90年代中、后期,連續式激光斷面儀在我國逐漸得到應用,是目前最先進的平整度和車轍檢測設備,正常測試速度為80km/h,并且同時還可以測量橫坡、縱坡、轉彎曲率等指標[2],目前在國內約有近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(對應左右輪跡各一個)記錄數據的兩次積分來扣除;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性、可再現性研究。對同一個測試路段,采用同一個設備進行多次測量,各次數據間的吻合性稱為可重復性;對同一個測試路段,采用原理相同或類似的不同設備進行測量,數據間的吻合性稱為可再現性。歐洲和美國均進行過較大規模的可重復性和可再現性研究,在其所使用的主流設備類型和品牌之間建立了相關關系。
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品和第二代產品,這些設備已經開始大量使用,但由于尚沒有進行系統的可再現性研究,不同設備之間數據的可比性就不得而知。激光傳感器個數和車轍測試精度的關系。由于激光斷面儀是一種離散的車轍檢測設備,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個傳感器后測試結果仍與橫向連續測試的結果有較大差異,但相關性較好,相關系數為80%,建議在修正后用于路網普查;美國得州運輸部的研究表明,5個傳感器的測試結果約為連續測量結果的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配置一個是不經濟的。目前在加拿大出現了兩種不同的車轍檢測設備,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濟的;另一種是用兩個激光束接發器發射激光束,橫向連續覆蓋整個車道,因此精度是相當高的。兩種設備在配置完整的情況下均可以同時高速采集平整度數據。
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備主要有三種:橫向力系數測試儀、剎車式摩擦系數測試儀、不完全剎車式摩擦系數測試儀。橫向力系數測試儀是在我國應用最為廣泛的自動摩擦系數儀,20世紀90年代中期實現了國產化[4]。該設備的基本原理是設定試驗輪與行車方向成一定角度,以便產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,橫向力系數反映的是車輛在路面上側滑的危險性,正常測試速度約50Km/h;剎車式摩擦系數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,根據傳感器所記錄的力,即可計算制動力系數。
該設備在美國是抗滑能力測試標準設備之一,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,在正常測試時呈現連滾帶滑的運動狀態,根據力傳感器記錄的數據即可計算路面摩擦系數。
該設備在路面上的測試速度為50Km/h左右,在歐洲應用較多,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儀,進口的和國產的都有;橫向力系數儀已逐漸擁有了相當多的用戶;剎車式和不完全剎車式摩擦系數測試儀目前僅有極少數用戶。很明顯地,擺式摩擦系數儀已經越來越不適應我國高速公路建設的需要,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造對摩擦系數的影響,而宏觀紋理構造是高速公路路面抗滑能力的決定因素。因此,應當大力推廣自動化的抗滑能力測試儀在中國的應用。
1.4 路表破損采集路面表面破損率是路面養護決策的重要指標,也是群眾評價公路管理部門工作效率的最直觀依據。我國各級公路管理部門對表面破損一向都比較重視,但該項指標的數據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。