CN111737798B - 一种复合式路面砼板接缝传荷能力系数计算方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合式路面砼板接缝传荷能力系数计算方法及系统。该方法包括:根据发射信号和反射信号确定水泥砼板间的接缝;通过雷达检测定位系统获取位置信息;根据接缝以及位置信息生成白加黑复合式路面的水泥砼板接缝位置分布信息;通过弯沉检测定位系统接收并处理接缝位置分布信息,获得处理结果,并根据处理结果发送控制指令;根据控制指令,通过弯沉检测系统定位在接缝位置进行弯沉检测,获取接缝两侧的弯沉值;根据接缝两侧的弯沉值计算白加黑复合式路面中水泥砼板接缝的传荷能力系数。本发明可快速实现白加黑复合式路面砼板接缝传荷能力系数的检测评定。
Description
技术领域
本发明涉及砼板接缝传荷能力领域,特别是涉及一种复合式路面砼板接缝传荷能力系数计算方法及系统。
背景技术
20世纪90年代以来,我国为适应经济的高速发展,满足人们对出行舒适度的高要求,开始逐步在水泥混凝土路面表面加铺沥青罩面层,即白加黑复合式路面。以广东为代表的我国沿海发达省份对在水泥混凝土路面上加铺沥青罩面结构层的技术进行了大量尝试,在一定程度上有效地解决了水泥路面行车舒适性差的主要问题。白加黑复合式路面结构能提高路面承载能力,同时兼具了水泥路面和沥青路面的优点。原水泥路面提供稳定、坚实的基层,沥青罩面加铺层则提供摩阻系数高、平整度好的表面层。
长期以来,原水泥路面相邻砼板间接缝病害也导致白加黑复合式路面的反射裂缝频发,尤其在广东持续高温、潮湿多雨的气候环境和交通量大、重载车多的荷载环境下,白加黑复合式路面的反射裂缝问题更为严重。白加黑复合式路面的反射裂缝主要是由于原水泥路面砼板的接缝病害导致了沥青罩面底部出现疲劳开裂,裂缝逐步自下而上发展至表面形成贯穿反射裂缝。反射裂缝的问题,实质是白加黑复合式路面沥青罩面之下砼板接缝的问题。
对加铺沥青罩面后的白加黑复合式路面而言,沥青罩面结构层之下的原水泥路面砼板在大多数情况下依然充当主要的受力结构层,在交通荷载的作用下(特别是在超载比例超过40%的大交通流作用下),沥青罩面之下的砼板的病害会持续产生和发展,沥青罩面之下水泥砼板的接缝传荷能力也会持续降低,沥青罩面出现反射裂缝。由于白加黑复合式路面中原水泥路面相邻砼板之间的接缝被其上的沥青罩面结构层所覆盖,砼板接缝的准确位置无法确定。因此,采用现行的水泥路面砼板接缝传荷能力系数检测评价方法无法检测评定白加黑复合式路面沥青罩面之下原水泥路面相邻砼板间接缝的传荷能力系数。
发明内容
本发明的目的是提供一种复合式路面砼板接缝传荷能力系数计算方法及系统,快速实现白加黑复合式路面砼板接缝传荷能力系数的检测评定。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种复合式路面砼板接缝传荷能力系数计算方法,所述方法包括:
获取探地雷达检测系统、雷达检测定位系统、弯沉检测系统以及弯沉检测定位系统;
通过所述探地雷达检测系统对白加黑复合式路面进行检测,获取雷达的发射信号和反射信号;
根据所述发射信号和所述反射信号确定水泥砼板间的接缝;
通过所述雷达检测定位系统获取接缝的经纬度位置信息;
根据所述接缝以及所述经纬度位置信息生成所述白加黑复合式路面的水泥砼板接缝位置分布信息;
通过所述弯沉检测定位系统接收并处理所述接缝位置分布信息,获得处理结果,并根据所述处理结果发送控制指令;
根据所述控制指令,通过所述弯沉检测系统定位在接缝位置进行弯沉检测,获取接缝两侧的弯沉值;
根据所述接缝两侧的弯沉值计算白加黑复合式路面中水泥砼板接缝的传荷能力系数。
可选的,所述根据所述发射信号和所述反射信号确定水泥砼板间的接缝,具体包括:
根据所述发射信号和所述反射信号确定所述白加黑复合式路面内部的介质分布状况;
根据所述介质分布状况识别水泥砼板间的接缝。
可选的,所述弯沉检测系统为自动弯沉仪、落锤弯沉仪或激光动态弯沉仪。
可选的,当所述弯沉检测系统为自动弯沉仪或落锤弯沉仪时,白加黑复合式路面中水泥砼板接缝的传荷能力系数的计算公式为:
式中:Kj表示接缝传荷能力系数;wu表示未受荷砼板接缝边缘处的弯沉值;wl表示受荷砼板接缝边缘处的弯沉值。
可选的,当所述弯沉检测系统为激光动态弯沉仪时,根据所述接缝两侧的弯沉值计算白加黑复合式路面中水泥砼板接缝的传荷能力系数具体包括:
根据所述接缝两侧的弯沉值,拟合砼板两侧弯沉曲线;
计算所述砼板两侧弯沉曲线围成的面积;
根据所述面积计算白加黑复合式路面中水泥砼板接缝的传荷能力系数。
本发明还提供了一种复合式路面砼板接缝传荷能力系数计算系统,所述系统包括:
获取模块,用于获取探地雷达检测系统、雷达检测定位系统、弯沉检测系统以及弯沉检测定位系统;
路面检测模块,用于通过所述探地雷达检测系统对白加黑复合式路面进行检测,获取雷达的发射信号和反射信号;
接缝确定模块,用于根据所述发射信号和所述反射信号确定水泥砼板间的接缝;
位置信息获取模块,用于通过所述雷达检测定位系统获取接缝的经纬度位置信息;
接缝位置分布信息生成模块,用于根据所述接缝以及所述经纬度位置信息生成所述白加黑复合式路面的水泥砼板接缝位置分布信息;
处理模块,用于通过所述弯沉检测定位系统接收并处理所述接缝位置分布信息,获得处理结果,并根据所述处理结果发送控制指令;
弯沉检测模块,用于根据所述控制指令,通过所述弯沉检测系统定位在接缝位置进行弯沉检测,获取接缝两侧的弯沉值;
计算模块,用于根据所述接缝两侧的弯沉值计算白加黑复合式路面中水泥砼板接缝的传荷能力系数。
可选的,所述接缝确定模块具体包括:
介质分布状况确定单元,用于根据所述发射信号和所述反射信号确定所述白加黑复合式路面内部的介质分布状况;
识别单元,用于根据所述介质分布状况识别水泥砼板间的接缝。
可选的,所述弯沉检测系统为自动弯沉仪、落锤弯沉仪或激光动态弯沉仪。
可选的,当所述弯沉检测系统为自动弯沉仪或落锤弯沉仪时,白加黑复合式路面中水泥砼板接缝的传荷能力系数的计算公式为:
式中:Kj表示接缝传荷能力系数;wu表示未受荷砼板接缝边缘处的弯沉值;wl表示受荷砼板接缝边缘处的弯沉值。
可选的,当所述弯沉检测系统为激光动态弯沉仪时,计算模块具体包括:
拟合单元,用于根据所述接缝两侧的弯沉值,拟合砼板两侧弯沉曲线;
面积计算单元,用于计算所述砼板两侧弯沉曲线围成的面积;
传荷能力系数计算单元,用于根据所述面积计算白加黑复合式路面中水泥砼板接缝的传荷能力系数。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:本发明解决了白加黑复合式路面因原水泥路面砼板接缝被沥青罩面覆盖而无法确定其位置,进而无法采用现有方法检测和评定接缝传荷能力系数的弊端。本发明可快速实现白加黑复合式路面砼板接缝传荷能力系数的检测评定,以接缝两侧砼板的弯沉曲线特征(面积)为比较指标,对接缝两侧砼板的受力连续性具有更好的评价精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例复合式路面砼板接缝传荷能力系数计算方法的流程图;
图2为本发明实施例白加黑复合式路面内部的介质分布状况示意图;
图3为本发明实施例当弯沉检测系统为自动弯沉仪或落锤弯沉仪时进行检测的示意图;
图4为本发明实施例当弯沉检测系统为激光动态弯沉仪时进行检测的示意图;
图5为本发明实施例复合式路面砼板接缝传荷能力系数计算系统的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种复合式路面砼板接缝传荷能力系数计算方法及系统,快速实现白加黑复合式路面砼板接缝传荷能力系数的检测评定。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示,一种复合式路面砼板接缝传荷能力系数计算方法包括以下步骤:
步骤101:获取探地雷达检测系统、雷达检测定位系统、弯沉检测系统以及弯沉检测定位系统。探地雷达检测系统为3D-Radar,雷达检测定位系统为RTK,所述弯沉检测系统为自动弯沉仪、落锤弯沉仪或激光动态弯沉仪。
步骤102:通过所述探地雷达检测系统对白加黑复合式路面进行检测,获取雷达的发射信号和反射信号。
步骤103:根据所述发射信号和所述反射信号确定水泥砼板间的接缝。具体包括:
根据所述发射信号和所述反射信号确定所述白加黑复合式路面内部的介质分布状况;如图2所示,根据所述介质分布状况识别水泥砼板间的接缝。图2中,11表示检测路段砼板探地雷达电磁波反射信号,12表示检测路段其中一条砼板接缝探地雷达反射信号,13表示检测路段介质的位置信息。灰度区域为路面结构部分,几条白色的显著条带状信号为路面接缝。
步骤104:通过所述雷达检测定位系统获取接缝的经纬度位置信息。
步骤105:根据所述接缝以及所述经纬度位置信息生成所述白加黑复合式路面的水泥砼板接缝位置分布信息。
步骤106:通过所述弯沉检测定位系统接收并处理所述接缝位置分布信息,获得处理结果,并根据所述处理结果发送控制指令。接收的所述接缝位置分布信息通常以由经纬度位置信息构成的坐标图体现;弯沉检测定位系统采用距离(或桩号)位置信息。对所述接缝位置分布信息进行处理的过程是将所述经纬度位置信息和所述距离(或桩号)位置信息进行换算。
步骤107:根据所述控制指令,通过所述弯沉检测系统定位在接缝位置进行弯沉检测,获取接缝两侧的弯沉值。
步骤108:根据所述接缝两侧的弯沉值计算白加黑复合式路面中水泥砼板接缝的传荷能力系数。
图3为本发明实施例当弯沉检测系统为自动弯沉仪或落锤弯沉仪时进行检测的示意图。图3中,1表示接缝,2表示荷载施加点,3表示受荷砼板接缝边缘处弯沉传感器,4表示未受荷砼板接缝边缘处弯沉传感器,5表示沥青罩面层,6表示砼板,7表示路基。
如图3所示,当弯沉检测系统为自动弯沉仪或落锤弯沉仪等可一次检测出距荷载中心不同位置的多个弯沉值时,接缝传荷能力系数的计算方法为:
式中:Kj—接缝传荷能力系数;
wu—未受荷砼板接缝边缘处的弯沉值;
wl—受荷砼板接缝边缘处的弯沉值。
图4为本发明实施例当弯沉检测系统为激光动态弯沉仪时进行检测的示意图。图4中,8表示砼板接缝两侧长度为d的等间距弯沉值检测点位,9表示砼板左侧不同点位弯沉值曲线,10表示砼板右侧不同点位弯沉值曲线。
如图4所示,当弯沉检测系统为激光动态弯沉仪等仅能检测出荷载中心位置弯沉值时,接缝传荷能力系数的计算方法:
(1)弯沉检测定位系统给弯沉检测系统下达控制指令,弯沉检测系统在从接缝一侧移动到接缝另一侧的过程中,弯沉检测系统在接缝两侧各长为L的范围内,以长度d等间距采集弯沉数据。
(2)根据砼板接缝两侧长度为d的等间距检测弯沉值,拟合砼板两侧弯沉曲线,并计算砼板两侧弯沉曲线围成的面积S1、S2,其中弯沉值曲线的拟合函数可为:
y=a/(1+e-b(x-c))
式中:y—弯沉值,0.01mm,x为不同点位距接缝边缘的距离,单位m;a、b、c—拟合函数参数;
也可为:
y=nemx
式中:y—弯沉值,0.01mm,x为不同点位距接缝边缘的距离,m;m、n—拟合函数参数。
(3)根据下式计算砼板在接缝两侧受力的连续性,即砼板接缝传荷能力系数:
砼板一侧弯沉曲线与路表围成区域的面积按下式计算:
式中:S—砼板一侧弯沉曲线与路表围成区域的面积;
式中:Kjj—砼板接缝传荷能力系数,Kjj≤100%;
S1,S2—砼板两侧不同点位弯沉值的拟合曲线与路表面围成的区域面积,其中,S2的面积大于S1。
具体实施方案:
第一步,在探地雷达检测系统中同步加载雷达检测定位系统。
探地雷达检测系统为3D-Radar,雷达检测定位系统为RTK。
第二步,采用探地雷达检测系统对白加黑复合式路面进行检测,通过对雷达发射和反射的电磁波信号进行分析后,获取白加黑复合式路面内部的介质分布状况,并从中识别出水泥砼板间的接缝。
第三步,根据识别的水泥砼板接缝和雷达检测定位系统确定的经纬度位置信息,生成检测路段白加黑复合式路面的水泥砼板接缝位置分布信息。
据此,得到检测路段全部水泥砼板的接缝位置分布信息表如下:
接缝位置分布信息表
第四步,将确定的检测路段的接缝位置分布信息传送至弯沉检测系统的弯沉检测定位系统中,将经纬度位置信息转换成距离(或桩号)位置信息。
距离(或桩号)位置信息表
第五步,所述弯沉检测定位系统在接收和处理所述接缝位置分布信息后,得到所述距离(或桩号)位置信息,对弯沉检测系统下达控制指令,使弯沉检测系统准确定位在通过所述距离(或桩号)位置信息定位的接缝位置,并开始弯沉检测,获取接缝两侧的弯沉值。
自动弯沉仪或落锤弯沉仪检测接缝两侧弯沉值
激光动态弯沉仪检测接缝两侧弯沉值
拟合函数以指数函数y=nemx为例,砼板一侧弯沉曲线与路表围成区域面积计算公式为:
左侧弯沉曲线拟合函数参数及弯沉曲线与路面围成区域面积S1
右侧弯沉曲线拟合函数参数及弯沉曲线与路面围成区域面积S2
第六步,根据接缝两侧的弯沉值数据和接缝传荷能力计算规则,确定白加黑复合式路面中水泥砼板接缝的传荷能力系数。
自动弯沉/落锤弯沉仪检测数据计算的接缝传荷能力系数
根据激光动态弯沉检测数据确定的接缝两侧弯沉值曲线面积S1、S2,确定砼板接缝传荷能力系数:
采用激光动态弯沉仪按本专利检测评定的各接缝的接缝传荷能力系数与采用落锤弯沉仪按本专利检测评定的各接缝的接缝传荷能力系数非常接近。
如图5所示,本发明还提供了一种复合式路面砼板接缝传荷能力系数计算系统,所述系统包括:
获取模块501,用于获取探地雷达检测系统、雷达检测定位系统、弯沉检测系统以及弯沉检测定位系统。
路面检测模块502,用于通过所述探地雷达检测系统对白加黑复合式路面进行检测,获取雷达的发射信号和反射信号。
接缝确定模块503,用于根据所述发射信号和所述反射信号确定水泥砼板间的接缝。
所述接缝确定模块具体503包括:
介质分布状况确定单元,用于根据所述发射信号和所述反射信号确定所述白加黑复合式路面内部的介质分布状况;
识别单元,用于根据所述介质分布状况识别水泥砼板间的接缝。
位置信息获取模块504,用于通过所述雷达检测定位系统获取接缝的经纬度位置信息。
接缝位置分布信息生成模块505,用于根据所述接缝以及所述经纬度位置信息生成所述白加黑复合式路面的水泥砼板接缝位置分布信息。
处理模块506,用于通过所述弯沉检测定位系统接收并处理所述接缝位置分布信息,获得处理结果,并根据所述处理结果发送控制指令。所述弯沉检测系统为自动弯沉仪、落锤弯沉仪或激光动态弯沉仪。
弯沉检测模块507,用于根据所述控制指令,通过所述弯沉检测系统定位在接缝位置进行弯沉检测,获取接缝两侧的弯沉值。
计算模块508,用于根据所述接缝两侧的弯沉值计算白加黑复合式路面中水泥砼板接缝的传荷能力系数。
当所述弯沉检测系统为自动弯沉仪或落锤弯沉仪时,白加黑复合式路面中水泥砼板接缝的传荷能力系数的计算公式为:
式中:Kj表示接缝传荷能力系数;wu表示未受荷砼板接缝边缘处的弯沉值;wl表示受荷砼板接缝边缘处的弯沉值。
当所述弯沉检测系统为激光动态弯沉仪时,计算模块508具体包括:
拟合单元,用于根据所述接缝两侧的弯沉值,拟合砼板两侧弯沉曲线;
面积计算单元,用于计算所述砼板两侧弯沉曲线围成的面积;
传荷能力系数计算单元,用于根据所述面积计算白加黑复合式路面中水泥砼板接缝的传荷能力系数。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种复合式路面砼板接缝传荷能力系数计算方法,其特征在于,所述方法包括:
获取探地雷达检测系统、雷达检测定位系统、弯沉检测系统以及弯沉检测定位系统;
通过所述探地雷达检测系统对白加黑复合式路面进行检测,获取雷达的发射信号和反射信号;
根据所述发射信号和所述反射信号确定水泥砼板间的接缝;
通过所述雷达检测定位系统获取接缝的经纬度位置信息;
根据所述接缝以及所述经纬度位置信息生成所述白加黑复合式路面的水泥砼板接缝位置分布信息;
通过所述弯沉检测定位系统接收并处理所述接缝位置分布信息,获得处理结果,并根据所述处理结果发送控制指令;
根据所述控制指令,通过所述弯沉检测系统定位在接缝位置进行弯沉检测,获取接缝两侧的弯沉值;
根据所述接缝两侧的弯沉值计算白加黑复合式路面中水泥砼板接缝的传荷能力系数;
当所述弯沉检测系统为自动弯沉仪或落锤弯沉仪时,白加黑复合式路面中水泥砼板接缝的传荷能力系数的计算公式为:
式中:Kj表示接缝传荷能力系数;wu表示未受荷砼板接缝边缘处的弯沉值;wl表示受荷砼板接缝边缘处的弯沉值;
当所述弯沉检测系统为激光动态弯沉仪时,根据所述接缝两侧的弯沉值计算白加黑复合式路面中水泥砼板接缝的传荷能力系数,具体包括:
根据所述接缝两侧的弯沉值,拟合砼板两侧弯沉曲线;弯沉值曲线的拟合函数为:y=a/(1+e-b(x-c)),式中:y为弯沉值,0.01mm,x为不同点位距接缝边缘的距离,单位m;a、b、c为拟合函数参数;或者弯沉值曲线的拟合函数为:y=nemx,式中:y为弯沉值,0.01mm,x为不同点位距接缝边缘的距离,m;m、n为拟合函数参数;
计算所述砼板两侧弯沉曲线围成的面积;式中:S为砼板一侧弯沉曲线与路表围成区域的面积;
根据所述面积计算白加黑复合式路面中水泥砼板接缝的传荷能力系数;式中:Kjj为砼板接缝传荷能力系数,Kjj≤100%;S1,S2为砼板两侧不同点位弯沉值的拟合曲线与路表面围成的区域面积,其中,S2的面积大于S1。
2.根据权利要求1所述的复合式路面砼板接缝传荷能力系数计算方法,其特征在于,所述根据所述发射信号和所述反射信号确定水泥砼板间的接缝,具体包括:
根据所述发射信号和所述反射信号确定所述白加黑复合式路面内部的介质分布状况;
根据所述介质分布状况识别水泥砼板间的接缝。
3.根据权利要求1所述的复合式路面砼板接缝传荷能力系数计算方法,其特征在于,所述弯沉检测系统为自动弯沉仪、落锤弯沉仪或激光动态弯沉仪。
4.一种复合式路面砼板接缝传荷能力系数计算系统,其特征在于,所述系统包括:
获取模块,用于获取探地雷达检测系统、雷达检测定位系统、弯沉检测系统以及弯沉检测定位系统;
路面检测模块,用于通过所述探地雷达检测系统对白加黑复合式路面进行检测,获取雷达的发射信号和反射信号;
接缝确定模块,用于根据所述发射信号和所述反射信号确定水泥砼板间的接缝;
位置信息获取模块,用于通过所述雷达检测定位系统获取接缝的经纬度位置信息;
接缝位置分布信息生成模块,用于根据所述接缝以及所述经纬度位置信息生成所述白加黑复合式路面的水泥砼板接缝位置分布信息;
处理模块,用于通过所述弯沉检测定位系统接收并处理所述接缝位置分布信息,获得处理结果,并根据所述处理结果发送控制指令;
弯沉检测模块,用于根据所述控制指令,通过所述弯沉检测系统定位在接缝位置进行弯沉检测,获取接缝两侧的弯沉值;
计算模块,用于根据所述接缝两侧的弯沉值计算白加黑复合式路面中水泥砼板接缝的传荷能力系数;
当所述弯沉检测系统为自动弯沉仪或落锤弯沉仪时,白加黑复合式路面中水泥砼板接缝的传荷能力系数的计算公式为:
式中:Kj表示接缝传荷能力系数;wu表示未受荷砼板接缝边缘处的弯沉值;wl表示受荷砼板接缝边缘处的弯沉值;
当所述弯沉检测系统为激光动态弯沉仪时,根据所述接缝两侧的弯沉值计算白加黑复合式路面中水泥砼板接缝的传荷能力系数,具体包括:
根据所述接缝两侧的弯沉值,拟合砼板两侧弯沉曲线;弯沉值曲线的拟合函数为:y=a/(1+e-b(x-c)),式中:y为弯沉值,0.01mm,x为不同点位距接缝边缘的距离,单位m;a、b、c为拟合函数参数;或者弯沉值曲线的拟合函数为:y=nemx,式中:y为弯沉值,0.01mm,x为不同点位距接缝边缘的距离,m;m、n为拟合函数参数;
计算所述砼板两侧弯沉曲线围成的面积;式中:S为砼板一侧弯沉曲线与路表围成区域的面积;
根据所述面积计算白加黑复合式路面中水泥砼板接缝的传荷能力系数;式中:Kjj为砼板接缝传荷能力系数,Kjj≤100%;S1,S2为砼板两侧不同点位弯沉值的拟合曲线与路表面围成的区域面积,其中,S2的面积大于S1。
5.根据权利要求4所述的复合式路面砼板接缝传荷能力系数计算系统,其特征在于,所述接缝确定模块具体包括:
介质分布状况确定单元,用于根据所述发射信号和所述反射信号确定所述白加黑复合式路面内部的介质分布状况;
识别单元,用于根据所述介质分布状况识别水泥砼板间的接缝。
6.根据权利要求4所述的复合式路面砼板接缝传荷能力系数计算系统,其特征在于,所述弯沉检测系统为自动弯沉仪、落锤弯沉仪或激光动态弯沉仪。
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