基于點激光測量路面車轍深度的方法優(yōu)化設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之一。它被定義為路面上永久性的輪胎壓痕。經濟的發(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,嚴重影響了公路的正常使用,是公路規(guī)劃設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,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構時車轍的形成特點,即來自“加速的公路測試”的測量需求。車轍深度的測量技術有很多,本文集中討論的是基于點激光測距傳感器技術的測量方法,原因是其傳感器測距精度高、可靠性好,成本較低且目前應用最廣。在工程應用中常常因為過重的考慮成本因素而采用的傳感器數量較少使得測試結果可靠性很差,而在

3、科研應用中使用的激光掃描儀其昂貴的造價也嚴重限制了科研的發(fā)展,本文即是基于該事實,期望對工程應用中的常見測試方法進行優(yōu)化,在保持低成本的需求下提高其測量結果的可靠性,并提出一種適于科研應用的“兩點法”,在保持其高精度的需求下降低設備成本。為了實現主流方法的優(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。本文主要研究內容和成果如下:
　　 1.總結了工程應用中基于點激光測距傳感器技術測量車轍深度的主流方法,分析了其主要

4、的誤差來源,為進一步優(yōu)化指明了方向;對于科研應用,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,在經驗數據的基礎上抽象出了一個簡單的車轍模型,并以此為基礎重建了路面輪廓的模擬數據。
　　 3.模擬了工程應用中測量

5、車轍深度的主流方法(包括三點法、五點法和多點法)以及科研應用中的兩點法的采樣過程。對工程應用中的方法設計了不同的方案,確定了每種方案下的采樣路徑。
　　 4.優(yōu)化了工程應用中測量車轍深度的主流方法,對不同方案分別進行了橫向和縱向對比,計算了采樣輪廓數據的誤差及其與實際輪廓數據的相關性、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性,分析了測量結果與傳感器個數和位置的關系,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),實現了工程方法的指導性優(yōu)化。
　　 5.驗證了提出的適用于科研應用的兩點法,在確定的采樣路徑的基礎上對采樣的數據以及車轍的計算結果進行了可靠性分析,結果顯示其無論是采樣數據還是車轍深度的計算結果,都與實際參考值具有很好的相關性(相關系數大于0.95),平均誤差僅有-3％左右。另外,還論述了如何利用“重疊數據”校正初始采樣數據,進一步削弱由于測試系統(tǒng)水平方向上的傾斜導致的系統(tǒng)測試誤差,并給出