能力測(cè)試方面。 我國(guó)目前在路面抗滑能力測(cè)試方面仍主要采用擺式摩擦系數(shù)儀,進(jìn)口的和國(guó)產(chǎn)的都有;橫向力系數(shù)儀已逐漸擁有了相當(dāng)多的用戶;剎車(chē)式和不完全剎車(chē)式摩擦系數(shù)測(cè)試儀目前僅有極少數(shù)用戶。很明顯地,擺式摩擦系數(shù)儀已經(jīng)越來(lái)越不適應(yīng)我國(guó)高速公路建設(shè)的需要,一方面該測(cè)試方法對(duì)交通的影響較大,存在不安全因素,另一方面它不能較好地反映路面的宏觀紋理構(gòu)造對(duì)摩擦系數(shù)的影響,而宏觀紋理構(gòu)造是高速公路路面抗滑能力的決定因素。因此,應(yīng)當(dāng)大力推廣自動(dòng)化的抗滑能力測(cè)試儀在中國(guó)的應(yīng)用。
1.4 路表破損采集路面表面破損率是路面養(yǎng)護(hù)決策的重要指標(biāo),也是群眾評(píng)價(jià)公路管理部門(mén)工作效率的最直觀依據(jù)。我國(guó)各級(jí)公路管理部門(mén)對(duì)表面破損一向都比較重視,但該項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)據(jù)采集工作是一個(gè)令人頭疼的問(wèn)題,目前還主要依靠人工采集,除了主觀性大、效率低外,也存在很大的安全隱患,尤其在高速公路上。