譚 國

（廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530000）

0 引言

路面平整度是評估路面質(zhì)量的主要參數(shù)之一，它關(guān)系到日常行車的安全性、舒適度，并且影響著路面所受的沖擊力和使用壽命。不平整的路面將增加行車阻力，使車輛發(fā)生額外的振動現(xiàn)象，這種振動現(xiàn)象將帶來行車的顛簸，對車輛的速度和安全性具有一定程度的影響。此外，振動現(xiàn)象還將加大對路面的沖擊力，進而加速車輛零部件、輪胎和路面的磨損程度，增加車輛燃油的消耗。水網(wǎng)區(qū)域的路面如果平整度較差，將引起路面積水，加速路面老化。因此，為提高行車的安全性、舒適度，減少路面的振動沖擊，延長路面的使用年限，路面的平整度應(yīng)符合工程施工的標準要求。

1 公路路面平整度測量的必要性

平整度是公路路面質(zhì)量評定的重要參數(shù)（厚度、壓實度和平整度）之一，路面平整度的問題一般較為復(fù)雜，當前國內(nèi)外對平整度的定義也有所不同。美國工程材料試驗協(xié)會將路面的平整度定義為路面表面與理想平面之間的縱向偏差，而這種偏差不僅會對車輛的動力、安全性等造成影響，還會影響到路面動載荷、排水等特性。定義中明確指出了平整度的參考方法，以便于實際工程中的測定，并且綜合考慮了人、車、路3個方面，分析了彼此間的影響?！豆饭こ堂~術(shù)語》中所定義的平整度為路面表面縱向凹凸量差值。通過查閱與公路路面平整度相關(guān)的文獻可知，路面平整度還可定義為路面表面相對于理想平面的誤差、路面表面引發(fā)行車振動高程的變化量等［1］。

平整度評價指標是用來衡量路面平整度狀況的參數(shù)，評價指標能夠清晰地反映出試驗路段具體的斷面信息，可通過特定的計算方法獲得。新版《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》中定義了路面平整度評價的3個重要指標，即最大間隙、標準差及平整度指數(shù)。例如，3 m直尺法是一種傳統(tǒng)的測量方法，在過去的路面平整度驗收中的應(yīng)用十分普遍，這種方法將尺子和路面之間的最大間隙作為路面平整度的評價標準，對實地測量到的數(shù)據(jù)進行綜合評價。3 m直尺法最主要的優(yōu)點就是測量成本低、儀器操作簡便，并且對測量人員的技術(shù)要求不高，其缺點是檢測周期長、速度慢、測量精度較低，測量誤差多數(shù)因測量人員的人為操作所致。因此，后續(xù)修訂的各類評定標準中都明確規(guī)定，不得使用3 m直尺法進行路面平整度的測量，對高速公路或一級公路等，平整度的驗收必須使用規(guī)定的自動化測量設(shè)備。

公路施工檢測領(lǐng)域技術(shù)的不斷發(fā)展，催生出很多新的、智能化的檢測設(shè)備，如后來逐步在國內(nèi)很多工程中推廣并應(yīng)用的自動化平整度測試儀，其原理是應(yīng)用了路面平整度標準差和平整度指數(shù)作為平整度指標評價的標準，同時積極借鑒了國外相關(guān)路面平整度的評價標準［2］。

2 傳統(tǒng)測量方法

傳統(tǒng)的公路路面平整度測量主要有斷面類測量和反應(yīng)類測量兩類。斷面類的平整度測量是依據(jù)路面表面的凹凸情況獲得縱向斷面，通過分析路面的高程差得到具體的平整度參數(shù)，測量的精度主要是依賴所用測量儀器的測量精度（高程精度）；而反應(yīng)類的平整度測量是通過車輛的振動情況反映路面的不平整度，該種測量方法立足于實際車輛行駛過程中的真實狀況，以車輛使用者作為分析對象，增強了用戶的體驗性，因此該種方法在路面平整度的測量中具有一定的創(chuàng)新性，但其弊端是不同車輛具有不同的振動模型，測試時需要一套標準化的測試系統(tǒng)，更加強調(diào)常規(guī)車輛與標準化測試系統(tǒng)之間的匹配問題。下面對常用的路面平整度測量方法進行詳細討論。

2.1 精密水準儀法

精密水準儀法主要包括望遠鏡、水準儀、基座3個部分，這種方法測量路面平整度的基本原理如下：由水準儀氣泡是否居中判斷水平線，通過水平線位于水準尺上數(shù)值計算出各點之間的高程差，這種方法要求水準儀的視準軸和水準軸彼此平行，否則將造成很大的測量誤差，該方法對測量人員的技術(shù)要求較高，但測量結(jié)果的精度較低，可用于路面平整度要求不高的偏遠地區(qū)的公路［3］。

2.2 連續(xù)平整度法

連續(xù)平整度法以較長的桁架作為基準，中間部分的機架通常能夠伸縮或折疊，在前方和后方分別配有多個行走輪，前后兩組行走輪之間的距離一般較長且機架中間位置設(shè)有一個可起落的測定輪，測定輪配有多個位移傳感器，在測定時，沿著路面某處的縱向方位以規(guī)定的間隔距離向垂直方位移動并記錄相關(guān)數(shù)值，這種方法同樣會遇到測試效率低和測試精度差等問題，不適用于在坑槽較多、病害較為嚴重的路面上進行測試。此外，這種類型的測試儀器十分笨重，測量時很不方便。因此，連續(xù)平整度法在當前的公路路面平整度測量中使用較少。

2.3 車載顛簸累積法

在裝有測量儀器的小車路過目標路段時，小車后軸與車體單向位移將出現(xiàn)累積值，車載顛簸累積法正是通過計算該累積值評估路面的平整度，這種方法所測出的數(shù)據(jù)準確性與車底盤所裝載的懸掛系統(tǒng)關(guān)系較大，因此測量得出的數(shù)據(jù)只有經(jīng)過再次校正、換算后才能作為反映路面平整度真實情況的依據(jù)。

2.4 激光平整度法

激光平整度法主要是通過裝有激光傳感器、加速儀、陀螺儀和精確的數(shù)據(jù)采集、處理系統(tǒng)的測試車來完成測量，具體方法如下：測試過程中，測試車以恒定的速度行駛，位于測試車底盤上的多個激光傳感器將不同角度的路面折射回的光束記錄在讀數(shù)器上，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)采集并分析讀數(shù)器上的距離信號，該距離信號與測試車的加速儀信號進行比對，最終輸出路面的實際斷面信號。為方便后續(xù)工程師的數(shù)據(jù)分析，這些模擬信號也可轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后進行存儲。激光平整度法在進行路面平整度測量時具有速度快、精度高等優(yōu)點，但其測量成本相對較高，因而在國內(nèi)較高級別的公路建設(shè)中應(yīng)用較多。

3 基于移動互聯(lián)技術(shù)的平整度智能測量方法

移動互聯(lián)技術(shù)是指依托于先進的高速互聯(lián)網(wǎng)或設(shè)備之間自建的內(nèi)部局域網(wǎng)，將各種移動設(shè)備進行有效的集成、整合，通過在線實時的數(shù)據(jù)獲取、互聯(lián)互通，將數(shù)據(jù)的采集、處理和分析進行一體化加工，以此將各設(shè)備的工程特性充分地發(fā)揮出來，實現(xiàn)多種移動設(shè)備協(xié)同、互補、高效地工作。移動互聯(lián)技術(shù)可廣泛應(yīng)用于各類公路工程和與之相關(guān)的研究領(lǐng)域［4］。

基于移動互聯(lián)技術(shù)的平整度智能測量方法在近些年的工程建設(shè)中應(yīng)用較多，主要是公路路面平整度的測量方面。這種測量方法所使用的設(shè)備包括手持智能終端、車載傳感裝置和后臺管理系統(tǒng)等。其中，手持智能終端搭載了較為先進的智能處理器和無線網(wǎng)卡，符合高數(shù)據(jù)量的網(wǎng)絡(luò)傳輸規(guī)約。車載傳感裝置配置有多個微型的光傳感器，主要是通過測量車的移動來獲取路面平整度的返回數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)上傳到后臺管理系統(tǒng)進行匯總、分析。后臺管理系統(tǒng)一般可架設(shè)在測量車上，由數(shù)據(jù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、交換機等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成，如果測量車的空間受限時，也可將數(shù)據(jù)服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器做歸一化處理，即同一臺服務(wù)器分別實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲和集成應(yīng)用兩種功能。后臺管理系統(tǒng)將匯總、分析后的數(shù)據(jù)再次回傳到手持終端，測量人員通過手持終端可實時了解當前路面的平整度狀況，為后續(xù)的施工計劃制訂提供有效、精確的信息。

隨著公路工程施工技術(shù)的不斷進步，一些智能化的路面測量方法在不斷更新、迭代、應(yīng)用，特別是在一些公路質(zhì)量要求較高的重點建設(shè)項目中，對路面平整度各項指標的要求十分嚴格。因此，在路面平整度的測量方面，力求做到以下幾點。

3.1 測量設(shè)備體積小、重量輕

在公路路面平整度測量過程中，一般選取多個點位進行測量，包括轉(zhuǎn)彎處、斜坡等，需要將測量設(shè)備在這些點位上不斷移動，因此選用體積小、重量輕的測量設(shè)備更為合適，可極大地縮短路面平整度測量的周期。

3.2 測量成本低

平整度測量費用在工程總體的造價之內(nèi)，如果測量成本過高，將影響公路其他部分的建設(shè)投入，也會影響到工程的總體質(zhì)量，在測量功能相近、測量誤差相同的情況下，應(yīng)首選測量成本較低的設(shè)備。

3.3 測量效率高

測量效率較高的設(shè)備在規(guī)定的時間內(nèi)可完成多個路段或工程的路面平整度測量工作，這在一定程度上能夠縮短工期，為工程施工過程中可能出現(xiàn)的臨時性問題處理留有足夠的時間，確保各個施工環(huán)節(jié)都能夠達到工程標準要求。

3.4 測量精度高

高精度的測量設(shè)備決定了路面的高平整度，能夠保證行車的舒適度和安全性，也可避免水網(wǎng)區(qū)域發(fā)生積水，提高路面施工質(zhì)量。在選擇高精度平整度測量設(shè)備時，應(yīng)注意各設(shè)備之間的匹配度和兼容性等問題，如設(shè)備的接口尺寸、有線或無線連接及網(wǎng)絡(luò)傳輸速率等情況，由過去的平整度測量經(jīng)驗可知，一般情況下，平整度智能測量設(shè)備越靈敏，其測量的精度就越高。

4 瀝青路面平整度測量

4.1 施工概況

以廣西柳州主城區(qū)某段瀝青路面工程為研究案例，在該路段竣工后進行路面平整度測量工作，該路段全長約2 km，選用兩組T350型智能化平整度測量車完成測量，通過對比測量數(shù)據(jù)與路況真實數(shù)據(jù)，找到該路段不平整度較為突出的點位，分析路面整體施工質(zhì)量，評估行車的舒適度和安全性，為下一步的路面保養(yǎng)和維護工作提供技術(shù)支撐。

4.2 基于移動互聯(lián)技術(shù)的平整度測量方法實際工程應(yīng)用

測量過程中使兩組測量車從公路兩端同時、同速相向而行，為充分節(jié)省人力成本并測試單人駕車模式在路面平整度測量過程中的可行性，要求每輛測量車上僅配備一名測試人員，該測試人員同時是車輛的駕駛?cè)藛T。當測量過程開始時，兩人應(yīng)同時啟動手持測量終端，查看設(shè)備是否正常運行，包括設(shè)備自檢情況、網(wǎng)絡(luò)連通和延時情況等，確認無誤后測量人員通過隨身配備的對講機進行通話，同時啟動測量車進行勻速行進并測量。在車輛行進的過程中，測量人員應(yīng)時刻觀察車輛的運行狀態(tài)，包括車載傳感裝置、后臺管理系統(tǒng)的運行情況，查看交換機、服務(wù)器是否有報警燈閃爍等。當車輛遇到顛簸或行進至平整度較差的區(qū)域時，可聽到手持終端發(fā)出的報警聲，在手持終端的顯示屏上可看到實際的不平整度分析結(jié)果，包括高程差、位置和范圍等，當測量車行進至平整度較好的路面時，報警聲消失。此時，打開手持終端的路面平整度結(jié)果分析模塊可看到完整的平整度分析報告，包含不平整度具體位置、大小及所受沖擊力等信息。由分析報告中的三維立體模擬畫面可以看到車輛在遇到平整度較差的路面時車輛的顛簸程度及路面所受沖擊力情況。此外，由朗特-肯波動曲線也可評估車輪與路面的齒合情況，齒合程度越高代表該點位的路面平整度較好，反之則較差。當兩組測量車相遇時，該段路面的平整度測量工作結(jié)束。將兩組測量車所獲取的測量數(shù)據(jù)、分析報告進行對比分析，綜合得出最終的路面平整度測量結(jié)果，為后續(xù)路面養(yǎng)護方案的制訂提供參考。

該工程案例應(yīng)用了較為智能化的公路路面平整度測量方法，通過單人-單車測量模式完成了路面平整度的實地測量工作。相比傳統(tǒng)的測量方式，本次測量試驗無論是在設(shè)備的使用上或是在人員的配置上都達到了簡約、高效和精準的目的，智能化測試車為測試人員提供了一個功能完備的測試平臺，而手持終端的使用為測試人員提供了更多的便利。此外，精準、高效的測量方式也節(jié)省了更多的建設(shè)成本，各方面的工程效益都十分顯著。

4.3 移動互聯(lián)平整度測量法優(yōu)勢分析

4.3.1 提高測量效率

通過智能方法進行路面的平整度測量，測試人員通過手持終端可實時觀察路面平整度狀況，并且測試車所搭載的無線傳感裝置接收和發(fā)送數(shù)據(jù)十分靈敏，后臺管理系統(tǒng)在數(shù)據(jù)分析和處理方面的速度非?？?，發(fā)送到手持終端的分析結(jié)果也比較及時，這就保證了整個平整度測量的全過程是閉環(huán)、可控和高效的，也為工程技術(shù)人員的分析爭取了更多的時間。

4.3.2 提升測量精度

智能化的測量方法其底層架構(gòu)、設(shè)備達到了一定的自動化和智能化程度，各個環(huán)節(jié)所用到的設(shè)備、部件均為當前業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的產(chǎn)品，無論是在數(shù)據(jù)獲取的全面性方面，還是在數(shù)據(jù)分析的可靠性方面，都已形成較為完善的測量系統(tǒng)。因此，智能化的測量方法在路面平整度測量過程中的優(yōu)勢十分明顯，特別是在路面平整度測量的精度方面。

4.3.3 降低人工成本

相比過去路面平整度測量時的多人、多設(shè)備冗余工作，智能化測量方法所用到的人力、物力都大幅減少，測量人員完全可以獨自駕駛測量車并且手持測量終端完成整個路段的平整度測量工作，智能化的測量設(shè)備無論是在重量或體積上都能夠滿足單人測量作業(yè)的要求，智能化程度較高，人工成本較低。

5 結(jié)束語

公路路面的平整度測量技術(shù)一直以來都是路面質(zhì)量研究領(lǐng)域的重點課題，工程技術(shù)人員在測試人員、測試設(shè)備及測試方法等方面不斷地進行嘗試和突破，以最少的測量成本獲取最佳的測量結(jié)果為最終目的。因此，各類智能化終端、測量設(shè)備的應(yīng)用為實現(xiàn)低成本、高精度的測量提供了可能。本文重點論述了智能化平整度測量的方法及其在工程中的應(yīng)用，論證了單人-單車測量模式的可行性，為同類工程的路面平整度測量工作開辟了新的思路。