基于點激光測量路面車轍深度的方法優(yōu)化設(shè)計及其模擬驗證平臺的開發(fā).pdf

1、瀝青公路的損害主要來自五個方面:疲勞裂縫,路面車轍,熱裂縫,摩擦損傷以及濕敏性。其中路面車轍是描述路面性狀的最常用指標(biāo)之一。它被定義為路面上永久性的輪胎壓痕。經(jīng)濟的發(fā)展和繁忙的交通使得公路承受了較之以往大得多的外部壓力,尤其是來自載重貨車的高壓輪胎使得基于瀝青這種可塑性材料的公路極易形成車轍,嚴(yán)重影響了公路的正常使用,是公路規(guī)劃設(shè)計和路面維護都要考慮的重要問題。車轍深度是表征車轍最重要也是最常用的指標(biāo),它的測量需求主要來自兩個方面:一是

2、交通管理部門或公路服務(wù)商在評估公路是否需要維護時,車轍深度是主要參考之一;二是規(guī)劃設(shè)計公路時需要研究在不同氣候、載重、輪胎壓強、交通量的條件下使用不同材料和結(jié)構(gòu)時車轍的形成特點,即來自“加速的公路測試”的測量需求。車轍深度的測量技術(shù)有很多,本文集中討論的是基于點激光測距傳感器技術(shù)的測量方法,原因是其傳感器測距精度高、可靠性好,成本較低且目前應(yīng)用最廣。在工程應(yīng)用中常常因為過重的考慮成本因素而采用的傳感器數(shù)量較少使得測試結(jié)果可靠性很差,而在

3、科研應(yīng)用中使用的激光掃描儀其昂貴的造價也嚴(yán)重限制了科研的發(fā)展,本文即是基于該事實,期望對工程應(yīng)用中的常見測試方法進(jìn)行優(yōu)化,在保持低成本的需求下提高其測量結(jié)果的可靠性,并提出一種適于科研應(yīng)用的“兩點法”,在保持其高精度的需求下降低設(shè)備成本。為了實現(xiàn)主流方法的優(yōu)化以及新方法的驗證,本文開發(fā)了一種模擬車轍測量的軟件平臺。本文主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　 1.總結(jié)了工程應(yīng)用中基于點激光測距傳感器技術(shù)測量車轍深度的主流方法,分析了其主要

4、的誤差來源,為進(jìn)一步優(yōu)化指明了方向;對于科研應(yīng)用,提出了一種低成本高精度的只使用兩個點激光測距傳感器的“兩點法”,從理論上分析了兩點法的可行性,給出了實現(xiàn)兩點法所需的基本系統(tǒng)需求、具體的操作流程和兩個傳感器距離的設(shè)定規(guī)則。
　　 2.開發(fā)了用于優(yōu)化和驗證測量方法的模擬平臺。首先匯總了搭建平臺所需的理論依據(jù),在經(jīng)驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上抽象出了一個簡單的車轍模型,并以此為基礎(chǔ)重建了路面輪廓的模擬數(shù)據(jù)。
　　 3.模擬了工程應(yīng)用中測量

5、車轍深度的主流方法(包括三點法、五點法和多點法)以及科研應(yīng)用中的兩點法的采樣過程。對工程應(yīng)用中的方法設(shè)計了不同的方案,確定了每種方案下的采樣路徑。
　　 4.優(yōu)化了工程應(yīng)用中測量車轍深度的主流方法,對不同方案分別進(jìn)行了橫向和縱向?qū)Ρ?計算了采樣輪廓數(shù)據(jù)的誤差及其與實際輪廓數(shù)據(jù)的相關(guān)性、測量或計算出的車轍深度的誤差及其與實際車轍深度的相關(guān)性,分析了測量結(jié)果與傳感器個數(shù)和位置的關(guān)系,得到了推薦的配置(比如SC6和SC14-1)以及避

6、免使用的配置(SC10和SC14-2),實現(xiàn)了工程方法的指導(dǎo)性優(yōu)化。
　　 5.驗證了提出的適用于科研應(yīng)用的兩點法,在確定的采樣路徑的基礎(chǔ)上對采樣的數(shù)據(jù)以及車轍的計算結(jié)果進(jìn)行了可靠性分析,結(jié)果顯示其無論是采樣數(shù)據(jù)還是車轍深度的計算結(jié)果,都與實際參考值具有很好的相關(guān)性(相關(guān)系數(shù)大于0.95),平均誤差僅有-3％左右。另外,還論述了如何利用“重疊數(shù)據(jù)”校正初始采樣數(shù)據(jù),進(jìn)一步削弱由于測試系統(tǒng)水平方向上的傾斜導(dǎo)致的系統(tǒng)測試誤差,并給出