CN111190177A - 一种沥青路面雷达振幅特征层间状况识别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种沥青路面雷达振幅特征层间状况识别方法，涉及沥青路面雷达检测数据处理方法领域。其技术方案要点如下：步骤1.采用探地雷达对路面进行无损检测，采集探地雷达数据；步骤2.对探地雷达数据进行滤波处理，去除探地雷达数据中的噪声、杂波以及混叠波信号；步骤3.计算滤波后的探地雷达数据中无病害处的平均振幅值；步骤4.计算面层与基层、上基层与下基层处的振幅与无病害处的平均振幅差异值；步骤5.对各层间振幅差异特征识别和提取，并对层间状况进行分级。本发明通过自动分析雷达图像，快速准确判断道路层间状况，可节省大量人力资源，能够有效解决现有探地雷达技术在沥青路面层间状况检测、分析方面的问题。

Description

一种沥青路面雷达振幅特征层间状况识别方法
技术领域
本发明涉及沥青路面雷达检测数据处理方法领域，具体涉及一种沥青路面雷达振幅特征层间状况识别方法。
背景技术
探地雷达作为一种高效、快速、连续、无损的路面检测设备，其应用技术的研究自八十年代以来一直是国际上的热门课题。目前的研究成果大多局限于路面结构层厚度、含水量、压实度、水泥板脱空等方面的检测。有关探地雷达在沥青路面结构层病害检测方面的研究不是很多，尤其是在沥青路面层间状况检测方面的研究更少，缺乏定性、定量的判别标准，往往是根据检测者的经验判断。而人工识别就需要投入大量的人力，同时对识别者的知识储备和经验都有很大的要求。
鉴于上述问题，本发明人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种沥青路面雷达振幅特征层间状况识别方法，使其更具有实用性。
发明内容
本发明的目的是提供一种沥青路面雷达振幅特征层间状况识别方法，快速准确判断道路层间状况，可节省大量人力资源，能够有效解决现有探地雷达技术在沥青路面层间状况检测、分析方面的问题。
本发明技术方案具体如下：
一种沥青路面雷达振幅特征层间状况识别方法，包括如下步骤：
步骤1.采用探地雷达对路面进行无损检测，采集探地雷达数据；
步骤2.对探地雷达数据进行滤波处理，去除探地雷达数据中的噪声、杂波以及混叠波信号；
步骤3.计算滤波后的探地雷达数据中无病害处的平均振幅值；
步骤4.计算面层与基层、上基层与下基层处的振幅与无病害处的平均振幅差异值；
步骤5.对各层间振幅差异特征识别和提取，并对层间状况进行分级。
进一步的，一种沥青路面雷达振幅特征层间状况识别方法，在步骤1中，根据目标体的深度及所需满足的探地雷达垂直分辨率和水平分辨率判断所使用的探地雷达天线的中心频率，其垂直分辨率和水平分辨率见下式：
Figure BDA0002351140630000021
Figure BDA0002351140630000022
其中：Δd、rf分别为探地雷达天线的垂直分辨率和水平分辨率；λ为介质中电磁波的波长；fc为探地雷达发射信号的频率；c为电磁波在空气中的传播速度；εr为介质的介电常数；μr为介质的磁导率。h为目标体的埋藏深度。
进一步的，一种沥青路面雷达振幅特征层间状况识别方法，在步骤2中，对雷达数据进行滤波处理过程中，利用雷达通用处理软件reflexw，将雷达数据进行背景去除、带通滤波、谱分析等步骤，去除原始信号中的噪声、杂波以及混叠波信号，将雷达数据导出为ASCII编码。
进一步的，一种沥青路面雷达振幅特征层间状况识别方法，在步骤3中，以1000米为一个计算单元，根据估测的无病害区域，以该区域内5m长的数据为界限，分别计算比对出面层与基层、上基层与下基层的振幅方差最小的区域，给出相应的面层与基层振幅平均值以及上基层与下基层的振幅平均值。
进一步的，一种沥青路面雷达振幅特征层间状况识别方法，在步骤4中，计算道路各位置处面层与基层、上基层与下基层处的振幅与无病害处的平均振幅差异值。
进一步的，一种沥青路面雷达振幅特征层间状况识别方法，在步骤5中，各层间振幅差异特征识别和提取，并对层间状况进行分级。
进一步的，一种沥青路面雷达振幅特征层间状况识别方法，其中，振幅差异值在0-1000之间为无病害，振幅差异值在1000-1500为空隙多病害，振幅差异值1500-2000为松散病害，振幅差异值大于2000为层间脱空病害。
进一步的，一种沥青路面雷达振幅特征层间状况识别方法，空隙多病害的处治方法，包括如下操作步骤：
S1.根据探地雷达的测试结果确定裂缝位置；
S2.清洁裂缝
S3.配制修补材料；
S4.利用注浆机将修补材料注入裂缝中，待养护完毕完成修补。
作为一种优选方案，修补材料按照重量份数计算，包括如下组分：聚丙二醇20～40份，聚乙二醇30～50份，溴化四丁基胺10～15份，二茂锰5～8份，二苯基甲烷二期氰酸酯20～25份，半乳聚糖10～15份，基质沥青40～50份和叠氮化钠5～10份。
其制备方法是：将聚丙二醇、聚乙二醇、溴化四丁基胺和二茂锰溶于水中反应后得到混合物A，将二苯基甲烷二异氰酸酯、半乳聚糖和叠氮化钠加入到混合物A中搅拌均匀，最后加入基质沥青搅拌均匀。其中叠氮化钠可在二苯基甲烷二异氰酸酯和半乳聚糖加入混合物A中搅拌3min后再加入，可防止叠氮化钠与溴化四丁基胺反应产生沉淀，影响修补材料的性能。二茂锰的加入能够催化溴化四丁基胺与二苯基甲烷二异氰酸酯的反应，捕获半乳聚糖后，固化过程中形成微膨胀，对裂缝有更好的填充作用，且在固化前，具有更好的流动性，能够渗透到细微的裂缝中，使空隙病害的修补更加完善和坚固。
进一步的，一种沥青路面雷达振幅特征层间状况识别方法，松散病害的处治包括如下操作步骤：
A1.根据探地雷达测试结果确定病害位置；
A2.根据探地雷达测试结果确定打注浆孔的位置并打下注浆孔；
A3.配制注浆材料；
A4.利用注浆机将注浆材料注入注浆孔中，待养护完毕完成修补。
作为一种优选方案，注浆材料按照重量份数计算，包括如下组分：稠油10～15份，氨基酸二羟基苯丙氯酸15～20份，增塑剂20～25份，粘结剂10～15份和基质沥青40～50份。其中，氨基酸二羟基苯丙氯酸是从贝类分泌的黏液中提取出的化合物，能够帮助贝类吸附在岩石上，因此氨基酸二羟基丙氯酸对集料具有很强的吸附能力，能够将松散的集料重新粘结在一起，对松散病害的处治具有很强的针对性，提高路面的抗压能力。
进一步的，一种沥青路面雷达振幅特征层间状况识别方法的处治方法，脱空病害包括如下操作步骤：
B1.根据探地雷达测试结果确定病害位置；
B2.根据探地雷达测试结果确定打注浆孔的位置并打下注浆孔；
B3.配制处治材料；
B4.利用注浆机将处治材料注入注浆孔中，待养护完毕完成修补。
作为一种优选方案，处治材料按照重量份数计算，包括如下组分：生物陶粒20～25份，聚氨酯乳液10～20份，十二烷基苯磺酸钠5～10份，双酚F20～30份，环氧树脂30～35份，稠油10～15份和基质沥青30～40份。针对脱空病害，生物陶粒具有常规集料的硬度的同时，在聚氨酯乳液的存在下能够在颗粒之间形成一定的粘结性，使集料之间的连接更加紧密，进而使处治材料固化后更加坚固和致密，针对脱空病害，能够有效填补塌陷，提高路面的抗压强度。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种沥青路面雷达振幅特征层间状况识别方法应用于沥青路面探地雷达检测数据分析上，可以识别出图像上的空隙多病害、松散病害与层间脱空病害，通过自动分析探地雷达面层与基层、上基层与下基层的振幅差异，快速准确判断出层间各病害区域，可节省大量人力资，能够有效解决现有探地雷达技术在沥青路面层间状况检测、分析方面的问题。
附图说明
图1雷达原始图像；
图2处理后的雷达图像。
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。
步骤1：对路面进行无损检测，采集探地雷达数据；
在步骤1中，在对路面进行无损检测，采集探地雷达数据时，需要根据检测目的选择合适的雷达天线、检测参数，布置合理的测线位置，对测距轮进行标定，在检测的同时，需要记录实际位置桩号，并对特殊位置，包括桥梁、涵洞、隧道等进行标注。图1为高速道路中采集的一段雷达原始数据图。
其中，根据目标体的深度及所需满足的探地雷达垂直分辨率和水平分辨率判断所使用的探地雷达天线的中心频率，其垂直分辨率和水平分辨率见下式：
Figure BDA0002351140630000061
Figure BDA0002351140630000062
其中：Δd、rf分别为探地雷达天线的垂直分辨率和水平分辨率；λ为介质中电磁波的波长；fc为探地雷达发射信号的频率；c为电磁波在空气中的传播速度；εr为介质的介电常数；μr为介质的磁导率。h为目标体的埋藏深度。
步骤2：对雷达数据进行滤波处理，去除雷达数据中的噪声、杂波以及混叠波信号，其图像如图2所示；
在步骤2中，对雷达数据进行滤波处理过程中，利用雷达通用处理软件reflexw，将雷达数据进行背景去除、带通滤波、谱分析等步骤，去除原始信号中的噪声、杂波以及混叠波等信号，将雷达数据导出为ASCII编码。
步骤3：计算滤波后的探地雷达数据中无病害处的平均振幅值；
在步骤3中，以1000米为一个计算单元，根据估测的无病害区域，以该区域内5m长的数据为界限，分别计算比对出面层与基层、上基层与下基层的振幅方差最小的区域，给出相应的面层与基层振幅平均值以及上基层与下基层的振幅平均值。对上述图像进行计算可得知其面层与基层的振幅平均值为975，上基层和下基层的振幅平均值为536。
步骤4：计算面层与基层、上基层与下基层处的振幅与无病害处的平均振幅差异值；
在步骤4中，将一个计算单元里中的面层与基层、上基层与下基层的振幅值减去该计算单元中对应的步骤3中求出的面层与基层振幅平均值以及双基层与下基层的振幅平均值，再取绝对值，即可得该计算单元中道路各位置处面层与基层、上基层与下基层处的振幅与无病害处的平均振幅差异值。经计算可得在186.2m至193.2m其面层与基层处的振幅与无病害处的平均振幅差异值均在1000-1500之间，194.96m至196.3m其上基层与下基层处的振幅与无病害处的平均振幅差异值均在1500-2000之间。
步骤5.各层间振幅差异特征识别和提取，并对层间状况进行分级。
在步骤5中，对上述步骤4中计算出的面层与基层、上基层与下基层的振幅差异特征识别和提取，并对层间状况进行分级。其中，振幅差异值在0-1000之间为无病害，振幅差异值在1000-1500为空隙多病害，振幅差异值1500-2000为松散病害，振幅差异值大于2000为层间脱空病害。因此，图2处理后的雷达图像可得出该段道路的病害为196.2m至193.2m为空隙多病害，194.96m至186.3m为层间脱空病害。
针对空隙多病害，其处治方法是：
S1.根据探地雷达的测试结果确定裂缝位置；
S2.清洁裂缝
S3.配制修补材料：按照重量份数计算，将40份聚丙二醇、聚乙二醇50份、溴化四丁基胺15份和二茂锰8份溶于水中反应后得到混合物A，将二苯基甲烷二异氰酸酯、半乳聚糖加入到混合物A中搅拌3min后加入叠氮化钠10份，最后加入50份基质沥青搅拌均匀。
S4.利用注浆机将修补材料注入裂缝中，待养护完毕完成修补。
针对松散病害，其处治方法是：
A1.根据探地雷达测试结果确定病害位置；
A2.根据探地雷达测试结果确定打注浆孔的位置并打下注浆孔；
A3.配制注浆材料：按照重量份数计算，将稠油10份，氨基酸二羟基苯丙氯酸15份，增塑剂20份，粘结剂10份和基质沥青40份混合，搅拌均匀；
A4.利用注浆机将注浆材料注入注浆孔中，待养护完毕完成修补。
针对脱空病害，其处治方法是：
B1.根据探地雷达测试结果确定病害位置；
B2.根据探地雷达测试结果确定打注浆孔的位置并打下注浆孔；
B3.配制处治材料，按照重量份数计算，将生物陶粒20份，聚氨酯乳液10份，十二烷基苯磺酸钠10份，双酚F 20份，环氧树脂30份，稠油10份和基质沥青30份混合搅拌均匀；
B4.利用注浆机将处治材料注入注浆孔中，待养护完毕完成修补。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种沥青路面雷达振幅特征层间状况识别方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1.采用探地雷达对路面进行无损检测，采集探地雷达数据；
步骤2.对探地雷达数据进行滤波处理，去除探地雷达数据中的噪声、杂波以及混叠波信号；
步骤3.计算滤波后的探地雷达数据中无病害处的平均振幅值；
步骤4.计算面层与基层、上基层与下基层处的振幅与无病害处的平均振幅差异值；
步骤5.对各层间振幅差异特征识别和提取，并对层间状况进行分级。
2.根据权利要求1所述的一种沥青路面雷达振幅特征层间状况识别方法，其特征在于，在步骤1中，根据目标体的深度及所需满足的探地雷达垂直分辨率和水平分辨率判断所使用的探地雷达天线的中心频率，其垂直分辨率和水平分辨率见下式：
Figure FDA0002351140620000011
Figure FDA0002351140620000012
其中：Δd、rf分别为探地雷达天线的垂直分辨率和水平分辨率；λ为介质中电磁波的波长；fc为探地雷达发射信号的频率；c为电磁波在空气中的传播速度；εr为介质的介电常数；μr为介质的磁导率。h为目标体的埋藏深度。
3.根据权利要求1所述的一种沥青路面雷达振幅特征层间状况识别方法，其特征在于，在步骤2中，对雷达数据进行滤波处理过程中，利用雷达通用处理软件reflexw，将雷达数据进行背景去除、带通滤波、谱分析步骤，去除原始信号中的噪声、杂波以及混叠波信号，将雷达数据导出为ASCII编码。
4.根据权利要求1所述的一种沥青路面雷达振幅特征层间状况识别方法，其特征在于，在步骤3中，以1000米为一个计算单元，根据估测的无病害区域，以该区域内5m长的数据为界限，分别计算比对出面层与基层、上基层与下基层的振幅方差最小的区域，给出相应的面层与基层振幅平均值以及上基层与下基层的振幅平均值。
5.根据权利要求1所述的一种沥青路面雷达振幅特征层间状况识别方法，其特征在于，在步骤4中，计算道路各位置处面层与基层、上基层与下基层处的振幅与无病害处的平均振幅差异值。
6.根据权利要求1所述的一种沥青路面雷达振幅特征层间状况识别方法，其特征在于，在步骤5中，各层间振幅差异特征识别和提取，并对层间状况进行分级。
7.根据权利要求6所述的一种沥青路面雷达振幅特征层间状况识别方法，其特征在于，其中，振幅差异值在0-1000之间为无病害，振幅差异值在1000-1500为空隙多病害，振幅差异值1500-2000为松散病害，振幅差异值大于2000为层间脱空病害。
8.根据权利要求7所述的一种沥青路面雷达振幅特征层间状况识别方法，其特征在于，所述空隙多病害的处治方法，包括如下操作步骤：
S1.根据探地雷达的测试结果确定裂缝位置；
S2.清洁裂缝
S3.配制修补材料；
S4.利用注浆机将修补材料注入裂缝中，待养护完毕完成修补。
9.根据权利要求7所述的一种沥青路面雷达振幅特征层间状况识别方法，其特征在于，所述松散病害的处治包括如下操作步骤：
A1.根据探地雷达测试结果确定病害位置；
A2.根据探地雷达测试结果确定打注浆孔的位置并打下注浆孔；
A3.配制注浆材料；
A4.利用注浆机将注浆材料注入注浆孔中，待养护完毕完成修补。
10.根据权利要求7所述的一种沥青路面雷达振幅特征层间状况识别方法，其特征在于，所述脱空病害的处治方法包括如下操作步骤：
B1.根据探地雷达测试结果确定病害位置；
B2.根据探地雷达测试结果确定打注浆孔的位置并打下注浆孔；
B3.配制注浆材料；
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