大幅面线结构光机场跑道三维快速测量技术及装备
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世界航空客运和货运近年来都保持了5%以上的高速增长，航空运输已经成为经济发展的重要支撑。机场是航空运输的基础性服务设施，对飞机的安全起降有着无可替代的重要意义。据统计，北京首都机场每天早6点到晚9点，每3分钟起降一架次，而且还以每年10.9%速度增长。长时间，高密度的起降对跑道的维养提出了严峻挑战。
机场跑道是飞机起降的支撑载体，是飞机起降安全的重要保障。跑道材质一般采用水泥混凝土或沥青混凝土，为起降提供足够的摩擦力和快速排水，往往采用在跑道表面增加刻槽的方式提供摩擦力，刻槽参数如下表：
表 1民航机场刻槽标准
结构参数 | 设计指标 | 最大偏差 | 正常范围 | 轻度病害 | 中度病害 | 重度病害 |
刻槽深度 | 6 mm | -1 ~ 2 mm | 5 ~ 8mm | 4 ~ 10mm | 3 ~ 12mm | 2 ~ 14mm |
刻槽宽度 | 6 mm | -1 ~ 2 mm | 5 ~ 8mm | 4 ~ 10mm | 3 ~ 12mm | 2 ~ 14mm |
槽中心距 | 32 mm | -1 ~ 3 mm | 31~35mm | 30~38mm | 29~40mm | 28~42mm |
刻槽方向 | 横向刻槽 | ±0.5mm/m | ±0.5mm/m | ±1.0mm/m | ±1.5mm/m | ±2.0mm/m |
（参考标准：《民用机场飞行区技术标准》（MH5001-2013）、《民用基础水泥混凝土道面设计规范》（MH5004 -2009）、《民用机场水泥混凝土面层施工技术规模》（MH5006-2015））
从上表可知，跑道设计标准一般6*6平方毫米，刻槽允许偏差1-2毫米，显然，以人工方式难以检查和判断刻槽是否已经无法满足设计技术要求，需要借助高精度测量与检查方法。
跑道刻槽病害可以分为两大类，一类是刻槽生产过程中导致的漏刻，也就是某个范围没有刻槽；另外一类是由于跑道刻槽在运营服务过程中，由于外力、材料老化等原因会逐步产生病害，例如：磨耗、剥落、滑移、车辙、坑槽等。
（a）漏刻
（b）滑移
（c）车辙
（d）剥落
（e）磨耗
（f）裂缝
由于跑道测量作业时间短，要求精度高，大幅面高频线结构光测量方法是解决快速运动状态下高精度断面测量的最有效方法。相比于传统线结构光测量几十赫兹的测量频率，线扫描成像测量方法可以达到20kHz以上，测量精度达到0.05毫米，检测速度达到100公里/小时，完全满足刻槽毫米级别变化快速测量的需求。三维测量传感器由传感头和控制器两部分组成，可多个传感器组合使用。
线扫描三维测量传感器及道面三维装备
跑道刻槽病害具有典型三维变化特征，基于不同病害的不同三维可测量特征，建立刻槽检测样本库，采用机器学习方法，可以有效进行刻槽病害检测。
跑道刻槽病害检测流程
不同类型病害三维特征以及检测效果如下：
滑移
缺失
剥落
磨耗
跑道刻槽病害检测效果
深圳大学与武大卓越公司率先发明研制了高频线结构光扫描测量传感器，研制了三维检测装备，由刘先林院士、郑健龙院士和王复明院士组成的专家组一致认为：“达到国际领先水平”。当前，高精度跑道三维检测技术已经在香港国际机场、湖北省机场集团所属机场以及某军用机场跑道检测成功应用。
由深圳大学和武汉武大卓越有限责任公司组成的研发团队，在李清泉教授带领下，经过近10年攻关，突破了长距离高精度定位与维持、多传感器同步控制和高性能传感器的核心技术，研制了高端装备并工程化应用，达到国际领先水平，填补了国内空白。
作者：李清泉（liqq@szu.edu.cn）、曹民（13307100949@189.cn）、张德津（djzhang@whu.edu.cn）
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编辑 / 冯瀛 审核 / 裴家珍 游志龙
指导：万剑华教授