90年代中、后期,連續(xù)式激光斷面儀在我國逐漸得到應(yīng)用,是目前最先進的平整度和車轍檢測設(shè)備,正常測試速度為80km/h,并且同時還可以測量橫坡、縱坡、轉(zhuǎn)彎曲率等指標[2],目前在國內(nèi)約有近20臺。 激光斷面儀的基本原理是:通過橫向分布的若干個(國內(nèi)通常為5~9個)激光傳感器測試距離路面的高度,得到一個橫斷面,從而可以計算車轍;通過對應(yīng)于輪跡位置的激光傳感器測得距離路面的高度,隨著車輛的行駛可以得到路面縱向斷面,即可計算縱向平整度,其中車輛振動帶來的影響通過加速度傳感器(對應(yīng)左右輪跡各一個)記錄數(shù)據(jù)的兩次積分來扣除;慣性運動傳感器(1個)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的研究主要是:平整度測試的可重復(fù)性、可再現(xiàn)性研究。對同一個測試路段,采用同一個設(shè)備進行多次測量,各次數(shù)據(jù)間的吻合性稱為可重復(fù)性;對同一個測試路段,采用原理相同或類似的不同設(shè)備進行測量,數(shù)據(jù)間的吻合性稱為可再現(xiàn)性。歐洲和美國均進行過較大規(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)開始大量使用,但由于尚沒有進行系統(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。激光傳感器個數(shù)和車轍測試精度的關(guān)系。由于激光斷面儀是一種離散的車轍檢測設(shè)備,通常用若干個點的連線來代表橫斷面,同時,其測試寬度小于一個車道的寬度。因此,它所反映的道路橫斷面是近似的,由此所計算的車轍也必然是近似的。美國的LTPP項目認為沿橫向分布3個傳感器的斷面儀不能用于車轍測量,配置5個傳感器后測試結(jié)果仍與橫向連續(xù)測試的結(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;美國得州運輸部的研究表明,5個傳感器的測試結(jié)果約為連續(xù)測量結(jié)果的80%,并推薦橫向每100mm配置一個傳感器,這樣精度可以達到95%[3]。
由于激光傳感器價格昂貴,橫向每100mm配置一個是不經(jīng)濟的。目前在加拿大出現(xiàn)了兩種不同的車轍檢測設(shè)備,可以較好地解決這個問題:一種是在輪跡處仍采用激光傳感器測試平整度,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格只有激光傳感器的幾十分之一,雖然單個傳感器的測試精度有所降低,但用于繪制橫斷面和計算車轍是足夠精確和經(jīng)濟的;另一種是用兩個激光束接發(fā)器發(fā)射激光束,橫向連續(xù)覆蓋整個車道,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高速采集平整度數(shù)據(jù)。
1.3 抗滑能力測試目前車載或車牽引的高速自動化路面抗滑能力測試設(shè)備主要有三種:橫向力系數(shù)測試儀、剎車式摩擦系數(shù)測試儀、不完全剎車式摩擦系數(shù)測試儀。橫向力系數(shù)測試儀是在我國應(yīng)用最為廣泛的自動摩擦系數(shù)儀,20世紀90年代中期實現(xiàn)了國產(chǎn)化[4]。該設(shè)備的基本原理是設(shè)定試驗輪與行車方向成一定角度,以便產(chǎn)生一個同試驗輪平面垂直的橫向力,該橫向力與試驗輪對路面荷載的比值即為橫向力系數(shù),橫向力系數(shù)反映的是車輛在路面上側(cè)滑的危險性,正常測試速度約50Km/h;剎車式摩擦系數(shù)測試儀是在行駛的過程中,每間隔指定的距離自動對測試輪剎車,剎車期間測試輪在路面上滑動,根據(jù)傳感器所記錄的力,即可計算制動力系數(shù)。
該設(shè)備在美國是抗滑能力測試標準設(shè)備之一,測試速度最高可以達到110Km/h;不完全剎車式摩擦系數(shù)測試儀的測試輪和行駛輪之間用不等直徑的同軸齒輪和鏈條連接,使得測試輪的滾動線速度小于行駛輪的滾動線速度,在正常測試時呈現(xiàn)連滾帶滑的運動狀態(tài),根據(jù)力傳感器記錄的數(shù)據(jù)即可計算路面摩擦系數(shù)。
該設(shè)備在路面上的測試速度為50Km/h左右,在歐洲應(yīng)用較多,尤其在機場道面的抗滑能力測試方面。 我國目前在路面抗滑能力測試方面仍主要采用擺式摩擦系數(shù)儀,進口的和國產(chǎn)的都有;橫向力系數(shù)儀已逐漸擁有了相當(dāng)多的用戶;剎車式和不完全剎車式摩擦系數(shù)測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)越來越不適應(yīng)我國高速公路建設(shè)的需要,一方面該測試方法對交通的影響較大,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)大力推廣自動化的抗滑能力測試儀在中國的應(yīng)用。
1.4 路表破損采集路面表面破損率是路面養(yǎng)護決策的重要指標,也是群眾評價公路管理部門工作效率的最直觀依據(jù)。我國各級公路管理部門對表面破損一向都比較重視,但該項指標的數(shù)據(jù)采集工作是一個令人頭疼的問題,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。