CN107835879A - 一种确定新建沥青路面质量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及确定沥青路面质量的方法，该方法包括以下步骤：a)提供并初始化被连接到包括与至少一个存储器(21A、21B)连接的至少一个处理器(20A、20B)的处理器装置(2)的至少一个传感器(1)，处理器装置用于结合沿着路面距离(X)的沥青路面(4)的生产而暂时地至少记录针对沥青路面(4)的整个宽度(W)的温度值(Tn)、时间(t)、和/或位置(X)；b)在分段(ΔX)内为P个分段范围(ΔX')扫描并记录P个单独的温度范围(TIn)；c)汇编分段(ΔX)中的沿着宽度(W)分布的温度范围(TIn)；d)确定平均温度范围(TIm)并存储在存储器(21)中，平均温度范围(TIm)表示分段(ΔX)的沿着宽度(W)分布的所汇编的P个温度范围(TIn)的平均温度范围(TIm)；e)重复步骤b)至d)直到生产所有路面距离(X)，其中存储器(21)中所存储的平均温度范围(TIm)由处理器(20A、20B)处理，处理器基于关系值(PDIn)确定路面距离(X)的质量值(V)，关系值与距离(X)的宽度方向上的平均温度范围(TIm)的分布相关。

Description

一种确定新建沥青路面质量的方法

技术领域

本发明涉及一种确定新铺设的沥青路面的质量的方法，并且优选地还用于预测新铺设的沥青路面的寿命。

在本文中，术语“沥青”意图表示由与沥青相粘合的矿料组成的混合物。

背景技术

在将沥青铺于表面时，均质性非常重要，因为它正是发起维护措施的最差部分。实际上，在室温下无法改善沥青路面的质量。热成像拍摄揭示了离析问题，这可能是由沥青厂、将沥青运出至路上的过程，或者从一批货车到另一批货车的转换相关的实际措施造成的。测量结果可用于对沥青厂或经修改的例行程序的改进。热成像测量的结果可为所执行的沥青铺设带来回报或减少的报酬。

US6122601(Swanson等)公开了压实材料密度测量和压实跟踪系统，即双构件系统以获得压实材料的均匀密度并追踪材料的压实。第一构件提供了自动化的、实时的压实密度计和用于测量压实材料密度的方法。第二构件提供了地理信息系统(GIS)，其用于跟踪特定地点的地表压实情况。本发明的两个构件组合提供了一个测量压实材料密度并记录每个密度测量位置的系统。本发明的构件可以用于多种压实操作，例如混凝土、路面、土壤、垃圾填埋场和沥青路面的碾压。

20世纪80年代中期在瑞典开发了CDS(压实文件系统)(地球动力压实文件系统，瑞典：GEODYN公司，1995年)。这个CDS提供了监测压实过程的概念系统。在这个系统中，操作员在操作压实机时手动输入压实数据。所有的记录，包括车道变更、方向变更、通过次数、层数目、以及开始或停止操作都必须手动输入。而且，没有传感器来识别移动压实设备的方向和位置，所以操作员必须遵循事先确定的移动路径。

自动化实时定位技术在过去几年里取得了极大的进步。目前，定位有激光和GPS这两种主要模式。激光定位是非常准确的(误差<10厘米)，但是，其由于需要放置多个作为接收器的激光目标而受到限制。GPS是基于卫星的技术，其相对来说比较便宜，但精度一般为3-5米，这对于本次研究是不够精确。通过使用差分GPS，精度提高到<1米，这仍然是不可接受的。但是，通过应用软件校正，GPS差分测量(GNSS)的精度可以达到<10cm。

此外，US2014/0308074(Rutz等人)公开了一种道路修整机，其具有可释放地固定到机器的一部分的热成像设备，用于记录铺装层的至少一个区域的地理参考热成像数据记录。热成像设备包括外壳，在外壳中布置有用于检测热成像数据记录的检测单元和用于检测用于热成像数据记录的空间相关数据记录的另外的检测单元。

在所有已知的方法中，都没有给出任何优选地可容易地与新铺设的沥青铺路的实际寿命相关的可靠的质量测量。

发明内容

根据本发明的目的是提供一种方法，其如权利要求1所述以可靠的方式可用于确定新生产的沥青路面的质量。

由于本发明，实现了一种方法，通过该方法，可实时处理扫描/记录的大量数据，并且对与质量有关的数据参数进行充分的比较，并且参数可以被进一步处理以建立容易用于确定质量的关系值(PDI)，优选地，该方法还能预测新生产的沥青路面的使用寿命。

根据本发明的其他优点和优选的实施方式将在下面对本发明的详细描述中进行描述，其不应被解释为对权利要求的范围具有任何限制作用。对于本领域普通技术人员显而易见的是，根据本发明的基本原理可以用于各种实际的方法步骤。

附图说明

下面将参考优选实施例和附图更详细地描述本发明，其中：

图1是根据本发明示意性示出的实施方式的装置的示意图，示出了道路修整机和优选的一组计算机装置。

图2显示了对于约2800米的新铺路面距离示出最高记录温度和最低记录温度以及时间的图表，

图3是图2的部分放大图，其仅呈现2米距离，

图4是示出沿着图3中的路面相同部分的宽度分布的所有平均温度区间的图，

图5对于参考图3和图4的部分路面呈现关系值PDI。

具体实施方式

在图1中示出了布置有传感器1的道路修整机3，用于在铺设沥青路面之后立即扫描沥青路面4的温度。传感器1优选具有测量IR辐射的线扫描器的形式。为了覆盖生产的路面的整个宽度W，需要将线扫描器1定位在足够高的水平面上以能够扫描整个宽度W。在优选的实施方式中，线扫描器1具有90°的记录窗口。因此，它以模拟方式从记录窗口一侧到另一侧扫描路面整个宽度W的温度。为了也能够扫描非常宽的路面4，扫描器1优选地具有允许定位在路面上方6米的附接装置。在优选的实施方式中，传感器1在高度方向上可调节地被附接以能够调节传感器1的垂直位置。扫描器具有转动以在扫描窗口(90°)内扫描的传感器机构，传感器机构通常将以约为每秒10-200转的速度转动。在一个优选的实施方式中，如下面将要使用的那样，使用20-60赫兹的频率，例如每秒40转。

扫描器1连接到第一处理器20A和第一存储器21A。对于扫描器1执行的每一转，第一处理器20A处理所扫描的温度值Tn并存储在存储器21A中，而扫描器1内的本地处理器(未示出)通常每一转记录在256-2048范围内的个数的值，在优选实施方式中记录512个值。第一处理器20A还连接到连续地测量道路修整机3随时间的距离的距离测量装置(未示出，例如轮)，和/或连接到连续记录道路修整机3的位置的GPS设备，和/或连接到速度测量设备或距离测量设备之类的一些。相应地，第一处理器20A还以几乎连续的方式被给予与道路修整机3的位置有关的数据，并且因此传感器1也以几乎连续的方式被给予与的道路修整机3位置有关的数据，以与每个记录的模拟温度区间Ti相关地存储该数据。因此，在第一存储器21A中精确地存储每个扫描的温度区间Ti及其位置，包括纵向(通过知道机器的精确位置)和横向(通过精确地记录不同温度值Tn被记录时所在的角度)的位置。

图2显示了呈现不同曲线图的图表。一个曲线图Tmax显示由传感器1测量的最高温度和第二温度曲线图Tmin显示由传感器1记录的最低温度，其中每个值与已扫描的整个距离的特定位置相关。此外，示出了表示从路面距离1的生产开始t1直到路面距离的生产结束t2的时间的曲线图。在图2中，这些数据与2800米的总距离相关，并且显示生产这2800米需要花费大约10小时，还显示沿着该距离的最高温度为大约163°以及最低温度为大约125°。

图3和图4示出了图2所示总距离的部分距离X，范围是从1236米到1238米，其中最高温度Tmax为约157°，最低温度约为150°。在优选的实施方案中，将每个距离X划分为分段ΔX，并且对于每个分段ΔX使用平均扫描温度区间Tim以用于进一步处理，由此当修整分段ΔX时将所有温度区间存储在第一存储器21A中并且由第一处理器201处理。在图4中示出了图片8，其表示每个分段ΔX的沿着路面4的宽度W分布的平均温度区间Tim。图片8中的灰色阴影与特定温度相关，如图片8右侧的一栏中呈现的温度标尺6-7所示。当与图片8中的灰色阴影相比较时，可以看到灰色阴影非常好地对应于上述温度范围，即在约150-157°的范围内的横向温度变化。

此外图1示出在第一处理器20A和第二处理器20B之间存在连接，该第二处理器20B连接到第二存储器21B。

在图4中示出了如图3所示的数据(至少暂时存储在第一存储器21A中)已经被传送到第二处理器20B和与其连接的第二存储器21B以进一步处理。对第一数据(如图3所示)的进一步处理是在对每个给定子分段ΔX根据与该子分段ΔX内的平均温度Tm之间的偏差来确定不同测量温度Tm的分布的基础上进行，在下文中将更详细地介绍。相应地，执行对所测量的温度范围Tim的划分，其中将整个范围划分为绝对子范围ΔTim。根据绝对子范围ΔTim与该子分段ΔX内的平均温度Tm相差多少，这些子范围ΔTim依次被分类到等级ΔKTm。最后，将所有的子范围ΔTim分类到相应的等级ΔKTm。如图4中的图片16和条15所示，每个等级ΔKTm已经被赋予其自己的第一线标记(line marking)，其中，如图3中那样强度范围或多或少呈现出持续的变化。图5示出了存在0水平，其表示在每个横向分段ΔX内与平均温度Tm一致的等级ΔKTm。这个等级被选为白色。在每个子区间ΔX内，在比平均温度Tm更高的方向上与平均温度Tm相差更大的等级ΔKTm由在条15的更靠上的区域处连续变暗的第一线标记来指示，而以相反的方式同样适用于表示比平均温度更低的温度且连续渐变至第二线标记的更暗的色调的等级。因此，图4中呈现的图片16示出了对于每个子分段ΔX，不同等级ΔKTm是如何沿宽度W分布的。

图5示出了曲线图RΣKT，其中图4中所有的数据已被汇编成图表，其呈现图3和图4的路面距离X的质量值。因此，已经总结了分类值ΔKTm的整个总体(population)，并且通过从所述汇编中切出所选择的总体值2Y来呈现适当的值，该值可以设置成与生产距离X的沥青的实际质量相关。因此，通过拿掉全及总体的选定数量，例如，5％，而仅仅使用总体中更接近总体的平均水平的剩余部分的那些值，则可以建立一个可靠的值，这里称为PDI。在优选实施方式中，该总体份额(share)值Y在1-4％的区间内，但是如果需要的话当然可以更小和更大。在所示的例子中，对于PDI所获得的值大约为4.6，这表示已检查的距离X的路面具有高质量。经验数据和测试已经表明，平均来讲，寿命达到预期寿命例如10年的路面的PDI大约为10。较低的值表示较高的质量，而高于10的值表示较差的质量，V。

在下文中，将参照示例来更详细地呈现不同的步骤。

当执行根据本发明的方法，即确定沥青路面4的选定部分X的质量时，该方法在优选实施方式中可以包括以下步骤：

a)将线扫描器1连接到处理器装置2，以在机器3开始移动，即开始制造沥青路面4时使线扫描器1准备好/处于待机。在一个优选实施方式中，处理器装置2包括布置在机器3处的第一本地处理器20A和存储器21A，以及第二远程处理器20B和存储器20A，例如，远程服务器单元20B/21B被连续地提供来自本地单元20A/21A的数据，例如，位置数据X'、时间t、速度等。在图3中，示出了所选择的部分X是图2所示的全部距离的一部分，即所选择的部分X从X'1(1236米)延伸至X'2(将近1238米)。因此，路面距离X约2米。

b)连续地使传感器1在预定分段ΔX内扫描并记录P个子分段ΔX'的P个单独的温度范围TIn。在已经执行的测试中，线扫描器1已被用作以40Hz操作的传感器1，并且每个子分段ΔX'被选择为对应于2秒(通常对应于约200mm)，这意味着P将等于80。因此80个随后扫描的模拟温度范围TIn将被存储在存储器21A中。

c)通过从存储器21A中检索所述分段ΔX的沿着所述宽度W分布的所述温度范围TIn并在处理器20A中处理它们，来汇编它们。

d)确定平均温度范围TIm(参见图3中的灰色阴影表面8)并存储在存储器21A中，该平均温度范围表示所述分段ΔX的沿着所述宽度W分布的所述P个所汇编的温度范围TIn的平均温度范围TIm。在优选的实施方式中，当处理器装置2包括第二远程处理器单元20B/21B，该数据在该处理的这个阶段被提供给第二远程处理器单元20B/21B，即在远程处理器单元20B/21B中存储每个汇编的平均值温度范围TIm以及其他所需的被提供的数据，即分段ΔX的位置等。在图3的右侧显示了从120℃垂直延伸至165℃的温度标尺6，该温度标尺还被转换成平行布置的灰度色标7，从最暗阴影(120℃)经过中央的中间阴影区域(145℃)延伸到最亮阴影(165℃)，并在中间区域渐变至彼此。因此，图片8呈现每个子值ΔTIm被给予与上述对应的特定灰度阴影。在图3中，这通过在示例分段ΔX内的位置X'处示出一个子值ΔTIm来示例，并且其灰度对应于大约157℃的温度TIm。

e)然后重复步骤b到d，直到生产了全部路面距离X，并且第二远程单元20B/21B存储了所有在图3中呈现的数据。

f)为每个所述平均温度范围TIm确定温度平均值Tm并进行存储，所述温度平均值Tm优选地由远程单元20B/21B处理并存储在其中。

g)将每个平均温度范围TIm分成子值ΔTIm，将每个子值ΔTIm分类成子等级ΔKTn，并且存储每个子值ΔTIm的位置X'、ΔW和子等级ΔKTn，其中，所有子等级涵盖每个分段ΔX的温度的整个范围TIm。

h)对于每一个分段ΔX，确定每个子值ΔTIm的、相对于平均温度Tm的相对距离R并进行存储，优选以百分比表示。在图5中，存在从-1垂直延伸至+1以表示相对距离R的标尺9，其还被转换成平行布置的标尺15，标尺15从第二线标志的高强度延伸(例如，在图5中代表-1)经过白色的中心零点(0相当于平均温度Tm)延伸到第一线标记的高强度(例如，在图5中代表+1)，并且在中间区域中渐变至彼此。这在图5中通过示出与图4中相同的子值ΔKTm来示例，子值ΔKTm的标记(低强度第二线标记)对应于约-0.2°的相对距离R。当将所有存储的数据呈现为图片16时，如图5所示，针对每个子值ΔTIm显示其从平均值温度Tm偏离多少、向哪个方向偏离(更冷＝第二线标记，更热＝第一线标记)以及它的位置。由于质量与沿宽度W的温度分布非常相关，因此该图片16给本领域普通技术人员关于所示沥青路面距离X的质量给出了非常有用的信息。对于本领域普通技术人员显而易见的是，短距离X(如图5中的2米)很可能呈现出相对小范围的相对距离R，即如图5所示的大约2，然而如果研究更大的距离，则很可能获得更大的范围(例如约5至15)。

对于任何人而言容易理解，现在可以通过确定所述路面距离X的质量值V来进一步确定质量。根据本发明的优选模式，这种质量值V取决于与所述路面距离X的宽度方向上的子值ΔTIm的分布相关的关系值PDIn，优选地进一步包括以下步骤：

i)对于路面距离X，根据每个子值ΔTIm的相对距离R，基于子等级ΔKΤn对所有子值ΔTIm的总体进行分类，并且为所述路面距离X确定每一个相对距离R处的子值ΔTIm的数量的相对比例RΣKT，优选以百分表达。

k)在路面距离X内从最低等级ΔKTmin到最高等级ΔKT max总计出累积相对比例RΣKT。如图5所示，这可被绘制成曲线图，其中在Y轴(0-100)上呈现累积的数值RΣKT，而在X轴(-15到+15)上呈现相对距离R。

l)确定总体份额值Y。

m)使用所述总体份额值Y以确定第一部分值YKT，所述第一部分值YKT构成所总计的累积相对份额RΣKT的较低部分值S1，并使用所述总体份额值Y确定第二部分值KT-YKT，所述第二部分值KT-YKT构成所总计的累积相对份额RΣKT的较高部分值S2。

n)确定所述较低部分值S1和所述较高部分值S2之间的PDI。如图5所示，得到约为3.2的PDI。

现在距离PDI可以容易地与经验上预定的相关距离PDIj进行比较，而条件是：如果PDI＝PDIj，则指示可接受的质量值Va，并且如果PDI<PDIj，则指示比所述可接受的质量值Va更好的质量值V。测试表明，在大多数情况下可以使用约为10的PDIj。因此，约为3.2的PDI表示非常高的质量。

为了使该方法更加精密，可进一步计算相对质量值Vr，其中Vr＝k PDIj-PDIn/PDIj，其中k表示所选择的乘数，以及正相对质量值Vr表示质量值V优于可接受的质量值Va，并且随着质量值Vr的增加，质量值越高，而负相对质量值Vr表示不可接受的相对质量值，并且质量越低，负值越高。

此外，通过将所述相对质量值Vr与平均寿命值Qa相关联，可以为所述距离X确定所述沥青路面的预期寿命值Q。

本发明不限于以上定义的内容，而是可以在权利要求的范围内变化。例如，显而易见的是，传感器1可以定位在另外的车辆上，即不是道路修整机器，例如，道路修整机后的滚筒。而且很明显，所使用的许多表达决不是限制性的，例如，关系值可以采用除了上面例举的格式以外的其他格式。

Claims (18)

1.一种确定沥青路面的质量的方法，所述方法包括以下步骤：

a)提供并初始化被连接到处理器装置(2)的至少一个传感器(1)，所述处理器装置包括连接到至少一个存储器(21A、21B)的至少一个处理器(20A、20B)，所述处理器装置用于结合沿着路面距离(X)的沥青路面(4)的生产而暂时地至少记录针对所述沥青路面的整个宽度(W)的温度值(Tn)、时间(t)和/或位置(X)；

b)在分段(ΔX)中为P个分段范围(ΔX’)扫描并记录P个单独的温度范围(TIn)；

c)汇编所述分段(ΔX)中的沿着所述宽度(W)分布的所述温度范围(TIn)；

d)确定平均温度范围(TIm)并将其存储在所述存储器(21)中，所述平均温度范围(TIm)表示所述分段(ΔX)的沿着所述宽度(W)分布的所汇编的P个所述温度范围(TIn)的平均温度范围(TIm)；以及

e)重复步骤b)至d)直到生产整个所述路面距离(X)，其中所述存储器(21)中所存储的平均温度范围(TIm)由所述处理器(20A、20B)处理，所述处理器基于关系值(PDIn)确定针对所述路面距离(X)的质量值(V)，所述关系值(PDIn)与所述路面距离(X)的宽度方向上的平均温度范围(TIm)的分布有关。

2.根据权利要求1所述的方法，其中对所述质量的确定包括以下步骤：

f)确定并存储每个所述平均温度范围(TIm)的温度平均值(Tm)；以及

g)确定并存储子值(ΔTIm)的相对于所述平均温度(Tm)的相对距离(R)，所述相对距离(R)优选以百分比表示，所述子值(ΔTIm)是通过将每个分段(ΔX)内的每个平均温度范围(TIn)分成所述子值(ΔTIm)而获得。

3.根据权利要求2所述的方法，其中对所述质量的确定还包括以下步骤：

h)针对所述路面距离(X)将所有子值(ΔTIm)的总体分类为等级(ΔKΤn)并为所述路面距离(X)确定每个相对距离(R)处的子值(ΔTIm)的数量的相对比例(RΣKT)，所述相对比例优选以百分比表示；

i)在所述路面距离(X)内从最低等级(ΔKTmin)到最高等级(ΔKTmax)总计出累积相对比例(RΣKT)；

j)确定总体份额值(Y)；

k)使用所述总体份额值(Y)以确定第一部分值(YKT)以及第二部分值(KT YKT)，所述第一部分值构成所总计的累积相对比例(RΣKT)的较低部分值(S1)，所述第二部分值构成所总计的累积相对比例(RΣKT)的较高部分值(S2)；

n)确定所述较低部分值(S1)和所述较高部分值(S2)之间的距离(PDI)；以及

o)将所述距离(PDI)与经验上预定的相关距离(PDIj)比较，其中，如果所述距离(PDI)＝所述相关距离(PDIj)，则指示可接受的质量值(Va)，并且如果所述距离(PDI)<所述相关距离(PDIj)，则指示比所述可接受的质量值(Va)更好的质量值(V)。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括计算相对质量值(Vr)，其中Vr＝k(PDIj-PDI)/PDIj，其中k表示所选的乘数，并且正相对质量值(Vr)表示质量值(V)优于所述可接受的质量值(Va)，并且随着相对质量值(Vr)的增加，质量值越高，而负相对质量值(Vr)表示不可接受的相对质量值，并且质量越低，负值越高。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，还包括确定所述沥青路面的预期寿命值(Q)，并且通过将所述相对质量值(Vr)与平均寿命值(Qa)相关联，为所述路面距离(X)确定寿命值(Qn)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述分段(ΔX')在50mm至600mm的范围内，优选100mm至300mm。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中在所述分段(ΔX)内扫描和记录的单独的范围(ΔIn)的数量P在50和500之间，优选地60至200，更优选地70至100。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的方法，其中所述总体份额值(Y)在0.01至0.04的范围内，优选0.02至0.03。

9.根据权利要求3至7中任一项所述的方法，其中每个所述等级(ΔKTn)构成在所述分段(X)的所记录的平均温度范围(TIm)的0.0005至0.002的范围内的绝对范围值(ΔTI)。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述传感器(1)是布置成扫描所述温度范围(ΔIn)的红外线扫描器。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述传感器(1)包括转动构件，所述转动构件在特定的角度范围(α)内扫描IR值，所述角度范围(α)优选在60<α<120°的范围内，更优选80<α<100°的范围内。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其中所述传感器(1)布置在所述沥青路面的表面上方2-6m处。

13.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述传感器(1)是布置成扫描所述温度范围(TIn)的红外相机。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中所述处理器装置(2)包括适于处理所述平均温度范围(TIm)的至少第一处理器(20A)和第一存储器(21A)、以及设置成确定关系值(PDIn)的第二处理器(20B)和第二存储器(21A)。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第二处理器(20B)和第二存储器(21A)构成服务器单元，所述服务器单元优选放置在相对于所述传感器(1)的远处。

16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，每个测量的位置由GPS接收器确定。

17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：

沥青路面压实后立即连续地测量所压实的沥青路面的密度并记录所述密度的数据。

18.根据权利要求17所述的方法，其中通过对所压实的沥青路面的表面温度的测量来对所述密度进行估计。