基于激光輪廓檢測儀的瀝青路面宏觀輪廓三維重構

廖景鏗+邵申申+田力

【摘 要】為精確地描述瀝青路面宏觀輪廓的特征，本文基于激光輪廓檢測儀，結合自主研發的加速加載搓揉試驗機，對瀝青路面車轍板進行0，2，4，6，8小時的搓揉壓實試驗，并采集宏觀輪廓高程數據，編寫MATLAB程序對路面宏觀輪廓高程數據進行三維重構。

【關鍵詞】瀝青路面；激光輪廓檢測儀；加速加載；三維重構

引言

目前用以描述瀝青路面路表輪廓特征的方法有很多，然而不論是傳統方法還是一些較為先進的技術，其對于路表輪廓特征的描述仍局限于傳統的平均構造深度（MTD）和平均斷面深度（MPD）兩個指標，精度不夠且人為操作及外界影響因素多，本文將致力于利用自主研發的激光輪廓檢測系統，基于輪廓構造這一面區域概念，對激光輪廓檢測儀采集的數據進行處理分析，試圖利用三維重構模擬出路表輪廓特征圖，更加直觀的描述瀝青路面的表面輪廓特征。

一、激光輪廓檢測儀原理及儀器簡介

為了客觀準確地了解瀝青路面的表面輪廓構造情況，自主研發了激光輪廓檢測儀。本儀器利用激光測距的原理，運用電機對其掃描速度進行控制，進行數據讀取采集，這一系統能夠通過掃描速度和采樣間隔，控制測量范圍內測量點的分布，從而準確獲取測量所需的數據，并配合計算機MATLAB編程軟件對測量數據進行處理。

（一）儀器測量方案

結合本文所述及的激光輪廓檢測儀的原理，擬對瀝青路面的測量區域采取小間距，多條線的測量方法，以期達到一個覆蓋面區域概念的測量范圍，試圖客觀真實重構瀝青路標的輪廓特性。

首先對于測量區域的選擇，結合評價指標中對于鋪砂法和激光法的參考，按照以往對于瀝青路面表面層鋪砂法的經驗，其測量區域圓的半徑一般為15cm～20cm，其內接正方形的邊長約為10.5cm～14cm，而激光法單條線的測量單元總長度一般為10cm，所以本儀器初步擬定測量區域為10cm×10cm。

（二）測量數據處理

依據測量方案，可以在計算機中得到1000×1000個測量點的測量數據的txt文件，利用MATLAB編程軟件，對得到的數據進行處理，進而得到所需的評價指標。

對測量點的數據進行處理主要分為三個步驟，數據讀取、數據處理以及指標計算，具體說就是將測量所得到的測量點的txt文件數據讀入MATLAB程序，再對數據進行去噪和需要的整合，最后用以計算并進行三維重構。

二、路表輪廓特征的三維重構及比較

（一）加速加載搓揉試驗機工作原理簡介

本節研究過程采用自主研發的加速加載搓揉試驗機結合激光輪廓檢測儀，基于CAVF法和斷級配設計理論的材料設計方法改進了AC-13的級配組成及其設計方法，獲得間斷篩孔4.75mm的抗滑表層級配的瀝青混合料，為了區別于傳統的規范級配，本文將間斷（4.75mm）級配的AC-13簡稱為骨架密實型斷級配GAC-13，其級配表如表1所示。實驗對象為GAC-13級配的瀝青混合料車轍板，車轍板的尺寸為300×300×50mm ，輪載為100kg，在水環境下對GAC-13級配的車轍板和進行0，2，4，6，8小時的搓揉。搓揉試驗結束后，在常溫下將車轍板晾干，分別進行激光輪廓檢測試驗。

（二）三維重構

利用測量得到的數據，編寫MATLAB程序對各種測量車轍試件的邊面輪廓進行三維重構，揭示不同搓揉時間下路表輪廓特征的變化情況。

三、結論

試驗采用GAC-13級配形式，由圖中可以看出，無論是初始的輪廓特征還是隨著搓揉壓實時間的增加，GAC-13輪廓特征較豐富，初始及搓揉8小時后這種優勢依舊存在，說明GAC-13路面抗滑性能及耐久性較好。

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