CN107024411A - 一种沥青路面施工质量均匀性检测与评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种沥青路面施工质量均匀性检测与评价方法，采用图像采集装置采集检测路段表面的纹理图像，并钻取密度代表性芯样，通过对路表图像及芯样的CT图像进行处理，计算路表宏观构造宽度指标K、粗集料水平不均匀系数DH、竖向不均匀系数DV1和DV2，从路表及结构内部评价路面的集料分布均匀性，然后，采用无核密度仪PQI测试路面不同区域的密度，计算检测道内及道间密度重复性标准偏差Sr和SR、检测道内及道间密度一致性统计量k和h，并计算芯样CT图像的断面空隙数量均匀系数UCN和断面空隙率均匀系数UCR，从密度和空隙分布情况评价沥青路面的压实质量分布均匀性，本发明的方法解决了目前路面施工验收时缺乏沥青路面施工质量均匀性检测指标的问题。

Description

一种沥青路面施工质量均匀性检测与评价方法
技术领域
本发明属于沥青路面施工均匀性评价的应用领域，具体涉及一种沥青路面施工质量均匀性检测与评价方法。
背景技术
沥青混合料的施工质量均匀与否显著影响沥青路面的使用寿命和服务水平，沥青混合料的非均匀现象是导致沥青路面发生早期病害的主要原因之一。因此，在沥青路面施工时，需要有效地控制沥青混合料的非均匀现象。合理地检测与评价沥青路面的施工均匀性，是保证沥青路面施工质量的前提条件，但在我国沥青路面的验收环节并未将施工均匀性作为检测项目。目前，相关研究大多针对施工过程中沥青混合料的离析情况进行评价，而针对沥青路面实体工程施工均匀性的检测方法及评价标准等缺乏深入有效地研究。现行路面质量验收体系中缺乏反映沥青路面施工均匀性的检测指标，是目前沥青路面虽然各项检测指标符合规范要求，但病害依然出现的重要原因。因此，为保证沥青路面的施工质量，需要对沥青路面的施工质量均匀性进行合理评价。
根据沥青路面非均匀性的产生过程及形成特点，可将施工均匀性分为两类，一是集料分布均匀性，二是压实均匀性。其中，集料分布均匀性是沥青路面施工均匀性的重要方面，集料分布情况反映的是各档集料在混合料中的数量及位置分布，是沥青路面力学特性优劣的重要影响因素。压实非均匀性即沥青混合料的压实程度分布不均匀，造成压实不均匀的原因既有沥青混合料自身也有压实机械等的影响。从集料分布均匀性和压实质量均匀性方面着手，可以全面评价沥青路面的施工质量均匀性。
沥青路面的集料分布均匀性包括路表的集料和路面内部的集料分布均匀性两个方面。根据路面表面及结构内部集料的分布情况，可以更加合理的评价沥青路面的施工均匀性。密度可以反映沥青路面一定区域的总体施工质量，而空隙的组成特点及其分布情况可以反映路面一定区域内部的细观结构，二者分别从总体和局部方面表征沥青路面的压实质量均匀性。本发明分别从集料分布均匀性和压实质量均匀性着手，从路表及路面内部的集料分布情况、密度和空隙的分布情况出发，综合评价沥青路面的施工质量均匀性，可为沥青路面施工质量均匀性的检测与评价提供一定的参考依据。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种沥青路面施工质量均匀性检测与评价方法。
为了实现上述目的，本发明采取如下的技术方案：
包括以下步骤：
(1)采用自主开发的路表图像采集装置(PSIAD)，在检测路段上按照一定的间距采集沥青路面表面的纹理构造图像。
(2)将采集的二维路面图像转化成灰度图，采用阈值分割技术将灰度图转化为二值图像，并将二值图像骨架化，调用MATLAB函数计算二值图像中白色区域的面积和白色区域中心线的长度，并计算图像中白色区域的平均宽度K’，经过尺寸校准得到图像采集区域路表的宏观构造宽度K。
(3)根据建立的沥青路面表面集料离析程度的评价标准，判定各图像采集区域沥青路面的离析程度。计算检测路段上各图像采集区域宏观构造宽度K的平均值判定检测路段表面的总体集料离析程度。
(4)路面内部集料分布均匀性评价采用的芯样为检测路段的高、中、低密度代表性芯样，总量为10个，采用工业CT设备对代表性芯样进行断层扫描，扫描的间距为0.1mm。
(5)采用MATLAB图像处理软件，利用提出的改进的迭代式阈值分割算法对CT断层图像进行处理，可实现断层图像上粗集料颗粒的有效分割。将各代表性芯样的断层图像划分为四个对称的扇形区域，计算芯样内不同断层粗集料水平不均匀系数和竖向不均匀系数。
(6)计算检测路段上各代表性芯样粗集料水平和竖向不均匀系数的均值，将各代表性芯样的粗集料不均匀系数及其均值同路面内部集料分布均匀性评价标准相比较，判定检测路段内部的集料分布均匀性是否满足要求。
(7)设置无核密度仪PQI上公称最大粒径的范围、测试深度等参数，并在路面上随机钻取五个芯样完成PQI显示读数的标定。采用PQI按照一定的间距，分别采集检测路段上不同测试区域的密度数据。对检测路段上不同测试区域的密度数据进行统计分析，计算沥青路面密度分布均匀性的评价指标。
(8)确定沥青路面密度分布均匀的基准路段，根据基准路段的密度统计量，建立检测路段密度分布均匀性的评价标准。结合检测路段的密度分布均匀性评价标准，对各检测道的压实不均匀程度进行统计，判定检测路段的密度分布均匀性。
(9)计算检测路段密度代表性芯样CT图像的空隙分布均匀性评价指标。并对基准路段芯样的CT断层图像进行处理，计算空隙分布均匀性评价指标的均值作为检测路段空隙分布均匀性的评价标准。
(10)计算检测路段各代表性芯样空隙分布均匀性评价指标的平均值，将各代表性芯样的指标及其均值同基准路段相比较，判定检测路段内部的空隙分布均匀性是否满足要求。
进一步地，所述的步骤(1)中，自主开发的路表图像采集装置(PSIAD)是基于CCD相机和遮光暗箱的一种路表图像采集装置。检测路段沥青路面上图像采集的纵、横向间距分别为50m和1.5m。
进一步地，所述的步骤(2)中，尺寸校准是根据图像内校准尺的长度L对应的像素数量M，得到图像的像素当量ε＝L/M，换算得到沥青路面路表的宏观构造宽度K，单位0.1mm。
进一步地，所述的步骤(3)中，沥青路面表面集料离析程度的评价标准是通过室内模拟标准离析程度的沥青混合料板式试件，根据不同离析程度的平行板式试件表面宏观构造宽度的分布范围建立的，具体见表1所示。
表1基于K值的沥青路面集料离析评价标准0.1mm
进一步地，所述的步骤(4)中，高、中、低密度的代表性点位通过PQI无核密度仪检测，检测时PQI检测的纵、横向间距分别为50m和1.5m，同沥青路面路表图像采集时的间距一致。采用工业CT设备对路面芯样断层扫描的顺序为从上到下的方式。
进一步地，所述的步骤(5)中，改进的迭代式阈值分割算法是一种将环状分区和迭代式阈值分割相结合的自适应阈值分割算法。不同断层粗集料水平不均匀系数为DH，竖向不均匀系数为DV1和DV2。
进一步地，所述的步骤(6)中，检测路段路面内部集料分布均匀性评价标准为对温度控制良好、连续摊铺且碾压充分的基准路段上4个芯样的断层图像进行处理，计算芯样内不同断层粗集料水平不均匀系数的均值竖向不均匀系数DV1 *、DV2 *，并将4个芯样不均匀系数的均值作为检测路段路面内部集料分布均匀性的评价标准。
进一步地，所述的步骤(7)中，可以忽略路面温度差异对PQI检测结果的影响，为保证检测结果的可靠性，沥青层表面的含水量应小于8.3％，PQI的测试深度应设置为大于15mm。采用PQI按照横向间距1.5m，纵向间距50m的频率检测沥青路面的密度分布情况。
进一步地，所述的步骤(8)中，沥青路面密度分布均匀性的评价指标为检测道内密度重复性标准偏差Sr、检测道间密度重复性标准偏差SR、检测道内密度一致性统计量k和检测道间密度一致性统计量h。
进一步地，所述的步骤(9)中，基准路段的确定通过选择沥青混合料温度控制良好、连续摊铺且碾压充分的三段路面，分别计算三段路面密度数据的统计量Sr和SR，将Sr和SR均较小的路段作为基准路段。
进一步地，所述的步骤(8)中，检测路段密度分布均匀性的评价标准的建立通过计算基准路段的kcrit *、hcrit *值与各检测道ki *、hi *的均值k*、h*的差值，即Rk＝kcrit *-k*和Rh＝|hcrit *|-|h*|。根据基准路段的统计量k*、h*及Rk、Rh，将沥青路面的横、纵向压实不均匀划分为四种离析程度，见表2。
表2检测路段密度分布均匀性的评价标准
进一步地，所述的步骤(9)中，检测路段高、中、低密度代表性芯样的总量应不少于10个。另外，在沥青路面施工质量的检测与评定过程中，应根据检测路段的实际情况适当增加芯样的数量。
进一步地，所述的步骤(9)中，为消除两端切片扫描不完整的影响，舍弃芯样两端各5cm范围内的图像，选择中部范围内的CT断层图像作为研究对象。
进一步地，所述的步骤(9)中，芯样的空隙分布均匀性评价指标为断面空隙数量均匀系数UCN和断面空隙率均匀系数UCR，在基准路段上应随机钻取不少于4个芯样。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明分别从集料分布均匀性和压实质量均匀性着手，结合图像处理和微细观分析技术，从路表及路面内部的集料分布情况、密度和空隙的分布情况出发，综合评价沥青路面的施工质量均匀性，解决了目前路面施工验收时缺乏沥青路面施工质量均匀性检测指标的问题，可以有效评价沥青路面的施工质量，其优势主要体现以下几点：
(1)基于CCD相机和遮光暗箱开发了一种路表图像采集装置(PSIAD)，可以避免由于光照条件的影响给原始图像造成的信息误差。采用MATLAB自编函数计算路表图像的宏观构造宽度K，并建立基于K值的沥青路面表面集料分布均匀性评价标准。
(2)针对CT断层扫描图像“中间暗、四周亮”的特点，提出了一种环状分区和迭代式阈值分割相结合的自适应阈值分割算法，实现对CT图像中粗集料颗粒的良好分割。并提出的粗集料水平不均匀系数DH、和竖向不均匀系数DV1、DV2评价沥青路面内部的集料分布均匀性。
(3)采用密度分布情况和芯样内部的空隙分布情况分别从总体和局部方面表征沥青路面的施工质量均匀性，可为沥青路面压实均匀性的检测与评价提供一定的参考依据。
附图说明
图1为本发明中沥青路面路表图像采集装置的结构示意图。
图2为沥青路面路表图像采集装置中螺旋杆的结构示意图。
图3为本发明中沥青路面路表纹理构造的二值图像和骨架图像，其中，图3(a)为二值图像，图3(b)为骨架图像。
图4为本发明中CT断层图像中粗集料的分割效果。
图5为本发明中CT断层图像区域划分示意图。
其中：1-CCD相机，2--照射光源，(21，22，23)-LED灯，3-点光控制器，4-移动电源，5-遮光暗箱，51-顶部，52-侧面，53-下部，54-采像口，55-螺旋杆，(551，552)-螺孔，553-高度调节旋钮，56-万向轮，57-黑色吸光材料。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明分别从集料分布均匀性和压实质量均匀性着手，结合图像处理和微细观分析技术，从路表及路面内部的集料分布情况、密度和空隙的分布情况出发，综合评价沥青路面的施工质量均匀性。具体按如下步骤进行：
1、路表图像采集装置的开发及图像的采集
开发一种沥青路面路表图像采集装置(PSIAD)来统一图像采集时的光照条件，可以获取稳定性、效果均较好的路表纹理构造图像，在检测路段上按照纵、横向分别为50m和1.5m的间距采集路表的纹理构造图像。
如图1和图2所示，沥青路面路表图像采集装置的结构组成主要有：包括CCD相机1、照射光源2、点光控制器3、移动电源4和遮光暗箱5。所述CCD相机1采用单反相机，有效像素为1800万；所述照射光源2采用LED灯，共三个灯泡21、22和23；所述点光控制器3共两个控制器31和32可用于调节三个光源的功率，光源的功率调节范围设在0～3W之间；所述移动电源4采用普通蓄电池；所述遮光暗箱5为立方体箱子，顶部51和侧面52封闭，下部53未封闭，顶部51中心位置设有采像口54，用于放置CCD相机的镜头11。所述遮光暗箱主要用于CCD相机1和照射光源2的架设，遮光暗箱内一侧中间位置设有螺旋杆55。遮光暗箱底部53的四个角各安装一个万向轮56，遮光暗箱的内部均匀涂有黑色吸光材料57。通过遮光暗箱将沥青路面的图像采集区域同外界隔离，可以排除外界自然光对图像拍摄效果的干扰。
为便于CCD相机1伸入遮光暗箱5内部拍照，遮光暗箱顶部51中心位置采像口的尺寸设置为8cm×8cm。
遮光暗箱5内的两个对角分别固定LED灯21和22，第三个LED灯23安在遮光暗箱内一侧中间位置的螺旋杆55上。
螺旋杆55的高度为遮光暗箱5高度的一半，螺旋杆55的两端分别设置螺孔551和552用于固定螺旋杆，其中螺孔551设在遮光暗箱顶部51一侧中间位置，螺孔552设在螺孔551下方的遮光暗箱侧面52。
螺旋杆55的高度调节旋钮553设在螺孔551上端，采集图像时可根据实际需要通过传导螺旋传动将第三个光源23的位置调整至适当高度，使相机与光源灯在侧向顺光30°～45°范围内。
照射光源2的点光控制器3安在遮光暗箱顶部51，其中，对角位置的两个LED灯21和22通过点光控制器31控制，螺旋杆上的LED灯23通过点光控制器32控制，可实现对照射光源2亮度的调节。
本图像采集装置应用于试验的使用步骤如下：
(1)将遮光暗箱置于沥青路面图像采集区域上，使采像口位于图像采集区域的正上方；
(2)将LED灯的开关打开，调节螺旋杆上第三个LED灯的高度，使相机与光源灯在侧向顺光30°～45°范围内，以实现较佳的图像成像效果。
(3)将CCD相机的镜头从采像口伸入遮光暗箱内部，调试相机参数，确定出各自对应的最佳参数组合。
(4)采用相机采集该区域沥青路面表面的纹理构造图像。
(5)将遮光暗箱移至下一图像采集区域，采集路表的纹理构造图像。
(6)路表纹理构造图像的处理及评价参数的计算
2、路表纹理构造图像的处理及评价参数的计算
首先，将采集的二维路表图像转化成灰度图，采用阈值分割技术将灰度图转化为二值图像，并将二值图像骨架化，如图3所示。图3(a)中，白色区域代表路表下凹区域的分布形态，黑色区域代表路表的集料凸起区域。图3(b)中，白色细线为图3(a)中白色区域的骨架中心线，由白色区域最中间的像素点连接而成。
然后，计算二值图像中白色区域的面积和白色区域中心线的长度，单位为像素。接下来，计算图像中白色区域的平均宽度K’，K’为图中所有白色区域面积与中心线长度比值的均值。最后，根据图像内校准尺的长度L对应的像素数量M，得到图像的像素当量ε＝L/M，换算得到沥青路面路表的宏观构造宽度K，单位为0.1mm。
3、检测路段路表集料分布不均匀程度的判定
(1)路表集料离析程度评价标准的建立
采用轮碾法制备不同级配离析程度的AC-13、AC-20和AC-25沥青混合料的板式试件，通过对不同离析程度的AC-13、AC-20和AC-25车辙板进行图像采集，并进行图像处理计算其宏观构造宽度K值，建立基于K值的沥青路面表面不同集料离析程度的评价标准，见表1所示。
表1基于K值的沥青路面集料离析评价标准0.1mm
(2)路表集料分布不均匀程度的判定
根据表1中沥青路面表面集料离析程度的评价标准，判定各图像采集区域沥青路面的离析程度。计算检测路段上各图像采集区域宏观构造宽度K的平均值判定检测路段表面的总体集料离析程度。
4、代表性芯样的钻取及工业CT断层图像的扫描
利用无核密度仪PQI按照横向间距1.5m、纵向间距50m的频率测试检测路段的密度，按照比例确定检测路段高、中、低密度的代表性点位，总量为10个，并在代表性点位上钻取芯样作为检测路段的代表性芯样。然后，采用工业CT设备对代表性芯样进行断层扫描，扫描的间距为0.1mm。
5、工业CT断层图像的处理及集料分布参数的计算
(1)CT断层图像的处理
为改善沥青路面芯样CT断层图像的分割效果，针对CT图像中亮度不均匀的特点，提出了一种环状分区和迭代式阈值分割相结合的自适应阈值分割算法，并除去图像上等效直径为2.36mm以下的细集料颗粒，得到CT图像中集料颗粒的最终分割效果，如图4所示。
(2)CT图像上集料分布参数的计算
将各代表性芯样的断层图像划分为四个对称的扇形区域，如图5所示。对断层图像处理后，计算芯样内不同断层粗集料水平不均匀系数DH及其均值以评价路面内部粗集料在水平方向的分布均匀性；计算芯样内不同断层粗集料的竖向不均匀系数DV1、DV2，以评价路面内部粗集料分布数量和粗集料构成比例在竖直方向的变异情况。DH、DV1和DV2的计算公式分别见式1、式2和式3。
式中：ARi—断层图像上第i个区域的粗集料面积比；
—断层图像上不同区域粗集料面积比的均值；
n—断层图像上的区域数，这里为4。
式中：—第k个断层图像上不同区域粗集料面积比的均值；
—m个断层图像上不同区域的平均值；
m—芯样的断层图像数。
式中：SCAi—第i个断层图像上的粗集料构成比例；
—不同断层图像上粗集料构成比例的均值；
m—芯样内选取的断层图像数。
式中：ARD/2—断层图像上等效直径小于D/2的集料面积；
ARPCS—断层图像上等效直径小于第一控制筛孔的集料面积。
6、检测路段路面内部集料分布均匀性的评价
(1)检测路段路面内部集料分布均匀性评价标准的建立
对温度控制良好、连续摊铺且碾压充分的基准路段上4个芯样的断层图像进行处理，计算芯样内不同断层粗集料水平不均匀系数的均值竖向不均匀系数DV1 *、DV2 *，并将4个芯样不均匀系数的均值作为检测路段路面内部集料分布均匀性的评价标准。
(2)路面内部集料分布均匀性的评价
计算检测路段上各代表性芯样DV1、DV2的均值将各代表性芯样的DV1、DV2及其均值同路面内部集料分布均匀性评价标准相比较，判定检测路段内部的集料分布均匀性是否满足要求。
7、检测路段密度分布均匀性评价指标的计算
对检测路段上不同测试区域的密度数据进行统计分析，计算沥青路面密度分布均匀性的评价指标：检测道内密度重复性标准偏差Sr、检测道间密度重复性标准偏差SR、检测道内密度一致性统计量k和检测道间密度一致性统计量h，分别见公式1～5。
式中：S—检测道内密度标准偏差；
P—检测道数。
式中：Sxave—检测道间密度标准偏差；
Sr—检测道内密度重复性标准偏差；
n—检测道内检测点数。
其中，检测道间密度标准偏差Sxave
式中：—检测路段所有检测点的密度均值；
—第i检测道内密度均值；
p—检测道数。
k＝S/Sr (式4)
式中：S—检测道内密度标准偏差；
Sr—检测道内密度重复性标准偏差。
h＝d/Sxave (式5)
式中：d—检测道间偏差；
Sxave—检测道间密度标准偏差。
8、建立检测路段密度分布均匀性的评价标准
通过选择沥青混合料温度控制良好、连续摊铺且碾压充分的三段路面，分别计算三段路面密度数据的统计量Sr和SR，将Sr和SR均较小的路段作为基准路段。计算基准路面的k值、h值与临界值kcrit、hcrit，当各个检测道的k显著小于临界值kcrit且h显著小于hcrit时，将基准路段的密度统计量作为检测路段沥青路面压实均匀性的评价基准。临界值kcrit、hcrit的计算公式见式6～7。
式中：p—检测道数目；
F为F-F分布，F的值是根据第1自由度v1和第2自由度v2查F-F分布表求得，其中v1＝m-1,v2＝(p-1)(m-1)，m为各检测道内的检测点数，一般显著性水平取5％。
式中：p—检测道数；
t—t分布，t的值可根据自由度v查t分布表求得，其中v＝p-2，一般显著性水平取5％。
计算基准路段的kcrit *、hcrit *值与各检测道ki *、hi *的均值k*、h*的差值，即Rk＝kcrit *-k*和Rh＝|hcrit *|-|h*|。根据基准路段的统计量k*、h*及Rk、Rh，将沥青路面的横、纵向压实不均匀划分为四种离析程度，见表2。
表2检测路段密度分布均匀性的评价标准
9、检测路段密度分布均匀性的评价
根据表2中检测路段的密度分布均匀性评价标准，对沥青路面上各检测道的压实不均匀程度进行统计，判定检测路段的密度分布均匀性。
10、检测路段空隙分布均匀性评价指标的计算及评价标准的建立
(1)检测路段空隙分布均匀性评价指标的计算
选择检测路段密度代表性芯样中部范围内(两端各舍弃5cm)的CT断层图像作为研究对象，计算芯样CT图像的空隙分布均匀性评价指标：断面空隙数量均匀系数UCN和断面空隙率均匀系数UCR，分别见公式8～9。
式中：VNi—第i个断层图像上空隙的数量；
—芯样内部断层图像上空隙数量的平均值；
n—芯样内部的断层图像数。
式中：VR顶—芯样顶端断面的空隙率，即距顶部5cm处的断面；
VR底—芯样顶端断面的空隙率，即距底部5cm处的断面；
VR底—芯样中部断面的空隙率。
(2)检测路段空隙分布均匀性评价标准的建立
在基准路段上随机钻取4个芯样，进行工业CT断层扫描，对断层图像进行处理，计算空隙分布均匀性评价指标UCN和UCR，以各指标的均值作为检测路段空隙分布均匀性的评价标准。
11、检测路段空隙分布均匀性的评价
计算检测路段各代表性芯样空隙分布均匀性评价指标UCN、UCR的平均值，将各代表性芯样的指标UCN、UCR及其均值同基准路段相比较，判定检测路段内部的空隙分布均匀性是否满足要求。
下面以某高速公路沥青路面中面层为实施例，对本发明技术方案进行详细说明，但本发明的保护范围不局限于本实施例。
实施例1：沥青路面施工质量均匀性检测与评价方法，主要包括以下步骤：
(1)沥青路面集料分布均匀性检测，包括路表和路面内部两部分：
1)沥青路面路表集料分布均匀性检测
为评价沥青路面的集料分布均匀性，在某沥青路面中面层，选择长度约1000m检测路段A。采用路表图像采集装置采集检测路段表面的纹理构造图像，图像采集的纵、横向间距分别为50m和1.5m。采用MATLAB软件对采集的图像进行处理，并计算各测点区域的路表宏观构造宽度K，如表3所示。
表3检测路段路表的宏观构造宽度
根据表1中基于沥青路面路表宏观构造宽度K值的集料离析评价标准，统计表3中路面不同区域的K值，确定检测路段路表发生不同程度的集料离析的检测点位数量及比例见表4。
表4检测路段路表不同集料离析区域的比例
从表4可以看出，检测路段上路表未发生集料离析的区域占72.8％。路段上局部区域出现了不同程度的集料离析，在几种离析程度中，轻度粗集料离析区域占路段离析区域的50％左右，路段上重度粗集料离析区域所占的比例均最小。检测路段上不同区域的路表宏观构造宽度的均值为2.35，总体上属于路表集料离析评价标准中无离析的范畴。
2)沥青路面内部集料分布均匀性检测
利用无核密度仪PQI按照横向间距1.5m、纵向间距50m的频率测试检测路段A的密度，按照检测路段高、中、低密度的比例确定共10个代表性点位，并在代表性点位上钻取芯样。采用MATLAB软件对检测路段各代表性芯样的CT断层图像进行处理，并计算芯样内粗集料分布均匀性的评价指标。
检测路段芯样断层间粗集料水平不均匀系数的均值和竖向不均匀系数DV1、DV2见表5。
表5代表性芯样内部粗集料分布均匀性指标
同时，选择沥青混合料温度控制良好、连续摊铺且碾压充分的路面作为基准路段，采用MATLAB软件对基准路段4个芯样的断层图像进行处理。计算芯样内不同断层粗集料水平不均匀系数的均值不同断层粗集料的竖向不均匀系数DV1 *、DV2 *，不同芯样的DV1 *、DV2 *指标及其均值见表6。
表6基准路段芯样内部集料分布均匀性指标
将表5中检测路段代表性芯样内部的集料分布均匀性评价指标DV1和DV2及其均值同表6中路面内部集料分布均匀性评价标准进行比较，发现检测路段的均小于基准路段DV1 *、DV2 *的均值但检测路段的大于基准路段的均值说明检测路段内部粗集料在水平方向的分布均匀性较差，总体上已不能满足要求。进一步地，在检测路段的10个代表性芯样中，芯样3、4、5、6、7和10内粗集料的水平分布不均匀，芯样3、4、5、6和10内粗集料的竖向分布不均匀，可见检测路段A内部的集料分布均匀性并不能满足要求。
(2)沥青路面压实质量均匀性检测，包括密度和空隙分布均匀性两部分：
1)沥青路面密度分布均匀性检测
采用无核密度仪PQI按横向间距1.5m、纵向间距50m的方式检测路段A不同区域的密度。对不同测试区域的密度数据进行统计分析，结果见表7。
表7检测路段A的密度数据统计量
从表7中可以看出，路段A中检测道3和6的一致性统计量k值略大于临界值kcrit，表明检测道3和6的纵向压实均匀性较差，已不能满足要求。其他检测道的k均小于临界值kcrit，检测道的纵向压实均匀性较好。检测道1的一致性统计量h大于临界值hcrit，则判定检测道1的沥青路面横向施工离析现象比较严重，横向压实均匀性已不能满足要求。除检测道1外，其他检测道的h值均小于临界值hcrit，各检测道内未出现明显的横向离析现象，路面的横向压实均匀性均能满足要求。
选择沥青混合料温度控制良好、连续摊铺且碾压充分的三段路面，根据无核密度仪PQI的检测数据，分别计算三段路面密度数据的统计量Sr和SR，以Sr和SR均较小的路段作为基准路段，基准路段密度数据的统计量如表8所示。
表8基准路段密度数据的一致性统计量
根据表8中基准路段密度的统计量k*、h*及Rk、Rh，得到检测路段横、纵向压实离析程度划分标准，见表9。
表9检测路段纵、横向压实离析划分标准
将表7中检测路段各检测道的密度数据统计量k值和h值同表9中的压实离析程度划分标准进行比较，发现检测道3和6发生了轻度的纵向压实离析，纵向压实均匀性不佳，存在一定的隐患。其他检测道的纵向压实均匀性较好，未出现明显的纵向压实离析。检测道1内出现了轻度的横向压实离析，而其他检测道的横向压实均匀性较好。
2)沥青路面内部空隙分布均匀性检测
采用工业CT对芯样进行断层扫描，以芯样内部的空隙分布情况来评价检测路段沥青路面的空隙分布均匀性。检测路段A的代表性芯样内部空隙分布均匀性指标见表10。
表10路段A代表性芯样的空隙分布均匀性指标
在基准路段上随机钻取4个芯样，进行CT扫描，基准路段上空隙分布均匀性评价指标如表11所示。
表11基准路段芯样空隙分布均匀性指标
将表10中检测路段代表性芯样的空隙分布均匀性指标UCN、UCR及其均值同表11中基准路段芯样UCN *、UCR *的均值进行比较，发现芯样2、4、5、6、8和10的UCN大于说明这些芯样内不同断面的空隙数量分布不均匀，其他芯样内空隙数量分布均匀性能满足要求。而芯样1、3、4和10的UCR大于说明这些芯样内断面空隙率分布不均匀，其他芯样内断面空隙率的分布均匀性能满足要求。进一步地，检测路段的大于基准路段的检测路段的也接近于基准路段的可见检测路段A内的部空隙分布均匀性已不能满足要求。
综合以上分析，检测路段A的集料分布均匀性不佳，尤其是路面内部的集料分布均匀性已不能满足要求。同时，检测路段上不同区域的密度分布均匀性整体良好，但路面结构内部的空隙分布均匀性较差。
实施例2：沥青路面施工质量均匀性检测与评价方法，主要包括以下步骤：
(1)沥青路面集料分布均匀性检测，包括路表和路面内部两部分：
1)沥青路面路表集料分布均匀性检测
为评价沥青路面的集料分布均匀性，在某沥青路面中面层，选择长度约1000m检测路段B。采用路表图像采集装置采集检测路段表面的纹理构造图像，图像采集的纵、横向间距分别为50m和1.5m。采用MATLAB软件对采集的图像进行处理，并计算各测点区域的路表宏观构造宽度K，如表12所示。
表12检测路段路表的宏观构造宽度
根据表1中基于沥青路面路表宏观构造宽度K值的集料离析评价标准，统计表12中路面不同区域的K值，确定检测路段路表发生不同程度的集料离析的检测点位数量及比例见表13。
表13检测路段路表不同集料离析区域的比例
从表13可以看出，检测路段上不同区域宏观构造宽度的均值为2.34，介于2.20～2.40之间，该路段路表集料的分布总体上属于离析标准中无离析的范畴。但通过统计不同区域的K值发现，检测路段路表未发生集料离析的区域占81.4，发生集料离析的区域占18.6％。在发生离析的区域中，主要以轻度的粗集料离析为主，占检测路段的8.6％，重度的粗集料离析区域最少，整个路段上只有3处发生重度粗集料离析，占2.1％。细集料离析、中度粗集料离析区域的比例介于轻度和重度粗集料离析之间。
2)沥青路面内部集料分布均匀性检测
利用无核密度仪PQI按照横向间距1.5m、纵向间距50m的频率测试检测路段B的密度，按照检测路段高、中、低密度的比例确定共10个代表性点位，并在代表性点位上钻取芯样。采用MATLAB软件对检测路段各代表性芯样的CT断层图像进行处理，并计算芯样内粗集料分布均匀性的评价指标。
检测路段芯样断层间粗集料水平不均匀系数的均值和竖向不均匀系数DV1、DV2见表14。
表14代表性芯样内部粗集料分布均匀性指标
将表14中检测路段代表性芯样内部集料分布均匀性评价指标DV1和DV2及其均值同表6中路面内部集料分布均匀性评价标准进行比较，发现检测路段的均小于基准路段DV1 *、DV2 *的均值可见检测路段内部粗集料的分布均匀性总体上良好。进一步地，在检测路段的10个代表性芯样中，芯样3和10内粗集料的水平分布不均匀，芯样3、6和10内粗集料的竖向分布不均匀，可见检测路段局部区域内部的集料分布均匀性并不能满足要求。
(2)沥青路面压实质量均匀性检测，包括密度和空隙分布均匀性两部分：
1)沥青路面密度分布均匀性检测
采用无核密度仪PQI按横向间距1.5m、纵向间距50m的方式检测路段B不同区域的密度。对不同测试区域的密度数据进行统计分析，结果见表15。
表15检测路段B的密度数据统计量
从表15中可以看出，在路段B中，检测道1、3、5、6和7的k值均小于kcrit，检测道内沥青路面未出现明显的纵向离析现象；但检测道2的k值已超过临界值kcrit，可以判定检测道2内沥青路面的纵向施工离析比较严重。而检测道4的k值和kcrit比较接近，说明检测道4内沥青路面的纵向施工质量虽然能满足要求，但其压实均匀性不佳，给沥青路面的路用性能带来很大的隐患。
在路段B中，除检测道7的一致性统计量h大于临界值hcrit外，其他检测道的h值均小于临界值hcrit，说明检测道7中发生了严重的横向离析现象，路面的横向压实均匀性较差，而其他检测道沥青路面未出现明显的横向离析现象，路面的横向压实均匀性较好。
将表15中检测路段各检测道的密度数据统计量k值和h值同表9中的压实离析程度划分标准进行比较，发现检测道2发生了轻度的纵向压实离析，检测道4的k值已接近无离析的上限，纵向压实均匀性不佳，存在一定的隐患。其他检测道的纵向压实均匀性较好，未出现明显的纵向压实离析。检测道7内出现了轻度的横向压实离析，而其他检测道的横向压实均匀性较好。
2)沥青路面内部空隙分布均匀性检测
在路段B的代表性点位处钻取芯样，采用工业CT对芯样进行断层扫描，以芯样内部的空隙分布情况来评价检测路段沥青路面的空隙分布均匀性。检测路段B的代表性芯样内部空隙分布均匀性指标见表16。
表16路段B代表性芯样的空隙分布均匀性指标
将表16中检测路段代表性芯样的空隙分布均匀性指标UCN、UCR及其均值同表11中基准路段芯样UCN *、UCR *的均值进行比较，发现检测路段的 均小于基准路段的说明检测路段B内部空隙分布均匀性整体良好。进一步地，芯样8的UCN大于说明芯样8内不同断面的空隙数量分布不均匀。而芯样6和9的UCR大于说明这两个芯样内断面空隙率分布不均匀，可见检测路段B局部区域空隙分布均匀性不佳。
综上，检测路段B路面表面和结构内部的集料分布总体上均属于无离析范畴，仅少数局部区域路面的集料出现离析，可以认为检测路段A的集料分布均匀性良好。同时，检测路段B上压实质量均匀性整体良好，局部区域的密度和空隙分布均匀性不佳。

Claims (14)

1.一种沥青路面施工质量均匀性检测与评价方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)采用路表图像采集装置(PSIAD)，在检测路段上按照一定的间距采集沥青路面表面的纹理构造图像；
(2)将采集的二维路面图像转化成灰度图，采用阈值分割技术将灰度图转化为二值图像，并将二值图像骨架化，调用MATLAB函数计算二值图像中白色区域的面积和白色区域中心线的长度，并计算图像中白色区域的平均宽度K’，经过尺寸校准得到图像采集区域路表的宏观构造宽度K；
(3)根据建立的沥青路面表面集料离析程度的评价标准，判定各图像采集区域沥青路面的离析程度，计算检测路段上各图像采集区域宏观构造宽度K的平均值判定检测路段表面的总体集料离析程度；
(4)路面内部集料分布均匀性评价采用的芯样为检测路段的高、中、低密度代表性芯样，总量为10个，采用工业CT设备对代表性芯样进行断层扫描，扫描的间距为0.1mm；
(5)采用MATLAB图像处理软件，利用提出的改进的迭代式阈值分割算法对CT断层图像进行处理，可实现断层图像上粗集料颗粒的有效分割，将各代表性芯样的断层图像划分为四个对称的扇形区域，计算芯样内不同断层粗集料水平不均匀系数和竖向不均匀系数；
(6)计算检测路段上各代表性芯样粗集料水平和竖向不均匀系数的均值，将各代表性芯样的粗集料不均匀系数及其均值同路面内部集料分布均匀性评价标准相比较，判定检测路段内部的集料分布均匀性是否满足要求；
(7)设置无核密度仪PQI上公称最大粒径的范围、测试深度等参数，并在路面上随机钻取五个芯样完成PQI显示读数的标定，采用PQI按照一定的间距，分别采集检测路段上不同测试区域的密度数据，对检测路段上不同测试区域的密度数据进行统计分析，计算沥青路面密度分布均匀性的评价指标；
(8)确定沥青路面密度分布均匀的基准路段，根据基准路段的密度统计量，建立检测路段密度分布均匀性的评价标准，结合检测路段的密度分布均匀性评价标准，对各检测道的压实不均匀程度进行统计，判定检测路段的密度分布均匀性；
(9)计算检测路段密度代表性芯样CT图像的空隙分布均匀性评价指标，并对基准路段芯样的CT断层图像进行处理，计算空隙分布均匀性评价指标的均值作为检测路段空隙分布均匀性的评价标准；
(10)计算检测路段各代表性芯样空隙分布均匀性评价指标的平均值，将各代表性芯样的指标及其均值同基准路段相比较，判定检测路段内部的空隙分布均匀性是否满足要求。
2.根据权利要求1所述的一种沥青路面施工质量均匀性检测与评价方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，路表图像采集装置(PSIAD)是基于CCD相机和遮光暗箱的一种路表图像采集装置，包括CCD相机、照射光源、点光控制器、移动电源和遮光暗箱，检测路段沥青路面上图像采集的纵、横向间距分别为50m和1.5m。
3.根据权利要求1所述的一种沥青路面施工质量均匀性检测与评价方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，尺寸校准是根据图像内校准尺的长度L对应的像素数量M，得到图像的像素当量ε＝L/M，换算得到沥青路面路表的宏观构造宽度K，单位0.1mm。
4.根据权利要求1所述的一种沥青路面施工质量均匀性检测与评价方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，沥青路面表面集料离析程度的评价标准是通过室内模拟标准离析程度的沥青混合料板式试件，根据不同离析程度的平行板式试件表面宏观构造宽度的分布范围建立的，具体见表1所示。
表1 基于K值的沥青路面集料离析评价标准0.1mm
5.根据权利要求1所述的一种沥青路面施工质量均匀性检测与评价方法，其特征在于：所述的步骤(4)中，高、中、低密度的代表性点位通过PQI无核密度仪检测，检测时PQI检测的纵、横向间距分别为50m和1.5m，同沥青路面路表图像采集时的间距一致，采用工业CT设备对路面芯样断层扫描的顺序为从上到下的方式。
6.根据权利要求1所述的一种沥青路面施工质量均匀性检测与评价方法，其特征在于：所述的步骤(5)中，改进的迭代式阈值分割算法是一种将环状分区和迭代式阈值分割相结合的自适应阈值分割算法，不同断层粗集料水平不均匀系数为DH，竖向不均匀系数为DV1和DV2。
7.根据权利要求1所述的一种沥青路面施工质量均匀性检测与评价方法，其特征在于：所述的步骤(6)中，检测路段路面内部集料分布均匀性评价标准为对温度控制良好、连续摊铺且碾压充分的基准路段上4个芯样的断层图像进行处理，计算芯样内不同断层粗集料水平不均匀系数的均值竖向不均匀系数DV1 *、DV2 *，并将4个芯样不均匀系数的均值作为检测路段路面内部集料分布均匀性的评价标准。
8.根据权利要求1所述的一种沥青路面施工质量均匀性检测与评价方法，其特征在于：所述的步骤(7)中，可以忽略路面温度差异对PQI检测结果的影响，为保证检测结果的可靠性，沥青层表面的含水量应小于8.3％，PQI的测试深度应设置为大于15mm，采用PQI按照横向间距1.5m，纵向间距50m的频率检测沥青路面的密度分布情况。
9.根据权利要求1所述的一种沥青路面施工质量均匀性检测与评价方法，其特征在于：所述的步骤(7)中，沥青路面密度分布均匀性的评价指标为检测道内密度重复性标准偏差Sr、检测道间密度重复性标准偏差SR、检测道内密度一致性统计量k和检测道间密度一致性统计量h。
10.根据权利要求1所述的一种沥青路面施工质量均匀性检测与评价方法，其特征在于：所述的步骤(8)中，基准路段的确定通过选择沥青混合料温度控制良好、连续摊铺且碾压充分的三段路面，分别计算三段路面密度数据的统计量Sr和SR，将Sr和SR均较小的路段作为基准路段。
11.根据权利要求1所述的一种沥青路面施工质量均匀性检测与评价方法，其特征在于：所述的步骤(8)中，检测路段密度分布均匀性的评价标准的建立通过计算基准路段的kcrit *、hcrit *值与各检测道ki *、hi *的均值k*、h*的差值，即Rk＝kcrit *-k*和Rh＝|hcrit *|-|h*|；根据基准路段的统计量k*、h*及Rk、Rh，将沥青路面的横、纵向压实不均匀划分为四种离析程度，见表2。
表2 检测路段密度分布均匀性的评价标准
12.根据权利要求1所述的一种沥青路面施工质量均匀性检测与评价方法，其特征在于：所述的步骤(9)中，检测路段高、中、低密度代表性芯样的总量应不少于10个，另外，在沥青路面施工质量的检测与评定过程中，应根据检测路段的实际情况适当增加芯样的数量。
13.根据权利要求1所述的一种沥青路面施工质量均匀性检测与评价方法，其特征在于：所述的步骤(9)中，为消除两端切片扫描不完整的影响，舍弃芯样两端各5cm范围内的图像，选择中部范围内的CT断层图像作为研究对象。
14.根据权利要求1所述的一种沥青路面施工质量均匀性检测与评价方法，其特征在于：所述的步骤(9)中，芯样的空隙分布均匀性评价指标为断面空隙数量均匀系数UCN和断面空隙率均匀系数UCR，在基准路段上应随机钻取不少于4个芯样。
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