文摘

确保普通研磨表面纹理提供良好的结合没有残余遇险,铣削表面的新规范评估建立了铣削表面质量的定量评估。本研究探索的可能性,使用三维(3 d)激光扫描技术来开发一个算法来获得一个研磨表面模型,可以测量评估指标,铣削深度和纹理深度,并确定研磨领域。一个案例研究是由使用激光扫描车辆系统收集3 d连续路面横向profiles数据在一个500米长的段公路来说。的非常有前途的技术,结果表明,该方法可以有效地测量铣削深度和纹理深度和定量区分好——(47毫米和53毫米之间的铣削深度和纹理深度超过2毫米)和低质量的工作。此外,研磨等不良残留痛苦和出口量的地区会导致过早失效也可以使用该方法确定。该方法可以有效地支持remilling工作,确保覆盖路面的质量。

1。介绍

目前,铣康复的沥青混凝土路面与覆盖是主要的维护方法,如上所述的“高速公路维修技术规范”在中国1]。这种方法适用于表面损伤的治疗如裂缝、凹坑、剥落,可怜的粗糙度,抗滑性不足。操作减少穷人路面表面使用一个大型自动铣床,代之以一个新的相同厚度的沥青混合料(2]。铣鼓约有100 - 700的牙齿,和各种类型的铣鼓根据所需选择铣削深度和纹理深度,和铣削深度覆盖厚度取决于路面损害的特点和严重性(3]。

许多因素可能会导致过度的铣削深度不足,包括路面痛苦像发情和沉降,铣床的速度波动,滚筒的转速。铣削深度超过预期的阈值时,它将影响整体稳定和结构强度,导致各种形式的痛苦如裂纹、凹坑,发情的迅速出现在覆盖路面(4]。当铣削深度不足,很难创建一个统一的纹理在研磨表面,造成不均匀分布的粘合剂层(喷洒乳化沥青)和贫困叠加和研磨表面之间的结合。因此,某些形式的痛苦出现在一个特定时间的服务,包括纠缠,推搡,发情的5- - - - - -8]。薄覆盖设计,更重要的是铣削深度的影响和控制的纹理叠加使用寿命(9]。因此,准确的铣削深度和纹理控制是实现所需的关键覆盖表面的使用寿命和具有成本效益的维护方法。

测量铣削深度和纹理是由熟练人员使用3 m统治者100单位的随机点检测(10]。这样的测量是影响铣削的长途,一个广阔的区域内,和一个小偏差指数,这不可避免地减少人工采样的精度和效率。很难准确地识别不合格的地区,他们的具体位置,并提供一个科学的评估铣削质量。快速、铣削深度和纹理评估,全面、准确,是一个重要的判断依据铣的质量,确保覆盖表面的设计寿命。

这样的评估,研究人员介绍了新兴的使用三维激光技术。这种技术可以创建跨整个车道,路面激光数据测量数据精度高,高数据密度,和测量速度,并已应用于测量车辙和裂缝,甚至路面质量评价的平滑度和macrotexture [11- - - - - -15]。郝et al。16)使用表面数据插值和拟合方法处理10点的数据和计算三维激光开槽深度评估开槽磨损状态;结果发现与砂块方法的结果。李等人。17)使用3 d激光设备收集室内开槽模型数据和采用部分开槽深度和槽间距指标来验证使用开槽的三维激光测量的可行性。李等人。18]和开尔文et al。(2012)分别获得网站从水泥混凝土路面刻槽数据利用三维激光技术;根据指标的深度、宽度和间距开槽均匀性评价,结果表明,三维激光技术能够实现全面、开槽结构的准确评估。专注于铣削路面建设,蔡et al。15,19)收集微铣的沥青路面表面纹理数据基于佐治亚理工学院的感应车辆并提出了ridge-to-valley-depth中心(RVD)评估铣可重复性;使用这种方法,他们决定问题区域的位置。上述研究验证了使用三维激光技术对路面结构的可行性评估;但是,没有评估提供了铣削路面粗糙度和平坦的,这些研究未能识别的区域和位置不合格的铣削,结果不支持原因分析不合格的工作,和研究的结论缺乏施工指导意义。

解决现有研究的不足,以确定不合格的位置磨区,一个车载三维激光检测系统由长安大学被用来收集现场沥青研磨表面纹理数据,研磨表面的3 d模型,并提出了一种纹理深度和铣削深度分析和评估铣削质量。研究结果可以作为基础的施工监测和质量评估铣操作,为优化研磨表面的维修提供指导,并为设置施工参数提供参考。

本文组织如下。本节简要回顾了现有的方法来评估铣数据和识别需要另一种方式成本效益评估铣数据。第二部分简要介绍了3 d连续路面配置文件数据。评估铣纹理的方法是提出在第三节中,其次是介绍一个案例研究在公路上用来评估性能的方法。第四部分介绍了现场测试的结果。最后,结论和建议对今后的研究进行了讨论。

2。收购3 d连续的横向配置文件数据

本节简要介绍了三维激光检测原理和激光扫描车辆系统的设计用于这项研究。三维激光技术,基于激光三角测量原理,用于收集3 d连续路面横向配置文件数据。激光投影仪将连续激光线到路面上,和反射的激光线造成路面表面的高度信息。高速相机捕捉反射激光线在亚像素的图像,如图1。接下来,亚像素测量峰值算法用于确定反射激光亚像素的位置服务在路面表面的三维重建。

激光扫描车辆系统由长安大学是包含在一个运动型多功能车(SUV)配备两个激光扫描单元,一个垂直加速度计和高分辨率距离测量仪(DMI),如图2。激光扫描单元安装在一个金属支架的SUV获得三维连续的横向配置文件数据。垂直加速度计安装在车辆记录正确同步配置文件数据的垂直位移输出激光扫描获得的单位。DMI是安装在后轮和控制之间的时间间隔连续两个横向配置文件。

两个激光扫描单元(模型gocator - 2380)用于收集3 d连续横向路面概要文件。这些单位是离地面约1.8米。每个单元收集1.2米宽横向配置文件超过2000三维激光点和覆盖2.4横向视场。当车辆速度不大于40 km / h,激光扫描单元由DMI控制在2毫米的间隔可以收集数据的旅游方向和扫描频率每秒4500概要文件。以确保这些单位可以测量铣削纹理,两个激光扫描单元提供一个0.55毫米的决议在横向方向上至少0.5毫米决议后的垂直方向设置设备参数。

从三维激光扫描路面数据检测保存为点矩阵;扫描结果的一个示例如表所示1。矩阵的第一行代表了在横向剖面三维激光点位置;左和右端点−299.3毫米和300.0毫米,分别。总长度约为600毫米,横向分辨率大约是0.5毫米。矩阵的第一列代表了在纵向剖面三维激光点位置。旅游方向的扫描间隔是2毫米,纵向剖面的总长度是大约1000毫米,从0.4毫米到999.4毫米。剩下的数据代表相应的高程坐标和点。

3所示。方法评价磨表面

3.1。横向剖面数据的预处理

考虑系统误差的激光扫描单元和macrotexture沥青路面,高度曲线的原始三维激光横向配置文件包含一些噪声和macrotexture特征。突出的研磨结构沥青路面,本地加权散点图的滤波算法被用来处理激光横向剖面曲线与MATLAB软件。横向剖面曲线滤波和最小二乘多项式拟合被用来代替原始数据。图3显示了一个示例横向剖面曲线的滤波结果当过滤窗口的宽度设置为0.5。曲线的初步结果过滤与三维激光测量表明,局部加权散点图滤波算法可以去除噪声和不重要的结构特征;因此,这种方法是非常有前途的横向剖面曲线进行处理提高研磨表面评估的准确性。

3.2。研磨表面模型

基于铣削纹理数据使用局部加权平滑散点图滤波算法,三维铣削表面模型在MATLAB软件使用插值处理。一个600毫米×1000毫米的研磨表面纹理模型如图4;模型的横向和纵向分辨率等于0.5毫米。图4显示了模型表面的研磨材质及其对称分布。不合格的铣削区域中心的模式,这可能归因于残留痛苦磨表面(如发情和骨料的路基的沉降或损失通过沥青焊机的疲劳),显然是被3 d激光探测。构建铣削模型的初步结果表明,贫困铣的位置和区域可以使用激光铣削识别数据。

3.3。铣削指标的计算

基于现场铣纹理和研磨的3 d模型纹理,大型铣山谷之间的形状差异是由多种复杂的原因归结为沥青路面。这些条件促进从人工采样获得的低粗糙度的再现性。因此,评价的结果是不可靠的铣削表面。蔡等人研究了研磨材质使用三维激光测量的检测和评估的可能性在100毫米横向配置文件来评估使用ridge-to-valley-depths质地均匀性(15]。然而,他们的方法不能充分利用高密度数据,和最终的指标很容易受到激光扫描单元的系统误差。

摘要铣刀的铣削深度和纹理深度谷单位提出了评估的深度和粗糙度铣操作,分别。铣削深度由深表示铣床切成的沥青路面铣谷单位。纹理深度表示的最大深度纹理铣山谷的单位。铣削山谷的铣削深度和纹理深度计算如下:(1)2400毫米×1000毫米扫描区域分割成四个街区(块1,2,3,4)沿横向剖面和构造一个铣削表面模型每一部分。接下来,将铣削表面模型划分为若干600 mm×50 mm矩形部分(部分1、2、…沿纵向方向)和捕获中线激光横向剖面曲线代表曲线,如图5描述铣削条件下,每个部分的结构条件。(2)曲线的峰值提取算法在MATLAB软件,确定峰值点( )和槽点( 铣削的山谷在铣刀的1.5倍间距范围从代表曲线,如图5。接下来,代表曲线分割成几个铣谷单位(单位1,2,…,)的峰值点铣山谷。(3)图6说明了铣刀的铣削深度和纹理深度谷单元数据用于计算铣削深度铣削谷数量使用这个公式 和纹理深度铣削谷数量 (4)数据显示三维激光检测和精度设计和施工技术规范的超薄摩擦过程(DB 21 / T 1995 - 2012)(10),不合格的铣削区域可以根据设计铣削深度和理论特征的纹理深度相应的铣刀。不合格的铣削区域是那些铣削深度差异超过5%(天花板毫米)的设计铣削深度和纹理深度小于2毫米。考虑的可行性remilling不合格区域,不合格的铣削的地区也应大于5000毫米²。因此,总面积和nonacceptability不合标准的600毫米×1000毫米铣削在每一块计算。

4所示。案例研究

4.1。领域的网站

进行了实地测试一段高速公路上来说与连续低纵坡和沥青路面在西安附近。图7(一)显示了HD2000超级铣床(40毫米的铣刀间距)用于此操作。铣削路面如图7 (b)。沥青路面的上层AC-13;50毫米的深度是研磨修复车辙和裂缝的路面表面。现场试验旨在评估铣削表面的粗糙度和质地和激光扫描的可行性操作车辆系统常见的旅行速度。

与车辆时速45公里/小时,系统获得超过500万的3 d数据点从2400年宽度和1000毫米长与不合格的铣铣削区域描述路面表面的粗糙度和质地,如图8。图8(一个)显示了人行道上的铣削深度,测量区域的图像显示在图8 (b)。一个不合格的铣削区域在图像(图标记8 (b));总发生的损失,和粗糙度差。

4.2。测试结果和分析

图9显示了一个块的三维铣削模型和散点图的一个例子的铣削深度和纹理深度三个部分。20 50毫米长纵向部分13铣单元块1被认为是。图中的虚线代表关键接入线路的不合格的铣削操作:2毫米的纹理深度和−47毫米和−53毫米铣削深度。

的初步结果纹理深度和每一块的铣削深度,如图9,证明该方法可以准确地识别不合格的位置面积铣,可以计算的比例不合格区在整个研磨区。第三节,铣削深度单位6日7日和13超过−47毫米,单元6和7的纹理深度小于2毫米。节10号,所有的铣削深度,除了那些在单位10和11个,小于−53毫米。节18号,单位1到6的纹理深度小于2毫米。这种情况可能是由于原路面的韧性差;因此,铣削质量差,导致聚合和铣削表面不均匀的损失。

集成后的不合格的铣单元,不合格的铣削,如表所示2,由6部分不合格的地区1、3、7、13、14、18日和20;总面积是112550毫米²占18.7%的1块,面积是600000毫米²。最大的不合格的研磨面积是65450毫米²;这个区域必须由一个陈设铣床,确保表面的粗糙度。

图10显示3铣铣操作的块在不同的位置,显示不合格的铣削的分布在每个街区里是不同的。不合格的铣削区域块2是在中部地区从250毫米到450毫米的横向剖面;铣削深度小于设计范围。这一缺陷可能发生因为发情的研磨表面仍然存在,和韧性差的地区。不合格的铣削区域块3是在该地区从200毫米到500毫米的纵向剖面;铣削深度大于设计范围。这一缺陷可能是由于铣床的行驶速度比平常高,导致不完整的铣削刀具。块3中的不合格的铣削是分布在该地区大多数块除了从500毫米到700毫米的纵向剖面;铣削和纹理深度小于设计范围。这个缺陷可能发生因为路基沉降,铣削深度设计并没有足够的修复这痛苦。

表3列出了4块的铣削质量评估的结果。结果表明数量、面积和比例不合标准的铣削区域可以使用该方法来确定通过三维激光扫描技术;这些数据可以用于remilling。不合格的铣削沉降造成的痛苦,如块4的不合格的铣削区域,一样伟大的5898600毫米²,占总数的98.3%。然而,造成不合格的铣削发情的痛苦,如块1的不合格的铣削区域,措施215050毫米²,占总面积的35.8%,主要坐落在方向盘上的路径。铣床的行驶速度也是一个潜在的因素影响铣削的结果。

5。结论

解决现有研究的不足,以确定不合格的位置磨区,一个车载三维激光检测系统由长安大学被用来收集现场沥青研磨表面纹理数据,研磨表面的3 d模型,并提出了一种纹理深度和铣削深度分析和评估铣削质量。研究结果表明,(1)使用该激光扫描车辆系统、沥青路面铣削表面信息可以捕获通过高密度高精度激光点数据。系统还可以用来形成一个三维铣削表面模型,横向和纵向配置文件的间隔0.5毫米,使铣刀结构评估和计算的面积不合格的铣削;(2)提出了一种改进的方法来评估研磨表面连续使用3 d横向配置文件。利用铣削表面纹理模型,铣刀的铣削深度和纹理深度谷单位可以计算;这些数量是用来评估铣削表面的粗糙度和质地。案例研究的初步结果证明该方法的可行性。结果表明,铣刀的铣削深度和纹理深度谷单位可以精确计算,不合格的铣削区域的位置可以描述准确,从而提高铣削表面的可靠性评估;(3)案例研究结果表明,数量,总金额,和比例不合标准的铣削区域可以使用该方法确定基于三维激光扫描技术;这些数据可用于remilling。不合格的大面积铣经常引起的沉降影响,而造成不合格的铣削发情的痛苦主要坐落在轮路径。铣床的行驶速度也是一个潜在的因素影响铣削的结果。

数据可用性

复制这些结果所需的原始/处理数据不能共享这个时候由于法律或道德的原因,和数据也形成一个正在进行的研究的一部分。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

本文中描述的工作是由中国国家自然科学基金(没有。51508034),陕西省自然科学基金(没有。2017 jm5130),内蒙古自治区交通科技项目(没有。nj - 2015 - 31)。他们的支持和帮助。