CN111893849A - 同步碎石封层碎石撒布量和沥青洒布量检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种同步碎石封层碎石撒布量和沥青洒布量检测方法及系统。该方法包括：获取待测工点的碎石封层表面图像；对碎石封层表面图像进行边缘检测，得到碎石颗粒的分布信息；确定待测工点处碎石的撒布参数；对碎石封层表面图像进行灰度转换，得到碎石封层表面灰度分布信息；基于朗伯体光照反射模型，根据碎石封层表面灰度分布信息，确定碎石颗粒的空间体积；根据待测工点的碎石表观密度，结合碎石颗粒的空间体积，确定待测工点处碎石封层中碎石的撒布量；根据待测工点处碎石和沥青的总用量，确定待测工点处碎石封层中沥青的洒布量。本发明可以实现对同步碎石封层的碎石撒布量和沥青洒布量进行检测，并提高检测精确度。

Description

同步碎石封层碎石撒布量和沥青洒布量检测方法及系统

技术领域

本发明涉及同步碎石封层检测领域，特别是涉及一种同步碎石封层碎石撒布量和沥青洒布量检测方法及系统。

背景技术

同步碎石封层是利用专用设备将改性热沥青粘结材料及具有一定规格的碎石材料，同步洒布在路面上，并通过适当碾压后，形成的单层沥青碎石功能层。

理想状态下，同步碎石封层的碎石颗粒应互不接触，以保证高温的沥青混合料可以嵌入到同步碎石封层表面的这些碎石颗粒的间隙中，在高温下封层中的改性沥青发生软化，并在胶轮碾压下向上流动，与沥青混合料的热沥青融合，并充分包裹封层碎石，封层碎石具有“锚定”功能，融合后的改性沥青具有“锚索”功能，从而使碎石封层与沥青结构层形成整体。同步碎石封层在沥青结构层与水稳结构层之间起着粘结功能层、刚柔过渡层、防水层及应力吸收层的作用。

同步碎石封层的施工质量影响路面整体受力及沥青面层的抗剪性能。同步碎石封层施工的主要控制指标包括热沥青用量、碎石用量及碎石覆盖率。对于材料用量的检测，透层、粘层施工中通常在工作面上放置或固定已知质量和面积的托盘或土工布，待乳化沥青洒布完后，通过称量托盘或土工布的质量增量，计算单位面积上乳化沥青的洒布量。传统的托盘和土工布法不适用于同步碎石封层碎石和沥青用量的检测，原因是碎石将同步撒布在热沥青上，无法分别称量碎石和沥青的质量。目前工程上还存在另外一种检测方法：根据沥青、碎石的使用总量及施工面积核算碎石和沥青用量，该方法存在局限性：①无法考虑重叠或遗漏施工的面积，核算用量存在较大偏差；②核算用量反映整体路段封层碎石和沥青的平均用量，无法反映局部路段的施工质量；③总量数据往往仅被承包人实际掌握，数据来源存在不可靠性。

发明内容

本发明的目的是提供一种同步碎石封层碎石撒布量和沥青洒布量检测方法及系统，以实现对同步碎石封层的碎石撒布量和沥青洒布量进行检测，并提高检测精确度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种同步碎石封层碎石撒布量和沥青洒布量检测方法，包括：

获取待测工点的碎石封层表面图像；所述碎石封层表面图像为同步碎石封层施工完成后且未采用胶轮碾压时采集的图像；

对所述碎石封层表面图像进行边缘检测，得到碎石颗粒的分布信息；

根据所述碎石颗粒的分布信息，确定所述待测工点处碎石的撒布参数；所述碎石的撒布参数包括：碎石颗粒的等效直径、碎石颗粒的最大主轴、碎石颗粒的最短主轴、碎石颗粒针片状比例、碎石覆盖率、不同尺寸范围内碎石颗粒的比例；

对所述碎石封层表面图像进行灰度转换，得到碎石封层表面灰度分布信息；

基于朗伯体光照反射模型，根据所述碎石封层表面灰度分布信息，确定碎石颗粒的空间体积；

根据所述待测工点的碎石表观密度，结合所述碎石颗粒的空间体积，确定所述待测工点处碎石封层中碎石的撒布量；

根据所述待测工点处碎石和沥青的总用量，结合所述待测工点处碎石封层中碎石的用量，确定所述待测工点处碎石封层中沥青的洒布量。

可选的，所述获取待测工点的碎石封层表面图像，具体包括：

在同步碎石封层施工完成后且未采用胶轮碾压时，采用移动图像采集终端设备对所述待测工点的碎石封层进行二维数字图像采集；所述移动图像采集终端设备的采集参数为：镜头距离碎石封层表面的高度为60厘米，采集模式为1倍聚焦模式，采集时间为15点-17点，采样频率为9样/1m²和10cm²/样。

可选的，所述对所述碎石封层表面图像进行边缘检测，得到碎石颗粒的分布信息，具体包括：

计算所述碎石封层表面图像的直方图；

以所述直方图的像素均值为阈值，对所述直方图进行二值化，得到二值化图像；所述直方图的像素均值为所述直方图的双峰峰顶处对应的像素值取平均得到的均值；

对所述二值化图像进行均值滤波，得到滤波图像；

采用sobel算子对所述滤波图像进行边缘检测，得到边缘矩阵；所述边缘矩阵表示每个碎石颗粒的轮廓信息。

可选的，所述根据所述碎石颗粒的分布信息，确定所述待测工点处碎石的撒布参数，具体包括：

对于第j个碎石颗粒，根据第j个碎石颗粒轮廓的每个顶点坐标，利用公式

计算图像中所述第j个碎石颗粒的面积；其中，A为第j个碎石颗粒的面积，N为第j个碎石颗粒的顶点个数，x_i为第j个碎石颗粒第i个顶点的横坐标，y_i为第j个碎石颗粒第i个顶点的纵坐标，x_i+1为第j个碎石颗粒第i+1个顶点的横坐标，y_i+1为第j个碎石颗粒第i+1个顶点的纵坐标；

根据所述第j个碎石颗粒的面积，利用公式

计算所述第j个碎石颗粒的等效直径；其中，d为所述第j个碎石颗粒的等效直径；

计算所述第j个碎石颗粒轮廓的任意两个顶点坐标之间的距离，将长度最大的主轴确定为所述第j个碎石颗粒的最大主轴，将长度最小的主轴确定为所述第j个碎石颗粒的最短主轴；

计算针片状碎石颗粒的数量与全部碎石颗粒数量的比值，得到碎石颗粒针片状比例；所述针片状碎石颗粒为最大主轴与最短主轴之比大于3的碎石颗粒；

利用公式

计算所述待测工点处的碎石覆盖率；其中，S为所述待测工点处的碎石覆盖率，Area_stone为所述待测工点处碎石封层表面图像中所有碎石颗粒的面积之和，Area_image为所述待测工点处碎石封层表面图像的面积；

利用公式

计算不同尺寸范围内碎石颗粒的比例；其中，R_du-dv为等效直径在[u,v]范围内的碎石颗粒的比例，C_du-dv为等效直径在[u,v]范围内的碎石颗粒的数量，C_image为所述待测工点处碎石封层中所有碎石颗粒的数量。

可选的，所述基于朗伯体光照反射模型，根据所述碎石封层表面灰度分布信息，确定碎石颗粒的空间体积，具体包括：

基于朗伯体光照反射模型，确定所述碎石颗粒的三维曲面函数；所述三维曲面函数的函数值为碎石颗粒的高度；

根据所述碎石颗粒的三维曲面函数，利用公式V＝∫∫[F(x,y)-F_min]dxdy确定碎石颗粒的空间体积；其中，V为碎石颗粒的空间体积；F(x,y)为碎石颗粒的三维曲面函数，表示碎石颗粒的高度；F_min为所述三维曲面函数的最小值；x表示碎石颗粒的横坐标，y表示碎石颗粒的纵坐标。

可选的，所述根据所述待测工点处碎石和沥青的总用量，结合所述待测工点处碎石封层中碎石的用量，确定所述待测工点处碎石封层中沥青的洒布量，具体包括：

根据托盘法和土工布法检测得到所述待测工点处碎石和沥青的总用量；

将所述待测工点处碎石和沥青的总用量与所述待测工点处碎石封层中碎石的用量做差，得到所述待测工点处碎石封层中沥青的洒布量。

本发明还提供一种同步碎石封层碎石撒布量和沥青洒布量检测系统，包括：

碎石封层表面图像获取模块，用于获取待测工点的碎石封层表面图像；所述碎石封层表面图像为同步碎石封层施工完成后且未采用胶轮碾压时采集的图像；

边缘检测模块，用于对所述碎石封层表面图像进行边缘检测，得到碎石颗粒的分布信息；

碎石撒布参数确定模块，用于根据所述碎石颗粒的分布信息，确定所述待测工点处碎石的撒布参数；所述碎石的撒布参数包括：碎石颗粒的等效直径、碎石颗粒的最大主轴、碎石颗粒的最短主轴、碎石颗粒针片状比例、碎石覆盖率、不同尺寸范围内碎石颗粒的比例；

灰度转换模块，用于对所述碎石封层表面图像进行灰度转换，得到碎石封层表面灰度分布信息；

空间体积确定模块，用于基于朗伯体光照反射模型，根据所述碎石封层表面灰度分布信息，确定碎石颗粒的空间体积；

碎石撒布量确定模块，用于根据所述待测工点的碎石表观密度，结合所述碎石颗粒的空间体积，确定所述待测工点处碎石封层中碎石的撒布量；

沥青洒布量确定模块，用于根据所述待测工点处碎石和沥青的总用量，结合所述待测工点处碎石封层中碎石的用量，确定所述待测工点处碎石封层中沥青的洒布量。

可选的，所述边缘检测模块具体包括：

直方图计算单元，用于计算所述碎石封层表面图像的直方图；

二值化单元，用于以所述直方图的像素均值为阈值，对所述直方图进行二值化，得到二值化图像；所述直方图的像素均值为所述直方图的双峰峰顶处对应的像素值取平均得到的均值；

均值滤波单元，用于对所述二值化图像进行均值滤波，得到滤波图像；

边缘检测单元，用于采用sobel算子对所述滤波图像进行边缘检测，得到边缘矩阵；所述边缘矩阵表示每个碎石颗粒的轮廓信息。

可选的，所述碎石撒布参数确定模块具体包括：

碎石面积计算单元，用于对于第j个碎石颗粒，根据第j个碎石颗粒轮廓的每个顶点坐标，利用公式

计算图像中所述第j个碎石颗粒的面积；其中，A为第j个碎石颗粒的面积，N为第j个碎石颗粒的顶点个数，x_i为第j个碎石颗粒第i个顶点的横坐标，y_i为第j个碎石颗粒第i个顶点的纵坐标，x_i+1为第j个碎石颗粒第i+1个顶点的横坐标，y_i+1为第j个碎石颗粒第i+1个顶点的纵坐标；

等效直径计算单元，用于根据所述第j个碎石颗粒的面积，利用公式

计算所述第j个碎石颗粒的等效直径；其中，d为所述第j个碎石颗粒的等效直径；

最大主轴和最短主轴计算单元，用于计算所述第j个碎石颗粒轮廓的任意两个顶点坐标之间的距离，将长度最大的主轴确定为所述第j个碎石颗粒的最大主轴，将长度最小的主轴确定为所述第j个碎石颗粒的最短主轴；

碎石颗粒针片状比例计算单元，用于计算针片状碎石颗粒的数量与全部碎石颗粒数量的比值，得到碎石颗粒针片状比例；所述针片状碎石颗粒为最大主轴与最短主轴之比大于3的碎石颗粒；

碎石覆盖率计算单元，用于利用公式

计算所述待测工点处的碎石覆盖率；其中，S为所述待测工点处的碎石覆盖率，Area_stone为所述待测工点处碎石封层表面图像中所有碎石颗粒的面积之和，Area_image为所述待测工点处碎石封层表面图像的面积；

碎石颗粒比例计算单元，用于利用公式

计算不同尺寸范围内碎石颗粒的比例；其中，R_du-dv为等效直径在[u,v]范围内的碎石颗粒的比例，C_du-dv为等效直径在[u,v]范围内的碎石颗粒的数量，C_image为所述待测工点处碎石封层中所有碎石颗粒的数量。

可选的，所述空间体积确定模块具体包括：

三维曲面函数确定单元，用于基于朗伯体光照反射模型，确定所述碎石颗粒的三维曲面函数；所述三维曲面函数的函数值为碎石颗粒的高度；

空间体积计算单元，用于根据所述碎石颗粒的三维曲面函数，利用公式V＝∫∫[F(x,y)-F_min]dxdy确定碎石颗粒的空间体积；其中，V为碎石颗粒的空间体积；F(x,y)为碎石颗粒的三维曲面函数，表示碎石颗粒的高度；F_min为所述三维曲面函数的最小值；x表示碎石颗粒的横坐标，y表示碎石颗粒的纵坐标。

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：

本发明可以实现对碎石封层施工后碎石用量和沥青用量的测量，测量过程同步、快速，测量结果具有较高的精确度。而且，本发明还可以实现对碎石覆盖率等撒布参数进行检测，为同步碎石封层的施工质量控制提供基础。

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为本发明同步碎石封层碎石撒布量和沥青洒布量检测方法的流程示意图；

图2为本发明同步碎石封层碎石撒布量和沥青洒布量检测系统的结构示意图。

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。

传统的托盘和土工布法不适用于同步碎石封层碎石和沥青用量的检测，原因是碎石将同步撒布在热沥青上，无法分别称量碎石和沥青的质量。对于同步碎石封层的碎石撒布设计一般要求为热沥青上碎石覆盖率达到60～70％，但在以往的施工中，由于缺乏有效的碎石覆盖率的检测方法，往往只能依据经验来判定碎石覆盖的状况，同步碎石封层的施工质量控制存在较大的主观性。

本发明的目的是提供一种同步碎石封层碎石撒布量和沥青洒布量检测方法及系统，以实现对碎石用量、沥青用量和碎石覆盖率等撒布参数的检测，提高检测的精确度。

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。

图1为本发明同步碎石封层碎石撒布量和沥青洒布量检测方法的流程示意图。如图1所示，本发明同步碎石封层碎石撒布量和沥青洒布量检测方法包括以下步骤：

步骤100：获取待测工点的碎石封层表面图像。碎石封层表面图像为同步碎石封层施工完成后且未采用胶轮碾压时采集的图像。本发明采用移动图像采集终端设备对待测工点的碎石封层进行二维数字图像采集。为减少碎石压入热沥青层，而导致碎石边缘失真的情况，碎石封层表面图像采集在完成同步碎石封层施工且采用胶轮碾压前进行，采集终端设备可以采用配备有4000万像素超感光徕卡镜头的设备，采集参数为：(1)镜头距离碎石封层表面的高度为60厘米；(2)采集模式为1倍聚焦模式；(3)采集时间为15点-17点，确保采集图像的质量不受阳光阴影的干扰；(4)采样频率为9样/1m²和10cm²/样。

步骤200：对碎石封层表面图像进行边缘检测，得到碎石颗粒的分布信息。具体过程如下：

Step1：计算所述碎石封层表面图像的直方图。碎石封层表面图像为二维数字图像，根据该数字图像，采用Matlab图像工具箱计算图像直方图，实现数字图像的二值化。

Step2：以所述直方图的像素均值为阈值，对所述直方图进行二值化，得到二值化图像。沥青和碎石图像的直方图呈现明显的双峰特征，由此可将双峰峰顶对应的像素值取平均，得到直方图的像素均值。然后以该像素均值为阈值，进一步进行数字图像的二值化操作。

Step3：对所述二值化图像进行均值滤波，得到滤波图像。例如，采用MATLAB中的滤波函数filter2对受噪声干扰的二值化图像进行均值滤波：

K1＝filter2(fspecial('average',3),I1)/255；

K1为滤波之后的图像矩阵，即滤波图像，上述滤波函数中3为模板尺寸。

fspecial函数用于创建预定义的滤波算子，其语法格式为：

fspecial(type)

fspecial(type,parameters)

参数type指定算子的类型，parameters指定相应的参数，参数parameters有两个，具体格式为：

fspecial('average',n)，type＝'average'，为均值滤波，参数n代表模版尺寸，用向量表示，默认值为[3,3]；

fspecial(type,parameters)，type＝'gaussian'，为高斯低通滤波器，sigma表示滤波器的标准差，单位为像素，默认值为0.5；

fspecial(type,parameters)，type＝'laplacian'，为拉普拉斯算子，参数parameters为alpha，用于控制拉普拉斯算子的形状，取值范围为[0,1]，默认值为0.2；

fspecial(type,parameters)，type＝'log'，为拉普拉斯高斯算子，sigma为滤波器的标准差，单位为像素，默认值为0.5；

fspecial(type,parameters)，type＝'prewitt'，为prewitt算子，用于边缘增强，无参数parameters；

fspecial(type,parameters)，type＝'sobel'，为sobel算子，用于边缘提取，无参数parameters；

fspecial(type,parameters)，type＝'unsharp'，为对比度增强滤波器，参数parameters为alpha，用于控制滤波器的形状，取值范围为[0,1]，默认值为0.2。

Step4：采用sobel算子对所述滤波图像进行边缘检测，得到边缘矩阵。所述边缘矩阵表示每个碎石颗粒的轮廓信息。为了在一幅图像f的(x,y)位置处寻找边缘的强度和方向，可以选择梯度作为分析的工具，梯度用▽_f表示，并用向量来定义：

其中，

为偏导数符号，该梯度向量指出了图像f在位置(x,y)处的最大变化率的方向，向量

的大小(长度)表示为M(x,y)，M(x,y)是梯度向量方向变化率的值，表示如下：

其中，g_x,g_y,M(x,y)都是与原图像f大小相同的图像，是x和y在f中的所有像素位置上变化时产生的。

梯度向量的方向为：

然后，可以采用MATLAB自带函数edge对图像img进行边缘检测。采用的边缘检测算子为Sobel，得到边缘矩阵BW1，即为图像中碎石颗粒的轮廓边缘的分布。

步骤300：根据碎石颗粒的分布信息，确定待测工点处碎石的撒布参数。碎石的撒布参数包括：碎石颗粒的等效直径、碎石颗粒的最大主轴、碎石颗粒的最短主轴、碎石颗粒针片状比例、碎石覆盖率、不同尺寸范围内碎石颗粒的比例。碎石颗粒在平面图上显示的结果是一个多边形的鼓包区域，在步骤200中已经得到每个碎石颗粒的轮廓，即每个碎石颗粒的轮廓为多边形，因此，根据碎石颗粒的轮廓可以进一步得到碎石的撒布参数。具体过程如下：

(1)碎石颗粒的等效直径

对于第j个碎石颗粒，根据第j个碎石颗粒轮廓的每个顶点坐标，利用公式

计算图像中所述第j个碎石颗粒的面积。其中，A为第j个碎石颗粒的面积，N为第j个碎石颗粒的顶点个数，x_i为第j个碎石颗粒第i个顶点的横坐标，y_i为第j个碎石颗粒第i个顶点的纵坐标，x_i+1为第j个碎石颗粒第i+1个顶点的横坐标，y_i+1为第j个碎石颗粒第i+1个顶点的纵坐标；第N个顶点即为第0个顶点，即第0个顶点的坐标(x₀,y₀)与第N个顶点的坐标(x_N,y_N)相同。

根据所述第j个碎石颗粒的面积，利用公式

计算所述第j个碎石颗粒的等效直径；其中，d为所述第j个碎石颗粒的等效直径。

利用上述方法可以计算得到每个碎石颗粒的等效直径。此外，还可以进一步计算得到每个碎石颗粒的中心坐标，实现对碎石颗粒的定位。碎石颗粒的中心坐标计算公式为：

式中，C_x为所述碎石颗粒中心的横坐标，C_y为所述碎石颗粒中心的纵坐标。

(2)碎石颗粒的最大主轴和最短主轴

将碎石颗粒轮廓的任意两个顶点连线，即为碎石颗粒的主轴。计算所述第j个碎石颗粒轮廓的任意两个顶点坐标之间的距离即每个主轴的长度，将长度最大的主轴确定为所述第j个碎石颗粒的最大主轴，将长度最小的主轴确定为所述第j个碎石颗粒的最短主轴。

(3)碎石颗粒针片状比例

计算针片状碎石颗粒的数量与全部碎石颗粒数量的比值，得到碎石颗粒针片状比例，公式为：

C_l1/l2＞3为针片状碎石颗粒的数量，针片状碎石颗粒为最大主轴与最短主轴之比大于3的碎石颗粒；C_image为全部碎石颗粒数量；R_l1/l2＞3为碎石颗粒针片状比例。计算结果如表1所示：

表1碎石颗粒针片状比例示意

(4)碎石覆盖率

利用公式

计算所述待测工点处的碎石覆盖率；其中，S为所述待测工点处的碎石覆盖率，Area_stone为所述待测工点处碎石封层表面图像中所有碎石颗粒的面积之和，Area_image为所述待测工点处碎石封层表面图像的面积。

(5)不同尺寸范围内碎石颗粒的比例

利用公式

计算不同尺寸范围内碎石颗粒的比例。其中，R_du-dv为等效直径在[u,v]范围内的碎石颗粒的比例，C_du-dv为等效直径在[u,v]范围内的碎石颗粒的数量，C_image为所述待测工点处碎石封层中所有碎石颗粒的数量。设定不同的直径尺寸范围，可以统计不同设定直径尺寸范围内碎石颗粒占全部碎石颗粒的比例。

不同待测工点处碎石的撒布参数统计结果如表2所示：

表2不同工点同步碎石封层表面碎石颗粒信息统计结果

步骤400：对碎石封层表面图像进行灰度转换，得到碎石封层表面灰度分布信息。碎石封层表面灰度分布信息采用像素点灰度值分布矩阵表示。

步骤500：基于朗伯体光照反射模型，根据碎石封层表面灰度分布信息，确定碎石颗粒的空间体积。具体过程如下：

基于朗伯体光照反射模型，确定所述碎石颗粒的三维曲面函数。根据物体的朗伯体光照反射模型，可知碎石颗粒表面各点灰度值的分布满足下式：

且碎石颗粒表面各点的法向量还满足下式：

η₁＝lsinβcosθ，η₂＝lsinβsinθ，η₃＝lcosβ

对上述公式联立求解，可以得到碎石颗粒的三维曲面函数Z＝F(x,y)，所述三维曲面函数的函数值Z为碎石颗粒的高度。具体的，

式中，以镜头坐标系为参考坐标，(x,y)为碎石封层表面灰度图像中的任意一点的二维坐标，其灰度值为E(x,y)；η₁，η₂，η₃为碎石颗粒表面各点法向量；η_s1、η_s2、η_s3为碎石颗粒表面各点反射光线的梯度；p，q为碎石颗粒表面各点表面梯度；β为碎石颗粒表面各点的表面倾角；θ为碎石颗粒表面各点的表面偏角；(-p_s，-q_s，1)为光源的方向向量；l为碎石颗粒表面各点法向量的模。

根据所述碎石颗粒的三维曲面函数，利用公式V＝∫∫[F(x,y)-F_min]dxdy确定碎石颗粒的空间体积；其中，V为碎石颗粒的空间体积；F(x,y)为碎石颗粒的三维曲面函数，表示碎石颗粒的高度，图像中任意一点的高度值可表示为Z_i＝F(x_i,y_i)；F_min为所述三维曲面函数的最小值；x表示碎石颗粒的横坐标，y表示碎石颗粒的纵坐标。

步骤600：根据待测工点的碎石表观密度，结合碎石颗粒的空间体积，确定待测工点处碎石封层中碎石的撒布量。同步碎石施工前，可以检测不同工点碎石的表观相对密度，然后根据每个待测工点碎石的表观相对密度及计算得到的空间体积，可计算得到该待测工点处碎石封层中碎石的用量，即碎石的撒布量。计算结果如表3所示：

表3碎石表观相对密度、空间体积及用量

步骤700：根据待测工点处碎石和沥青的总用量，结合待测工点处碎石封层中碎石的用量，确定待测工点处碎石封层中沥青的洒布量。在得到碎石颗粒的用量后，根据托盘法和土工布法检测得到的碎石+沥青的总用量，核减碎石的用量后，得到该待测工点处碎石封层中沥青的洒布量。

为了检验本发明方法的有效性，采用土工布法测量碎石和热沥青的总用量后，在室内进行燃烧，烧失热沥青和土工布后，计算剩余碎石颗粒的质量，即为碎石用量，并用总用量核减碎石用量后，得到沥青用量。室内试验法与本发明数字图像法得到结果的误差情况如表4所示：

表4不同工点同步碎石封层碎石和沥青用量

由此可知，沥青用量偏差±0.1kg/m²，碎石用量偏差±0.5kg/m²，本发明计算得到的沥青用量和碎石用量的偏差非常小。

基于上述同步碎石封层碎石撒布量和沥青洒布量检测方法，本发明还提供一种同步碎石封层碎石撒布量和沥青洒布量检测系统，图2为本发明同步碎石封层碎石撒布量和沥青洒布量检测系统的结构示意图。如图2所示，本发明同步碎石封层碎石撒布量和沥青洒布量检测系统包括以下结构：

碎石封层表面图像获取模块201，用于获取待测工点的碎石封层表面图像；所述碎石封层表面图像为同步碎石封层施工完成后且未采用胶轮碾压时采集的图像。

边缘检测模块202，用于对所述碎石封层表面图像进行边缘检测，得到碎石颗粒的分布信息。

碎石撒布参数确定模块203，用于根据所述碎石颗粒的分布信息，确定所述待测工点处碎石的撒布参数；所述碎石的撒布参数包括：碎石颗粒的等效直径、碎石颗粒的最大主轴、碎石颗粒的最短主轴、碎石颗粒针片状比例、碎石覆盖率、不同尺寸范围内碎石颗粒的比例。

灰度转换模块204，用于对所述碎石封层表面图像进行灰度转换，得到碎石封层表面灰度分布信息。

空间体积确定模块205，用于基于朗伯体光照反射模型，根据所述碎石封层表面灰度分布信息，确定碎石颗粒的空间体积。

碎石撒布量确定模块206，用于根据所述待测工点的碎石表观密度，结合所述碎石颗粒的空间体积，确定所述待测工点处碎石封层中碎石的撒布量。

沥青洒布量确定模块207，用于根据所述待测工点处碎石和沥青的总用量，结合所述待测工点处碎石封层中碎石的用量，确定所述待测工点处碎石封层中沥青的洒布量。

作为另一实施例，本发明同步碎石封层碎石撒布量和沥青洒布量检测系统中，所述边缘检测模块202具体包括：

直方图计算单元，用于计算所述碎石封层表面图像的直方图。

二值化单元，用于以所述直方图的像素均值为阈值，对所述直方图进行二值化，得到二值化图像；所述直方图的像素均值为所述直方图的双峰峰顶处对应的像素值取平均得到的均值。

均值滤波单元，用于对所述二值化图像进行均值滤波，得到滤波图像。

边缘检测单元，用于采用sobel算子对所述滤波图像进行边缘检测，得到边缘矩阵；所述边缘矩阵表示每个碎石颗粒的轮廓信息。

作为另一实施例，本发明同步碎石封层碎石撒布量和沥青洒布量检测系统中，所述碎石撒布参数确定模块203具体包括：

碎石面积计算单元，用于对于第j个碎石颗粒，根据第j个碎石颗粒轮廓的每个顶点坐标，利用公式

计算图像中所述第j个碎石颗粒的面积；其中，A为第j个碎石颗粒的面积，N为第j个碎石颗粒的顶点个数，x_i为第j个碎石颗粒第i个顶点的横坐标，y_i为第j个碎石颗粒第i个顶点的纵坐标，x_i+1为第j个碎石颗粒第i+1个顶点的横坐标，y_i+1为第j个碎石颗粒第i+1个顶点的纵坐标。

等效直径计算单元，用于根据所述第j个碎石颗粒的面积，利用公式

计算所述第j个碎石颗粒的等效直径；其中，d为所述第j个碎石颗粒的等效直径。

最大主轴和最短主轴计算单元，用于计算所述第j个碎石颗粒轮廓的任意两个顶点坐标之间的距离，将长度最大的主轴确定为所述第j个碎石颗粒的最大主轴，将长度最小的主轴确定为所述第j个碎石颗粒的最短主轴。

碎石颗粒针片状比例计算单元，用于计算针片状碎石颗粒的数量与全部碎石颗粒数量的比值，得到碎石颗粒针片状比例；所述针片状碎石颗粒为最大主轴与最短主轴之比大于3的碎石颗粒。

碎石覆盖率计算单元，用于利用公式

计算所述待测工点处的碎石覆盖率；其中，S为所述待测工点处的碎石覆盖率，Area_stone为所述待测工点处碎石封层表面图像中所有碎石颗粒的面积之和，Area_image为所述待测工点处碎石封层表面图像的面积。

碎石颗粒比例计算单元，用于利用公式

计算不同尺寸范围内碎石颗粒的比例；其中，R_du-dv为等效直径在[u,v]范围内的碎石颗粒的比例，C_du-dv为等效直径在[u,v]范围内的碎石颗粒的数量，C_image为所述待测工点处碎石封层中所有碎石颗粒的数量。

作为另一实施例，本发明同步碎石封层碎石撒布量和沥青洒布量检测系统中，所述空间体积确定模块205具体包括：

三维曲面函数确定单元，用于基于朗伯体光照反射模型，确定所述碎石颗粒的三维曲面函数；所述三维曲面函数的函数值为碎石颗粒的高度。

空间体积计算单元，用于根据所述碎石颗粒的三维曲面函数，利用公式V＝∫∫[F(x,y)-F_min]dxdy确定碎石颗粒的空间体积；其中，V为碎石颗粒的空间体积；F(x,y)为碎石颗粒的三维曲面函数，表示碎石颗粒的高度；F_min为所述三维曲面函数的最小值；x表示碎石颗粒的横坐标，y表示碎石颗粒的纵坐标。

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 (10)

1.一种同步碎石封层碎石撒布量和沥青洒布量检测方法，其特征在于，包括：

获取待测工点的碎石封层表面图像；所述碎石封层表面图像为同步碎石封层施工完成后且未采用胶轮碾压时采集的图像；

对所述碎石封层表面图像进行边缘检测，得到碎石颗粒的分布信息；

根据所述碎石颗粒的分布信息，确定所述待测工点处碎石的撒布参数；所述碎石的撒布参数包括：碎石颗粒的等效直径、碎石颗粒的最大主轴、碎石颗粒的最短主轴、碎石颗粒针片状比例、碎石覆盖率、不同尺寸范围内碎石颗粒的比例；

对所述碎石封层表面图像进行灰度转换，得到碎石封层表面灰度分布信息；

基于朗伯体光照反射模型，根据所述碎石封层表面灰度分布信息，确定碎石颗粒的空间体积；

根据所述待测工点的碎石表观密度，结合所述碎石颗粒的空间体积，确定所述待测工点处碎石封层中碎石的撒布量；

根据所述待测工点处碎石和沥青的总用量，结合所述待测工点处碎石封层中碎石的用量，确定所述待测工点处碎石封层中沥青的洒布量。

2.根据权利要求1所述的同步碎石封层碎石撒布量和沥青洒布量检测方法，其特征在于，所述获取待测工点的碎石封层表面图像，具体包括：

在同步碎石封层施工完成后且未采用胶轮碾压时，采用移动图像采集终端设备对所述待测工点的碎石封层进行二维数字图像采集；所述移动图像采集终端设备的采集参数为：镜头距离碎石封层表面的高度为60厘米，采集模式为1倍聚焦模式，采集时间为15点-17点，采样频率为9样/1m²和10cm²/样。

3.根据权利要求1所述的同步碎石封层碎石撒布量和沥青洒布量检测方法，其特征在于，所述对所述碎石封层表面图像进行边缘检测，得到碎石颗粒的分布信息，具体包括：

计算所述碎石封层表面图像的直方图；

以所述直方图的像素均值为阈值，对所述直方图进行二值化，得到二值化图像；所述直方图的像素均值为所述直方图的双峰峰顶处对应的像素值取平均得到的均值；

对所述二值化图像进行均值滤波，得到滤波图像；

采用sobel算子对所述滤波图像进行边缘检测，得到边缘矩阵；所述边缘矩阵表示每个碎石颗粒的轮廓信息。

4.根据权利要求1所述的同步碎石封层碎石撒布量和沥青洒布量检测方法，其特征在于，所述根据所述碎石颗粒的分布信息，确定所述待测工点处碎石的撒布参数，具体包括：

对于第j个碎石颗粒，根据第j个碎石颗粒轮廓的每个顶点坐标，利用公式

计算图像中所述第j个碎石颗粒的面积；其中，A为第j个碎石颗粒的面积，N为第j个碎石颗粒的顶点个数，x_i为第j个碎石颗粒第i个顶点的横坐标，y_i为第j个碎石颗粒第i个顶点的纵坐标，x_i+1为第j个碎石颗粒第i+1个顶点的横坐标，y_i+1为第j个碎石颗粒第i+1个顶点的纵坐标；

根据所述第j个碎石颗粒的面积，利用公式

计算所述第j个碎石颗粒的等效直径；其中，d为所述第j个碎石颗粒的等效直径；

计算所述第j个碎石颗粒轮廓的任意两个顶点坐标之间的距离，将长度最大的主轴确定为所述第j个碎石颗粒的最大主轴，将长度最小的主轴确定为所述第j个碎石颗粒的最短主轴；

计算针片状碎石颗粒的数量与全部碎石颗粒数量的比值，得到碎石颗粒针片状比例；所述针片状碎石颗粒为最大主轴与最短主轴之比大于3的碎石颗粒；

利用公式

计算所述待测工点处的碎石覆盖率；其中，S为所述待测工点处的碎石覆盖率，Area_stone为所述待测工点处碎石封层表面图像中所有碎石颗粒的面积之和，Area_image为所述待测工点处碎石封层表面图像的面积；

利用公式

计算不同尺寸范围内碎石颗粒的比例；其中，R_du-dv为等效直径在[u,v]范围内的碎石颗粒的比例，C_du-dv为等效直径在[u,v]范围内的碎石颗粒的数量，C_image为所述待测工点处碎石封层中所有碎石颗粒的数量。

5.根据权利要求1所述的同步碎石封层碎石撒布量和沥青洒布量检测方法，其特征在于，所述基于朗伯体光照反射模型，根据所述碎石封层表面灰度分布信息，确定碎石颗粒的空间体积，具体包括：

基于朗伯体光照反射模型，确定所述碎石颗粒的三维曲面函数；所述三维曲面函数的函数值为碎石颗粒的高度；

根据所述碎石颗粒的三维曲面函数，利用公式V＝∫∫[F(x,y)-F_min]dxdy确定碎石颗粒的空间体积；其中，V为碎石颗粒的空间体积；F(x,y)为碎石颗粒的三维曲面函数，表示碎石颗粒的高度；F_min为所述三维曲面函数的最小值；x表示碎石颗粒的横坐标，y表示碎石颗粒的纵坐标。

6.根据权利要求1所述的同步碎石封层碎石撒布量和沥青洒布量检测方法，其特征在于，所述根据所述待测工点处碎石和沥青的总用量，结合所述待测工点处碎石封层中碎石的用量，确定所述待测工点处碎石封层中沥青的洒布量，具体包括：

根据托盘法和土工布法检测得到所述待测工点处碎石和沥青的总用量；

将所述待测工点处碎石和沥青的总用量与所述待测工点处碎石封层中碎石的用量做差，得到所述待测工点处碎石封层中沥青的洒布量。

7.一种同步碎石封层碎石撒布量和沥青洒布量检测系统，其特征在于，包括：

碎石封层表面图像获取模块，用于获取待测工点的碎石封层表面图像；所述碎石封层表面图像为同步碎石封层施工完成后且未采用胶轮碾压时采集的图像；

边缘检测模块，用于对所述碎石封层表面图像进行边缘检测，得到碎石颗粒的分布信息；

碎石撒布参数确定模块，用于根据所述碎石颗粒的分布信息，确定所述待测工点处碎石的撒布参数；所述碎石的撒布参数包括：碎石颗粒的等效直径、碎石颗粒的最大主轴、碎石颗粒的最短主轴、碎石颗粒针片状比例、碎石覆盖率、不同尺寸范围内碎石颗粒的比例；

灰度转换模块，用于对所述碎石封层表面图像进行灰度转换，得到碎石封层表面灰度分布信息；

空间体积确定模块，用于基于朗伯体光照反射模型，根据所述碎石封层表面灰度分布信息，确定碎石颗粒的空间体积；

碎石撒布量确定模块，用于根据所述待测工点的碎石表观密度，结合所述碎石颗粒的空间体积，确定所述待测工点处碎石封层中碎石的撒布量；

沥青洒布量确定模块，用于根据所述待测工点处碎石和沥青的总用量，结合所述待测工点处碎石封层中碎石的用量，确定所述待测工点处碎石封层中沥青的洒布量。

8.根据权利要求7所述的同步碎石封层碎石撒布量和沥青洒布量检测系统，其特征在于，所述边缘检测模块具体包括：

直方图计算单元，用于计算所述碎石封层表面图像的直方图；

二值化单元，用于以所述直方图的像素均值为阈值，对所述直方图进行二值化，得到二值化图像；所述直方图的像素均值为所述直方图的双峰峰顶处对应的像素值取平均得到的均值；

均值滤波单元，用于对所述二值化图像进行均值滤波，得到滤波图像；

边缘检测单元，用于采用sobel算子对所述滤波图像进行边缘检测，得到边缘矩阵；所述边缘矩阵表示每个碎石颗粒的轮廓信息。

9.根据权利要求7所述的同步碎石封层碎石撒布量和沥青洒布量检测系统，其特征在于，所述碎石撒布参数确定模块具体包括：

碎石面积计算单元，用于对于第j个碎石颗粒，根据第j个碎石颗粒轮廓的每个顶点坐标，利用公式

计算图像中所述第j个碎石颗粒的面积；其中，A为第j个碎石颗粒的面积，N为第j个碎石颗粒的顶点个数，x_i为第j个碎石颗粒第i个顶点的横坐标，y_i为第j个碎石颗粒第i个顶点的纵坐标，x_i+1为第j个碎石颗粒第i+1个顶点的横坐标，y_i+1为第j个碎石颗粒第i+1个顶点的纵坐标；

等效直径计算单元，用于根据所述第j个碎石颗粒的面积，利用公式

计算所述第j个碎石颗粒的等效直径；其中，d为所述第j个碎石颗粒的等效直径；

最大主轴和最短主轴计算单元，用于计算所述第j个碎石颗粒轮廓的任意两个顶点坐标之间的距离，将长度最大的主轴确定为所述第j个碎石颗粒的最大主轴，将长度最小的主轴确定为所述第j个碎石颗粒的最短主轴；

碎石颗粒针片状比例计算单元，用于计算针片状碎石颗粒的数量与全部碎石颗粒数量的比值，得到碎石颗粒针片状比例；所述针片状碎石颗粒为最大主轴与最短主轴之比大于3的碎石颗粒；

碎石覆盖率计算单元，用于利用公式

计算所述待测工点处的碎石覆盖率；其中，S为所述待测工点处的碎石覆盖率，Area_stone为所述待测工点处碎石封层表面图像中所有碎石颗粒的面积之和，Area_image为所述待测工点处碎石封层表面图像的面积；

碎石颗粒比例计算单元，用于利用公式

计算不同尺寸范围内碎石颗粒的比例；其中，R_du-dv为等效直径在[u,v]范围内的碎石颗粒的比例，C_du-dv为等效直径在[u,v]范围内的碎石颗粒的数量，C_image为所述待测工点处碎石封层中所有碎石颗粒的数量。

10.根据权利要求7所述的同步碎石封层碎石撒布量和沥青洒布量检测系统，其特征在于，所述空间体积确定模块具体包括：

三维曲面函数确定单元，用于基于朗伯体光照反射模型，确定所述碎石颗粒的三维曲面函数；所述三维曲面函数的函数值为碎石颗粒的高度；

空间体积计算单元，用于根据所述碎石颗粒的三维曲面函数，利用公式V＝∫∫[F(x,y)-F_min]dxdy确定碎石颗粒的空间体积；其中，V为碎石颗粒的空间体积；F(x,y)为碎石颗粒的三维曲面函数，表示碎石颗粒的高度；F_min为所述三维曲面函数的最小值；x表示碎石颗粒的横坐标，y表示碎石颗粒的纵坐标。

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