基于沉降點(diǎn)占比的非錯(cuò)臺(tái)型橋頭沉降檢測(cè)方法

張 萌，溫 添，陸 鍵，郎 洪，陳圣迪

(1.同濟(jì)大學(xué) 道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201804; 2.上海海事大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，上海 201306)

0 引言

我國江河湖泊眾多，水系發(fā)達(dá)，橋梁成為連接渡水公路的主要技術(shù)手段，住建部最新統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示，僅江浙滬三地城市橋梁總數(shù)就多達(dá)32 515座[1]。以寧波市為代表的江南地區(qū)地基以軟土為主，修建在這類地基上的公路與橋梁在通車運(yùn)營后多發(fā)生路橋連接處的差異沉降，產(chǎn)生橋頭沉降現(xiàn)象，造成車輛經(jīng)過時(shí)的顛簸，這會(huì)影響行車平順性和車內(nèi)人員的乘坐舒適度，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)危及行車安全。

為及時(shí)掌握橋頭沉降的發(fā)育演變規(guī)律，采取及時(shí)有效、經(jīng)濟(jì)性的處治措施，需要對(duì)其定量檢測(cè)。目前描述橋頭沉降的指標(biāo)[2]主要有工后沉降量、沉降縱坡差、垂直錯(cuò)臺(tái)高度、國際平整度指數(shù)IRI與標(biāo)準(zhǔn)偏差σ、車輛加權(quán)加速度均方根等，具體的檢測(cè)方法有水準(zhǔn)儀測(cè)量法、3米直尺法、連續(xù)平整度儀、車載式顛簸累積儀、多功能激光平整度檢測(cè)儀測(cè)量法[3]和平整度慣性剖面儀測(cè)量法[4]等。其中，水準(zhǔn)儀測(cè)量法通過測(cè)量路橋過渡段上布設(shè)測(cè)點(diǎn)的高程來繪制縱斷面線，并對(duì)比竣工驗(yàn)收縱斷面線測(cè)得工后沉降量；3米直尺法是將直尺置于路橋過渡段上，將楔塊塞入尺底間隙并讀取最大間隙值，以此來描述橋頭沉降，上述兩種方法檢測(cè)效率和采樣密度低且易受交通流和管制影響。考慮到橋頭沉降會(huì)影響路面平整度，一些學(xué)者應(yīng)用平整度類檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)橋頭沉降，但連續(xù)平整度儀、車載式顛簸累積儀、多功能激光平整度儀和平整度慣性剖面儀均僅能對(duì)短波長即路面的局部凸起和凹陷達(dá)到較好地檢測(cè)效果，對(duì)于長波長即區(qū)段型沉降靈敏度較低，且利用上述設(shè)備檢測(cè)橋頭沉降時(shí)，連續(xù)平整度儀易受坑槽等路面病害干擾；車載式顛簸累積儀與車速密切相關(guān)，須考慮結(jié)果修正；多功能激光平整度儀和平整度慣性剖面儀雖檢測(cè)精度高，但無法較好地反映橋頭沉降的真實(shí)狀況。此外，橋頭沉降造成車輛顛簸和車上人員乘坐舒適性變化，我國GB/T 1344.1—2007機(jī)械振動(dòng)與沖擊標(biāo)準(zhǔn)[5]建立了車輛振動(dòng)與乘坐舒適性的聯(lián)系，一些學(xué)者便由此入手，通過檢測(cè)車輛經(jīng)過沉降處時(shí)的振動(dòng)加速度變化[6-8]，或駕駛員的心率變化[9]間接表征了橋頭沉降狀況，但上述方法均通過研究車和人來間接量化橋頭沉降狀況，未測(cè)得直接反映橋頭沉降的相關(guān)指標(biāo)，這就無法為處治措施提供定量的決策參考，且車輛振動(dòng)加速度、人體乘坐舒適性和心率變化皆與車速密切聯(lián)系，難以獲得標(biāo)準(zhǔn)化的檢測(cè)結(jié)果。

2018年5月正式實(shí)施的我國《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》[10](下稱《標(biāo)準(zhǔn)》)新增路面跳車內(nèi)容，《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定使用斷面類設(shè)備檢測(cè)路面跳車，消除縱坡和異常值對(duì)路面高程的影響后，以0.1 m為采樣間隔、10 m為統(tǒng)計(jì)單位計(jì)算單位長度內(nèi)路面高程極差，結(jié)合計(jì)算結(jié)果與3等級(jí)路面跳車程度劃分標(biāo)準(zhǔn)得到各單位路段內(nèi)的跳車評(píng)價(jià)結(jié)果，再根據(jù)路面跳車扣分標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)計(jì)算公式得到路面跳車指數(shù)(PBI)。然而《標(biāo)準(zhǔn)》新增的路面跳車內(nèi)容關(guān)注的主要是由路面局部凸起、凹陷及路橋異常連接引起的跳車，即僅包含錯(cuò)臺(tái)型橋頭沉降，尚未包含其他類型的橋頭沉降，即由非錯(cuò)臺(tái)型橋頭沉降引發(fā)的跳車研究仍基本處于空白狀態(tài)。

基于路面平整度測(cè)量的橋頭沉降檢測(cè)技術(shù)提供了一種代替主觀、低效的人工測(cè)量的方法，然而，平整度設(shè)備對(duì)橋頭沉降檢測(cè)的適應(yīng)性較差，且在此領(lǐng)域尚存在一定的技術(shù)缺陷；通過對(duì)車和人的研究間接量化橋頭沉降狀況是一種新的研究思路，但未還原道路自身的病害狀況，且因車速影響須修正計(jì)算結(jié)果；《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)范了錯(cuò)臺(tái)型橋頭沉降的檢測(cè)與計(jì)算，但尚未涉及非錯(cuò)臺(tái)型橋頭沉降。鑒于此，本研究針對(duì)《標(biāo)準(zhǔn)》未涉及的非錯(cuò)臺(tái)型橋頭沉降進(jìn)行研究，提出利用車載式檢測(cè)系統(tǒng)快速采集路橋縱坡與路面圖像，形成道路縱斷面線，并結(jié)合連續(xù)的路面圖像在圖線上定位路橋連接位置，基于此建立起橋頭沉降計(jì)算模型和算法，形成了一種非錯(cuò)臺(tái)型橋頭沉降檢測(cè)方法。最后，在寧波境內(nèi)開展了多組試驗(yàn)與計(jì)算分析，并對(duì)比人工測(cè)量結(jié)果評(píng)估了該方法。

1 沉降類型與檢測(cè)技術(shù)

1.1 橋頭沉降類型

橋頭沉降是由路橋連接處的不均勻沉降導(dǎo)致的，根據(jù)沉降后的道路線形特征可將其分為錯(cuò)臺(tái)型、折線型和曲線型3類[11]，如圖1所示。錯(cuò)臺(tái)型沉降指因路橋差異沉降或路面材料剝落產(chǎn)生的路橋連接處“臺(tái)階”狀沉降，如圖1(a)所示；折線型沉降常發(fā)生于設(shè)有橋頭搭板的路橋過渡段，顯現(xiàn)出縱坡變化較為均勻的折線，如圖1(b)所示；發(fā)生橋頭沉降后的道路縱斷面線呈現(xiàn)出曲線的特征，這種橋頭沉降稱為曲線型沉降，如圖1(c)所示。

圖1 3類橋頭沉降Fig.1 Three types of bridgehead settlement

上述3類橋頭沉降中，錯(cuò)臺(tái)型橋頭沉降呈現(xiàn)出局部凸起的特征，對(duì)于這類道路縱斷面高程具有突變特征的沉降，《標(biāo)準(zhǔn)》的路面跳車內(nèi)容已對(duì)其檢測(cè)和計(jì)算作出了規(guī)定，而折線型和曲線型橋頭沉降由于具有漸變性和區(qū)段性，不再適用于路面跳車相關(guān)內(nèi)容，故這兩類非錯(cuò)臺(tái)型橋頭沉降成為研究對(duì)象和重點(diǎn)。

1.2 檢測(cè)技術(shù)

兩類非錯(cuò)臺(tái)型橋頭沉降在道路線形上呈現(xiàn)出不同特征，故提出基于道路縱斷面線研究橋頭沉降的檢測(cè)方法。對(duì)兩類沉降的檢測(cè)，利用斷面類檢測(cè)技術(shù)，同時(shí)搭載路面圖像檢測(cè)設(shè)備，形成車載式非錯(cuò)臺(tái)型橋頭沉降檢測(cè)系統(tǒng)，如圖2所示。車載式檢測(cè)系統(tǒng)主要包含檢測(cè)車、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、線掃描相機(jī)、光電編碼器DMI、GPS、工業(yè)控制機(jī)和計(jì)算機(jī)顯示器等。其中，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)用于采集道路縱坡數(shù)據(jù)，光電編碼器DMI用于獲取實(shí)時(shí)車速與行駛距離，它們共同為計(jì)算獲取道路縱斷面線提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；線掃描相機(jī)作為路面圖像檢測(cè)設(shè)備可拍攝連續(xù)的路面圖像，當(dāng)實(shí)現(xiàn)道路縱斷面線與路面圖像位置對(duì)應(yīng)后，即可在圖線上快速定位路橋連接位置(橋接縫)。

圖2 車載式非錯(cuò)臺(tái)型橋頭沉降檢測(cè)系統(tǒng)Fig.2 Vehicular non-staggered-step bridgehead settlement detection system

2 橋頭沉降計(jì)算方法

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

車載式檢測(cè)系統(tǒng)可獲取檢測(cè)車的行駛距離、車速、俯仰角(縱坡度)、橫滾角(橫坡度)、三軸(X/Y/Z)加速度等信息，利用縱坡數(shù)據(jù)和行駛距離，根據(jù)式(1)，(2)計(jì)算得各采集點(diǎn)相對(duì)出發(fā)點(diǎn)的高程(出發(fā)點(diǎn)高程記為0)，平滑連接行駛距離-高程二維點(diǎn)形成的圖線即為道路縱斷面線。

hi=(Li-Li-1)×sinθi-1,i=2,3,4,…,n,

(1)

(2)

式中，hi為第i點(diǎn)較前一點(diǎn)的高程變化值；Hn為第n點(diǎn)相對(duì)出發(fā)點(diǎn)的高程；n為系統(tǒng)采集的點(diǎn)總數(shù)；Li，Li-1分別為第i，i-1點(diǎn)處檢測(cè)車的累計(jì)行駛距離；θi-1為系統(tǒng)采集的第i-1點(diǎn)的俯仰角，上坡為正，下坡為負(fù)。

2.2 橋頭沉降計(jì)算模型及算法

2.2.1 計(jì)算指標(biāo)及閾值規(guī)定

現(xiàn)有研究成果中，描述橋頭沉降狀況的指標(biāo)已有多類，主要包括路橋連接處錯(cuò)臺(tái)高度[12-13]、路橋過渡段工后沉降量[14]、橋接縫前后縱坡差值[15]等。本研究利用橋接縫前后縱坡差值這一指標(biāo)來量化橋頭沉降狀況，與上述研究不同的是，本研究“化線為點(diǎn)”，著重考察研究區(qū)段內(nèi)均勻選取的各點(diǎn)前后縱坡差值，以超過縱坡差閾值的點(diǎn)占取點(diǎn)總數(shù)的比例來評(píng)價(jià)非錯(cuò)臺(tái)型橋頭沉降狀況。上述超過縱坡差閾值的點(diǎn)稱“沉降點(diǎn)”，其比例即本研究提出的計(jì)算指標(biāo)，被定義為“沉降點(diǎn)占比”。

沉降點(diǎn)占比的計(jì)算基礎(chǔ)是對(duì)縱坡差閾值的選取，由于以寧波為例開展橋頭沉降研究，故根據(jù)寧波市城市管理局相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則[16]對(duì)不同車速下相鄰最大縱坡差的規(guī)定，同時(shí)考慮城市橋梁即城市道路的限速一般為80 km/h，提出了如表1所示的不同車速下的縱坡差閾值規(guī)定。

表1 不同車速下的縱坡差閾值規(guī)定Tab.1 Regulation of longitudinal slope difference thresholds at different vehicle speeds

2.2.2 模型及算法

由于橋頭沉降主要發(fā)生于路橋連接處，故研究區(qū)段應(yīng)為橋接縫前后的一段距離，對(duì)于不設(shè)橋接縫的對(duì)象，試驗(yàn)前應(yīng)在路橋連接處進(jìn)行標(biāo)記，使得能在路面圖像上清晰識(shí)別路橋連接位置。將道路縱斷面線和路面圖像位置對(duì)應(yīng)后，基于圖像在縱斷面線上定位橋接縫，此時(shí)，縱斷面線起點(diǎn)為采集開始點(diǎn)，重新設(shè)置橋接縫位置為縱斷面線水平方向0點(diǎn)，如圖3所示。

計(jì)算模型適用于上橋和下橋兩處的橋頭沉降，下面以上橋?yàn)槔U述計(jì)算模型。如圖3(a)所示，在縱斷面線上定位橋接縫位置點(diǎn)，由圖線上的高程突變點(diǎn)定位過渡段起點(diǎn)，兩點(diǎn)間的水平距離定義為l0，截取水平方向上-l0～l0范圍內(nèi)的縱斷面線，并在圖線上沿水平方向以Δl為間隔均勻取點(diǎn)；如圖3(b)所示，沿水平方向?qū)Ω鼽c(diǎn)前、后l1(l1>Δl)距離拉坡，由于l1大于Δl，故圖3(a)中所取點(diǎn)中僅部分點(diǎn)參與是否為沉降點(diǎn)的判定，將這部分點(diǎn)稱為“有效計(jì)算點(diǎn)”，其數(shù)量定義為ne，各點(diǎn)序號(hào)為k。上述各參數(shù)取值規(guī)則將在下文試驗(yàn)與結(jié)果分析部分?jǐn)⑹觥?/p>

圖3 橋頭沉降計(jì)算模型示意圖(單位：m)Fig.3 Schematic diagram of bridgehead settlement calculation model(unit：m)

非錯(cuò)臺(tái)型橋頭沉降計(jì)算模型如下：

(1)計(jì)算拉坡后各有效計(jì)算點(diǎn)前坡坡度i2k-1(%)和后坡坡度i2k(%)：

(3)

(4)

式中，Hk為第k個(gè)有效計(jì)算點(diǎn)的高程；Hk-1為第k-1個(gè)有效計(jì)算點(diǎn)即第k個(gè)有效計(jì)算點(diǎn)前坡起點(diǎn)的高程，H0記為0；Hk+1為第k+1個(gè)有效計(jì)算點(diǎn)即第k個(gè)有效計(jì)算點(diǎn)后坡終點(diǎn)的高程；Hne+1為縱斷面線終點(diǎn)高程；其他符號(hào)同前。

(2)計(jì)算拉坡后各有效計(jì)算點(diǎn)前坡與后坡差的絕對(duì)值Δik(%)：

Δik=|i2k-i2k-1|,k=1,2,3,…,ne。

(5)

其中，有效計(jì)算點(diǎn)數(shù)ne按式(6)計(jì)算，結(jié)果取整：

(6)

(3)根據(jù)試驗(yàn)車速確定縱坡差閾值(表1)，記為i0，若某有效計(jì)算點(diǎn)前坡與后坡差的絕對(duì)值Δik超過該閾值，則判定該點(diǎn)為沉降點(diǎn)，nk記為1，反之記為0，即：

(7)

(4)計(jì)算沉降點(diǎn)數(shù)量N及其占有效計(jì)算點(diǎn)數(shù)ne的比例，即沉降點(diǎn)占比SPR(Settlement Points Ratio)：

(8)

(9)

上述計(jì)算模型形成了一種非錯(cuò)臺(tái)型橋頭沉降分析算法，其算法流程圖如圖4所示。基于此算法可編寫相關(guān)計(jì)算機(jī)程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)非錯(cuò)臺(tái)型橋頭沉降的自動(dòng)和快速計(jì)算，計(jì)算結(jié)果可為路橋處治決策提供量化參考。

圖4 橋頭沉降檢測(cè)算法流程圖Fig.4 Flowchart of bridgehead settlement detection algorithm

3 試驗(yàn)與結(jié)果分析

3.1 道路縱坡自動(dòng)化檢測(cè)準(zhǔn)確性驗(yàn)證

為保證車載式檢測(cè)系統(tǒng)采集的道路縱坡結(jié)果在容許誤差范圍內(nèi)，在正式試驗(yàn)前須先對(duì)其做縱坡自動(dòng)化檢測(cè)的準(zhǔn)確性驗(yàn)證。在此之前已參照《公路路面技術(shù)狀況自動(dòng)化檢測(cè)規(guī)程》[17]有關(guān)距離自動(dòng)化測(cè)量的準(zhǔn)確性驗(yàn)證要求進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果符合《公路路面技術(shù)狀況自動(dòng)化檢測(cè)規(guī)程》[17]和《多功能路況快速檢測(cè)設(shè)備》[18]中距離自動(dòng)化測(cè)量誤差不超過0.1%的規(guī)定，即檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)車行距離的自動(dòng)化檢測(cè)符合要求。

選取一條長約150 m、縱坡變化顯著的直線測(cè)試路段，在路段起終點(diǎn)位置做明顯標(biāo)記，并沿行車方向每10 m標(biāo)記一個(gè)測(cè)點(diǎn)位置；利用DSZ05型水準(zhǔn)儀沿行車方向逐一測(cè)量兩相鄰測(cè)點(diǎn)高程，根據(jù)式(10)計(jì)算兩相鄰測(cè)點(diǎn)間的縱坡值，將此結(jié)果作為兩測(cè)點(diǎn)間的已知縱坡，見圖5。此外，利用車載式檢測(cè)系統(tǒng)分別以20，30和40 km/h勻速檢測(cè)測(cè)試路段，系統(tǒng)按0.1 m間距采集縱坡數(shù)據(jù)并以10 m為單位輸出平均縱坡，作為縱坡自動(dòng)化測(cè)量結(jié)果。

圖5 縱坡自動(dòng)化檢測(cè)準(zhǔn)確性驗(yàn)證人工試驗(yàn)Fig.5 Manual test for verifying accuracy of longitudinal slope automatic detection

(10)

式中，IHM為人工測(cè)量的兩相鄰測(cè)點(diǎn)間縱坡值；hAB為水準(zhǔn)儀測(cè)量的兩相鄰測(cè)點(diǎn)間高差；LAB為兩相鄰測(cè)點(diǎn)間距離，此處取10 m。

對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行誤差分析，選取絕對(duì)誤差(Absolute Error)和相對(duì)誤差(Relative Error)作為縱坡自動(dòng)化測(cè)量的準(zhǔn)確性驗(yàn)證參數(shù)，其計(jì)算公式如下：

(11)

式中，EAE為兩相鄰測(cè)點(diǎn)間縱坡測(cè)量的絕對(duì)誤差；ERE為兩相鄰測(cè)點(diǎn)間縱坡測(cè)量的相對(duì)誤差；IAM為車載式檢測(cè)系統(tǒng)以10 m為單位輸出的兩相鄰測(cè)點(diǎn)間的平均縱坡值。

分析結(jié)果見表2，自動(dòng)化和人工測(cè)量的縱坡結(jié)果共15組，分別按0～10，10～20,…，140～150 m 即10 m為單位分布。由表可知，3種車速下的15組縱坡測(cè)量結(jié)果絕對(duì)誤差EAE均小于6%，即同一車速下的所有檢測(cè)值絕對(duì)誤差小于6%。同時(shí)，20 km/h車速下0～10，10～20和140～150 m距離范圍內(nèi)的相對(duì)誤差ERE分別為13.25%，10.39%和10.25%，均大于10%，使此車速下有80%的檢測(cè)值相對(duì)誤差小于10%；30 km/h和40 km/h車速下相對(duì)誤差小于10%的檢測(cè)值占比分別為86.67%和100%。20 km/h和30 km/h車速下滿足相對(duì)誤差要求的檢測(cè)值比例雖不足95%，但100%檢測(cè)值的絕對(duì)誤差小于1.5%，即絕對(duì)誤差小于1.5%的檢測(cè)值比例大于95%。綜上所述，上述3種車速下的誤差分析結(jié)果均符合我國JTG/T E61—2014標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定，證明本研究采用的車載式檢測(cè)系統(tǒng)滿足縱坡自動(dòng)化檢測(cè)的準(zhǔn)確性要求。

表2 車載式檢測(cè)系統(tǒng)與人工測(cè)量結(jié)果誤差分析Tab.2 Error analysis between vehicular detection system and manual measurement result

3.2 橋頭沉降相關(guān)性分析

3.2.1 自動(dòng)化與人工試驗(yàn)方案

如圖6所示，搭載檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)車經(jīng)加速后勻速通過路橋過渡段和橋梁段，采集數(shù)據(jù)與圖像，完成后經(jīng)減速停車。考慮行車安全，并減小車輛顛簸對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，檢測(cè)車加速后以不大于40 km/h的車速勻速行駛。基于構(gòu)建的橋頭沉降計(jì)算模型和算法，輸入檢測(cè)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)和圖像，即得到各試驗(yàn)對(duì)象的沉降點(diǎn)占比SPR。

圖6 車載式檢測(cè)系統(tǒng)采集道路縱坡及路面圖像Fig.6 Collecting road longitudinal slope and pavement images by vehicular detection system

同時(shí)，考慮到橋頭沉降由路橋間的不均勻沉降產(chǎn)生，通過測(cè)量兩者的縱坡差值來描述橋頭沉降狀況。如圖7所示，利用水準(zhǔn)儀測(cè)量橋接縫處、橋接縫前l(fā)0距離處、橋接縫后l0距離處3點(diǎn)高程，通過式(12)計(jì)算過渡段和橋梁段縱坡值及兩者差的絕對(duì)值。

圖7 人工測(cè)量道路縱坡Fig.7 Manual measuring road longitudinal slope

(12)

式中，l0為人工測(cè)量縱坡選取的橋接縫橋前(后)距離，意義同上文計(jì)算模型中相同參數(shù)；Δh1，Δh2分別為橋接縫前、后l0距離內(nèi)過渡段、橋梁段高差；I1，I2分別為橋接縫前、后l0距離內(nèi)人工測(cè)量的縱坡值；ΔI為人工測(cè)量的橋接縫前后縱坡差絕對(duì)值。

3.2.2 結(jié)果相關(guān)性分析

在實(shí)際情況下，錯(cuò)臺(tái)型橋頭沉降常發(fā)生在路橋平直連接(無顯著縱坡變化)和橋接縫路面材料顯著剝落的橋頭處，而這里研究的是非錯(cuò)臺(tái)型橋頭沉降，為使提出的檢測(cè)方法適用對(duì)象正確，選取上下橋縱坡變化顯著且橋接縫處無明顯材料剝落的橋梁為試驗(yàn)對(duì)象。

對(duì)于模型參數(shù)的取值，考慮了《標(biāo)準(zhǔn)》[11]對(duì)路面跳車檢測(cè)采樣間隔為0.1 m的規(guī)定和實(shí)際應(yīng)用模型時(shí)取點(diǎn)密度對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，同時(shí)考慮了《導(dǎo)則》對(duì)檢測(cè)車軸距的規(guī)定及實(shí)際應(yīng)用模型時(shí)拉坡長度對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，綜上所述，按如下規(guī)則對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行取值：

(1)對(duì)于模型中的l0：精確到0.05 m，根據(jù)試驗(yàn)對(duì)象的縱斷面線不同，其取值不同。

(2)對(duì)于模型中的Δl：當(dāng)l0>5.0 m時(shí)，Δl取0.5 m，反之，Δl取0.1 m。

(3)對(duì)于模型中的l1：當(dāng)l0>5.0 m時(shí)，l1取2.0 m，反之，l1取1.0 m；

(4)對(duì)于模型中的i0：由于各組試驗(yàn)的檢測(cè)車速均小于40 km/h，按表1規(guī)定，i0取4%。

按上述試驗(yàn)方案、試驗(yàn)對(duì)象和參數(shù)取值原則選取了浙江寧波境內(nèi)的100座橋梁，利用車載式檢測(cè)系統(tǒng)采集其縱坡數(shù)據(jù)和連續(xù)路面圖像，并通過所建立的計(jì)算模型與算法獲得了200組(上、下橋)沉降點(diǎn)占比SPR。同時(shí)，按人工試驗(yàn)方案在各試驗(yàn)對(duì)象的上、下橋處測(cè)得過渡段與橋梁段縱坡差絕對(duì)值ΔI，產(chǎn)生200組人工試驗(yàn)結(jié)果，部分結(jié)果如表3所示。

表3 自動(dòng)化與人工試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Result of automatic and manual test

為進(jìn)一步分析計(jì)算模型及算法的輸出結(jié)果和人工測(cè)量結(jié)果的相關(guān)性，將上述200組沉降點(diǎn)占比SPR與人工測(cè)量的縱坡差絕對(duì)值ΔI做相關(guān)性分析，得到兩者的相關(guān)系數(shù)r=0.957 4，p值為0，說明兩者顯著相關(guān)。進(jìn)一步利用Origin軟件建立兩者間的線性回歸模型，模型擬合結(jié)果如圖8所示。分析得，SPR和人工測(cè)量結(jié)果的決定系數(shù)為0.916 6，表明所建立的回歸模型具有較高的擬合精度，進(jìn)而驗(yàn)證了所提出的非錯(cuò)臺(tái)型橋頭沉降檢測(cè)方法及模型參數(shù)取值規(guī)則是科學(xué)合理的。

圖8 模型及算法結(jié)果與人工測(cè)量結(jié)果的線性回歸模型Fig.8 Model of linear regression between results of model +algorithm and manual measurement

4 結(jié)論

(1)對(duì)于非錯(cuò)臺(tái)型橋頭沉降，現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)未對(duì)其檢測(cè)方法作出規(guī)定，且現(xiàn)有方法效率低、主觀性強(qiáng)、對(duì)區(qū)段型沉降靈敏度低、易受變形類病害干擾等，針對(duì)上述問題，提出利用車載式檢測(cè)系統(tǒng)快速采集路橋縱坡與路面圖像數(shù)據(jù)，形成與圖像位置對(duì)應(yīng)的道路縱斷面線，并基于此建立了非錯(cuò)臺(tái)型橋頭沉降計(jì)算模型與算法，其中提出了一項(xiàng)計(jì)算指標(biāo)即沉降點(diǎn)占比SPR。

(2)對(duì)車載式檢測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化檢測(cè)道路縱坡的準(zhǔn)確性進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明，3種車速下各15組距離梯度的道路縱坡自動(dòng)化檢測(cè)結(jié)果與人工測(cè)量結(jié)果的誤差均符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定，即檢測(cè)系統(tǒng)滿足縱坡自動(dòng)化檢測(cè)的誤差要求。

(3)規(guī)定了試驗(yàn)對(duì)象選取和模型參數(shù)取值規(guī)則，在浙江寧波境內(nèi)對(duì)100座橋開展了自動(dòng)化和人工試驗(yàn)，對(duì)自動(dòng)化檢測(cè)數(shù)據(jù)利用所建模型與算法輸出了200組(上、下橋)SPR，并將其與人工測(cè)量的200組縱坡差絕對(duì)值ΔI進(jìn)行了相關(guān)性和回歸分析。結(jié)果表明：兩者的相關(guān)系數(shù)為0.957 4，p值為0，回歸模型決定系數(shù)為0.916 6，兩者顯著相關(guān)，說明提出的檢測(cè)方法和參數(shù)取值規(guī)則是科學(xué)合理的，能夠準(zhǔn)確定量描述非錯(cuò)臺(tái)型橋頭沉降狀況。

(4)所提檢測(cè)方法填補(bǔ)了橋頭沉降檢測(cè)的研究空白，對(duì)于自動(dòng)化定量檢測(cè)其沉降狀況具有重要的應(yīng)用價(jià)值，但此方法為單車道逐一檢測(cè)，針對(duì)一次性檢測(cè)多車道下的橋頭沉降狀況還需深入研究，且未來需添加全國其他地區(qū)的數(shù)據(jù)集，進(jìn)一步優(yōu)化所提檢測(cè)方法，從而增強(qiáng)模型的普適性。