道路检测路面车辙深度指数RDI

人工测量
检测方法
超声波测距传感器技术
自动测量
点 激光测距传感器技术
线
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③. Measurement
三米直尺 法
——两个人把三米直尺固定在路面上， 第三个人测量三米直尺到车辙底部的 距离，一般情况下取样2~3处。这种 测量方法数据不够精确，故很少使用。
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③. Measurement
直尺法
——左图显示了用于大规模手动数据收集的车辙测量模块，该模块有16阶，增量为1.6毫米。 右图所示，数据收集器将块放置在直尺条下面的最大车辙位置处，并读取该块顶部的最小标记。 标记读数提供1.6毫米的车辙深度测量精度。与传统的尺子车辙测量相比，该模块提供了更快、 重复性更强的结果。
点激光器实物图
国际上常用13点激光测试仪
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③. Measurement
线激光测距传感器技术
——具体方法是: 线激光器将激光光束（激 光点+柱面透镜）投射到路表面，在表面上 形成由被测路面形状所调制的光条纹，利用 CCD摄像机采集经路面调制后的结构光条信 息，通过对变形的纹条纹图像进行处理与分 析，提取出光条中心线，即可获得车辙深度 曲线。（面阵相机和激光器组成的系统）
④ 体系结E构valuation
⑤ Control and Prevention
特点分析
⑥ Reference and Teamwork
05
②. Cause and classification
车辙破坏的主要原因
半刚性材料基层的强度和刚度都相当高，沥青路面的车 辙深度主要取决于沥青面层混合料的厚度和性质。
k
式中: m —— 基层模量 h —— 基层厚度 X —— 深度 Y —— 剪应力 a,b,λ,k 值见右表
parameters list 参数表
面层厚度 a /cm
12.0
4.10
16.5
3.80
22.0
2.50
30.0
1.60
b
λ
k
0.92
-1.31 -0.010
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CONTENTS
①
Basic introduction
② Cause and Classification
发展由来
③
Measurement
④ 体系结E构valuation
⑤ Control and Prevention
特点分析
⑥ Reference and Teamwork
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④. Evaluation
Rutting Depth Index
（路面车辙深度指数）
The fourth group 指导老师：李伟
01
CONTENTS
①
Basic introduction
② aCause and Classification
发展由来
③
Measurement
④ 体系结E构valuation
⑤ Control and Prevention
——经验法:经验法也可以看成是一种统计方法，出现时间很早，1986年Finn等人根据 AASHTO试验路的数据做过研究；长安大学付元坤提出了基于参数εp／Fn的车辙预估模型也 属于经验法。
——力学经验法：采用弹性或粘弹性层状体系理论计算应力、应变，结合试验，统计得出车 辙与材料特性、路面结构及荷载条件之间的关系。
——路面车辙深度直接反映了车辆行驶的舒适度及路面的安全性和 使用期限。路面车辙深度的检测能为决策者提供重要的信息，使决 策者能为路面的维修、养护及翻修等作出优化决策
03
CONTENTS
①
Basic introduction
② Cause and Classification
发展由来
③
Measurement
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③. Measurement
超声波测距传感器技术
超声波车辙测量系统由6个超声波测量系统阵列（UMSA）组成，共包含30个传感器，所有 UMSA上的全部传感器约每0.125秒发一次超声波，由于超声波的传输速度较慢，所以依托 于超声波传感器的车辙测量系统只能每隔2.5~5米采集一组数据，且每隔超声波测距传感器 的精度较低，易受外界影响，只适于工程应用。
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③. Measurement
点激光测距传感器技术
——点激光距离传感器能够精确测出某一个点的高度，一般 车辙测量系统中至少使用3个或5 个点激光传感器，就能够 测出车辙的深度。
——除了比超声波有更快的数据采集速率外，点激光传感器 还能沿着道路以最小10 毫米的间隔记录道路的横向轮廓。
——此类车辙自动测量仪是目前最为广泛使用的系统，它成 本较低、精度高(指激光传感器本身的测距精度高，并不等 价于系统测量的车辙深度精度也高)，使用也十分方便，成 本满足工程应用的需要，测距精度也决定了其有应用于科研 环境的潜力。
*采用控制变量法来确定分布规律
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④. Evaluation
连续型随机变量x概率密度函数f（x）符合
f（x）
x e a-1 -x b ba（a）
其中x≥0，a>0,b>0，（a） xa-1e-xdx
0
a为形状参数，不同的值可以产生不同形 状的曲线，b为单元的尺度。
通过大量计算发现沥青层剪应力沿深度方向分布的曲线形状变化很稳定，呈左右不对称的正 态分布。 曲线形状，符合伽马分布概率密度函数的变化情况，很好的反应剪应力沿深度的变化。
④ 体系结E构valuation
⑤ Control and Prevention
特点分析
⑥ Reference and Teamwork
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③. Measurement
随着我国经济的飞速发展，我国的公路系统也越来越发达，沥青公路 占总公路里程的比例也日益增加。我国早期建设的公路已经出现破损，其中 路面破损前期80%属于车辙病害，其破坏路容，危害交通安全。因此，在高 速公路飞速发展的今天，车辙检测对公路养护工作具有十分重要的意义，是 我国公路养护的重要课题。
路面结构有限元模型
通过配置轮胎大小，压强，轮距来模拟
真实路面的荷载
轮胎接地压强为0.7MPa，单轮传压面当 量圆直径为21.3cm的双圆均布荷载，将 单轮当量圆作用范围折算为等效轮压作 用范围为18．9*18．9 cm的正方形， 双轮中心距为32cm，两侧轮隙间距182 cm.
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④. Evaluation
有车辙与无车辙相机拍摄效果图
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③. Measurement
VRUT车辙测量系统
2009年，一个TxDOT团队设计并实施了一个名为VRUT的车辙测量系统， 它由高功率红外激光线投影机（线激光测距）和内置激光线图像处理功能的 高速3D数码相机组成。
TxDOT VRUT系统 带激光线绘图的VRUT后视图
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②. Cause and classification
结构型车 辙 ——产生原因：这类车辙主要是基层等路面结构层或路基强度不足，在交通
荷载反复作用下产生向下的永久变形，作用或反射于路面。
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②. Cause and classification
失稳型（流动型）车辙
——产生原因：绝大多数车辙是由于在交通荷载产生的剪应力的作用下，路 面层材料失稳，凹陷和横向位移形成的。
2）研究剪应力在深度方向分布规律
建立剪应力沿深度变化规律的数学模拟方程，如果将全部结构因素都考虑到，变量将会超过 十几个，操作不便．因此，参考规范JTG D50--2006（中国公路沥青路面设计规范），将一 些量取规范的定值。
定值：面层模量，底基层模量，底基层厚度，土基层模量。 变量：面层厚度，基层厚度，基层模量
特点分析
⑥ Reference and Teamwork
02
①. Basic introduction
——车辙是车辆在路面上行驶后留下的永久性的车轮的压痕。 过去， 人类广泛应用马车，在泥土路上走，由于土路较软，车过后路面就 有压痕，雨后，路面有泥水压痕更深。古人云:"前面有车，后面有 辙。"车走多了，路上留下两条平行的很深的车辙。
带激光照相机三角形的VRUT侧视图
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③. Measurement
VRUT系统原理
VRUT操作硬件图。在正常操作期间， 控制单元从距离测量仪表（DMI）接收车辆 速度信号 → 控制单元生成相机触发信号 → 相机拍摄完整的相机图像 →相机处理该图 像 → 转换为相机内部1536点的横向轮廓 → 发给主机进行后期处理
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④. Evaluation
*基于沥青层剪应力变化模型预估车辙深度（力学经验法）
建立路面模型 模拟路面荷载
确定剪应力在深 度方向分布规律
优化符合该规律 的数学函数模型
数学模型在计算 车辙时具体应用
编写车辙预 估软件
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④. Evaluation
1）建立路面模型&模拟路面荷载
The finite element model of pavement structure
—沥青质量的优劣直接影响到沥青路面的使用性能
—矿料质量的好坏直接影响到沥青混合料的强度
—沥青混合料的密实度或空气率对其抗车辙能力有显著影响
06
②. CauLeabharlann e and classification
影响车辙的其他因素：气候条件、车辆荷载重量、 车辆减速和急刹等。
RDl：下陷变形量 RD2：隆起变形量 RD ：总车辙量
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②. Cause and classification
车辙的主要类型
—磨耗型车辙 —结构型车辙 —失稳型车辙
08
②. Cause and classification
磨耗型车 辙 ——产生原因：在交通车辆轮胎磨耗和环境条件的综合作用下，路面磨损，
面层内集料颗粒逐渐脱落；在冬季路面铺撒防滑料(如：砂)时，磨损型车辙 会加速发展（东北地区尤为明显）。
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④. Evaluation
3）优化符合该规律的数学函数模型
更多因素作用条件下：由大量实验得出，在伽马分布概率密度函数中引入参数
r 0.12 5000 / m (1 h / 40)
可得：优化后的剪应力随深度变化数学模型为
y
( x / 3 λ r) e a-1 ( x / 3 r ) /(br ) (b r)a (a)
面层模量1500MPa， 厚度？
基层模量？ 厚度？
底基层模量350MPa， 厚度20cm 土基模量40Mpa
Pavement structure parameters 路面结构参数
（1）基层厚度不变 面层厚度和基层模量改变
（2）面层厚度不变 基层模量和基层厚度改变
（3）基层模量不变 面层厚度和基层厚度改变
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③. Measurement
3D表面视图。它提供了3D路面表面的彩虹色显示。彩虹色显示使用色差来显示3D图像映射 中每个图像像素的深度变化。VRUT深度测量的分辨率足够高，路面标记，路面接缝和路缘均 可在距离图像中进行区分。
（a）
（b）
.路面的3D视图：（a）路面标记的3D显示; （b）联合和路缘的3D显示
横向剖面由一组高度变化的深度数据和一条 路面反射率或亮度的激光强度数据组成。摄 像机内部沿行进方向累积多个配置文件以形 成数据图像帧。
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③. Measurement
VRUT用户界面
VRUT用户界面的屏幕截图。该界面由配置文 件窗口，图像窗口，路面窗口，车辙斗杆，参 数显示和用户控件组成。图像窗口显示具有标 记的车道条纹位置和其他检测到的特征的强度 图像。用户也可以选择在该窗口中显示距离图 像或3D路面图像。配置文件窗口显示整个图 像框架的平均轮廓，覆盖14.6米长的路面部分。
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③. Measurement
强度图像。由于强度图像呈现了路面表面的向下视觉效果，因此它主要提供有关表面特征的 信息，例如车道条纹，涂漆交通标记和密封裂缝。强度图像对于表面特征检测非常有用，因 为它表现出与路面表面视觉外观相同的信息。
从0到255像素灰度值的表面亮度的完整1,536点强度分布 样品通过4.3米的车道条纹检测强度图像：（a）轮迹带; （b）正常车道; （三）边缘和草地
车辙预估
——力学法：较早的力学法是1972年由Barksdale和Romain提出的弹性层状体系方法，其 核心是将路面分为若干亚层，然后按照线性或非线性弹性层状体系理论计算各个亚层的变形， 然后将其累加。1976年由Hills和Van De Loo提出的Shell车辙计算方法是目前力学法中应用 最广的方法之一。
measurement超声波测距传感器技术超声波车辙测量系统由6个超声波测量系统阵列umsa组成共包含30个传感器所有umsa上的全部传感器约每0125秒发一次超声波由于超声波的传输速度较慢所以依托于超声波传感器的车辙测量系统只能每隔255米采集一组数据且每隔超声波测距传感器的精度较低易受外界影响只适于工秳应用
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路面面层 材料磨损
沥青混泥土面层下的 一层或多层路面结构 层永久变形
路面沥青混泥土 材料被推至 轮迹的两侧
磨耗型车辙
沥青混泥土 基层
结构型车辙
失稳型车辙
底基层 地基
CONTENTS
①
Basic introduction
② Cause and Classification
发展由来
③
Measurement