CN112764112A - 利用电磁波来探知铺装道路坑洞征候的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种铺装道路的坑洞征候探知系统、方法以及记录用于执行上述方法的计算机可读程序的记录介质。坑洞征候探知系统包括电磁波发射部、电磁波接收部、介电常数计算部、裂纹率状态诊断部、铺装层分离状态诊断部、衰减量计算部、铺装层内部状态诊断部以及坑洞征候探知部。
Description
技术领域
本发明涉及一种在铺装道路中探知有关坑洞征候的方法及系统，更为详细地，涉及一种通过对铺装道路中诱发坑洞的道路表面的裂纹率增加、铺装层之间分离、铺装层内部的损伤进行确定来提供维护管理决策所需信息的方法及系统。
背景技术
所谓的坑洞(pot-hole)是指随着铺装层表面脱落，道路出现凹陷的现象。一旦发生即可诱发道路使用者的事故，因此，道路管理者为了解决问题，倾向于下列努力。
1)铺装道路材料品质及施工改善技术：韩国专利第10-1761165号、第10-1635323号。2)坑洞实时探知及传输技术：韩国专利第10-1514368号、第10-1546700号。3)坑洞快速维修设备及材料开发：韩国专利第10-1675928号、第10-1537247号。4)坑洞相关事故补偿体系。
1)为与提高铺装道路的耐久性相关的技术。然而，交通量的增加、气象变化(暴雨、暴雪、异常低温等)、除雪氯化物的撒布量相关的损伤持续增加，全国性道路网的扩充引起的维修管理工具的增加和受限的维修管理预算的运营成为铺装道路坑洞持续发生的原因。同时，由于高品质的骨料源受到限制且价格上升而使用低级材料，给铺装道路的维修管理带来困难。
2)、3)、4)为与坑洞发生后的措施相关的技术。在2)和3)的征候下，虽然具有可以缩短将发生在铺装道路上的坑洞暴露给道路使用者的时间的优点，但却不能从源头上防止坑洞的发生。4)与坑洞的民事诉讼相关，通过车辆黑盒子等简便的提供坑洞引起的事故原因的证据，从而使民事诉讼补偿相关业务呈增加的趋势。由此为道路管理者的行政力和预算带来浪费。
发明内容
要解决的问题
本发明即为解决上述问题而提出，目的在于，提供一种能够通过探知可能发生铺装道路的坑洞的各阶段的征候，将误差最小化，以非破坏的方式探知铺装道路的坑洞征候的铺装道路的坑洞征候探知方法及系统。
解决问题的方案
为了达成上述目的，本发明的铺装道路坑洞征候的探知系统包括：电磁波发射部、电磁波接收部、介电常数计算部、裂纹率状态诊断部、铺装层分离状态诊断部、衰减量计算部、铺装层内部状态诊断部以及征候判断部。
电磁波发射部发射电磁波，电磁波接收部接收从铺装道路的表面以及多个铺装层边界面反射的电磁波，介电常数计算部通过所接收的电磁波的振幅来算出铺装道路表面以及铺装层边界面的介电常数，裂纹率状态诊断部对铺装道路表面的介电常数和预先设定的表面介电常数的基准值进行比较来诊断铺装道路表面的裂纹率状态，铺装层分离状态诊断部通过对铺装道路铺装层边界面的介电常数和预先设定的边界面介电常数的基准值进行比较来诊断铺装道路铺装层边界面的铺装层分离状态，衰减量计算部通过所接收的电磁波的振幅来算出多个铺装层各自的能量衰减量，铺装层内部状态诊断部对衰减量和预先设定的衰减量基准值进行比较来诊断多个铺装层的内部状态，征候判断部利用裂纹率状态的信息、铺装层分离状态的信息、衰减量的信息来判断在铺装道路中的坑洞发生征候。
通过这样的结构，可以使可能发生在铺装道路中的坑洞从发生初期到发生为止的所有阶段的各阶段的状态的误差最小化，通过非破坏的方式来简便地进行探知，在轻松确定铺装道路的坑洞发生区间的同时能够先发行进行维护，从而有利于对道路使用者和道路保障稳定性。
在此情况下，铺装道路表面的介电常数通过下列数学式计算得出，
其中，εr0可以为道路表面的介电常数，Amp0可以为在道路表面中的电磁波的振幅，AmpP可以为在钢板(完全反射)中的电磁波的振幅。
并且，铺装层边界面的介电常数通过下列数学式计算得出，
其中，εrn可以为铺装道路的第n个铺装层边界面的介电常数，Ampn可以为铺装道路的第n个铺装层边界面的电磁波的振幅。
并且，衰减量通过下列数学式计算得出，
其中，δn可以为透过铺装道路的第n个铺装层的电磁波的衰减(dB)。
并且，坑洞征候探知系统还可以包括根据铺装道路的环境对表面介电常数基准值以及边界面介电常数基准值进行校正的基准值校正部。通过这样的结构，可以对能够改变电磁波测定的铺装道路介电常数的多种环境因素做出反映，从而能够探知更为正确的坑洞征候。
在此情况下，环境为材龄以及相对湿度，上述介电常数基准值通过下列数学式计算得出，
εr＝A·Wr-Bln(Age)+C
其中，εr可以为介电常数基准值，Wr可以为含水比或相对湿度(％)，Age可以为混凝土的材龄或使用年数(年)，A、B、C可以为预先设定的常数。
并且，当铺装层为沥青时，B可以设定为0，A、C可以对于上述铺装道路的表面和内部铺装层边界面各设置为不同的值，对于上述铺装道路的内部铺装层边界面，A能够以预先设定的比率设定为小于上述铺装道路表面的值。
并且，当铺装层为混凝土时，A、B、C可以对于上述铺装道路的表面和内部铺装层边界面各设置为不同的值，对于上述铺装道路的内部铺装层边界面，B能够设置为小于上述铺装道路表面的值。
并且，环境为上述铺装道路铺装层的密度，上述介电常数基准值通过下列数学式计算得出，
ε＝aρ+b
其中，ε可以为上述介电常数基准值，ρ可以为上述铺装道路芯样片的密度，a、b可以为常数。
并且，基准值校正部根据上述铺装道路的环境对衰减量基准值进行进一步校正。通过这样的结构，可以对能够改变从铺装道路反射的电磁波的衰减量的多种环境因素做出反映，从而能够探知更为正确的坑洞征候。
在此情况下，环境为上述铺装道路铺装层的密度，
上述衰减量基准值通过下列数学式计算得出，
σ＝aρ-b
其中，σ可以为上述衰减量基准值，ρ可以为上述铺装道路芯样片的密度，a、b可以为常数。
同时，公开将上述系统实施为方法形态的发明和记录用于执行上述方法的计算机可读程序的记录介质。
发明的效果
通过本发明，可使可能发生在铺装道路中的坑洞从发生初期到发生为止的所有阶段的各阶段的状态的误差最小化，通过非破坏的方式来简便地进行探知，在轻松确定铺装道路的坑洞发生区间的同时能够先行进行维护，从而有利于对道路使用者和道路保障稳定性。
并且，可以对能够改变电磁波测定的铺装道路介电常数的多种环境因素做出反映，从而能够探知更为正确的坑洞征候。
并且，可以对能够改变向铺装道路发射电磁波的衰减量的多种环境因素做出反映，从而能够探知更为正确的坑洞征候。
附图说明
图1为示出本发明的铺装道路坑洞征候探知系统的简要框图。
图2为示出图1中的一实例的简要框图。
图3为示出从铺装道路接收电磁波的例的曲线图。
图4为例示铺装道路的铺装密度与介电常数之间的关系的图表。
图5为例示介电常数与分布率之间的关系的曲线图。
图6为对实际使用中的铺装道路中的铺装密度和衰减量进行比较的图表。
图7为本发明一实施例的坑洞征候探知方法的简要流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明优选的实施例进行说明。
图1为示出本发明的铺装道路坑洞征候探知系统的简要框图。在图1中，坑洞征候探知系统100包括电磁波发射部110、电磁波接收部120、介电常数计算部130、裂纹率状态诊断部140、铺装层分离状态诊断部150、衰减量计算部160、铺装层内部状态诊断部170、征候判断部180以及基准值校正部190。
图2为示出图1中的一实例的简要框图。在图2中，图示了铺装道路坑洞征候探知系统的一例，包括：电磁波生成部，用于生成电磁波；电磁波发射部、电磁波接收部，向铺装道路发射在电磁波生成部生成的电磁波并接收从各铺装层的边界面反射的电磁波；介电常数计算部，分析电磁波接收部接收的电磁波，根据铺装道路各层反射的接收波的振幅来计算各铺装层的介电常数；衰减量计算部，对各层的以振幅差透过铺装层的电磁波能量的衰减量进行计算；以及坑洞征候确定部180，将所计算的介电常数和衰减量用于探知铺装道路坑洞征候。
坑洞的发生机制已知主要为：1)由于在施工时铺装材料夯实不良而导致孔隙率大的部位渗透进有害物质；2)当负荷车辆荷重时，与内部水分分离的道路材料脱离，使支撑力变弱而发生塌陷及坑洞。
此外，最近对韩国道路公社现场调查的结果发现了如下的其他原因：1)增加公用铺装道路的裂纹率的损伤(纵横裂纹、网状裂纹、骨料脱离、施工缝隙等)引起的整体孔隙率(裂纹率)的增加而导致的有害物质渗透途径的增加；2)铺装上部层及下部层之间的粘合层不良导致的上部层脱落而发生的坑洞；3)铺装层内部损伤(层分离、下部层损伤等)引起的支撑力减弱而导致的上部层塌陷及脱落而发生的坑洞；4)上部层和下部层边界面部防水不良导致上面层脱落而发生坑洞。
在现场调查中，当道路表面发生坑洞相关损伤时，内部也多有发生相关损伤的情况(66％)，但当道路表面良好时，内部也有发生损伤(30％)的情况。这种情况主要发生在再铺装或切削的再覆盖处。
即，可以得出结论的是，即使道路表面良好，内部也常会有发生较大范围损伤的情况，若不进行根本的维修，损伤会不断扩大，给道路管理机构带来负担。现在许多机构通过道路表面的影像来掌握损伤情况，但由于上述原因存在技术上的限制。因此本发明人提出了使用电磁波从表面到内部进行探查的方法。
坑洞的损伤原因可分为如下几种：1)道路表面的裂纹率(孔隙率)增加；2)铺装层之间的分离；3)铺装层内部损伤。
电磁波的接收信号可根据电磁波透过媒质的材料特性和密度，还有损伤与否而变化。也就是说，当接收的电磁波的振幅及能量损失发生变化时，可通过作为电磁波特性值的介电常数和衰减来显示。
介电常数显示媒质的材料特性和密度，通常空气的介电常数为1，水的介电常数为81，沥青介电常数的范围在3～5，混凝土介电常数的范围在5～10。通过将现场道路接收的电磁波振幅和在钢板上的振幅进行比较，利用下列数学式来计算得出。
式1
式2
其中，εr0为道路表面的介电常数，εrn为第n个铺装层边界面的介电常数，Amp0为道路表面的振幅，Ampn为第n个铺装层边界面的振幅，AmpP为钢板(完全反射)的振幅。
衰减显示在媒质中传播的电磁波的能量损失，通常由媒质的厚度、导电度、散射等导致。发生在铺装层的衰减可通过铺装层上表面和下表面的振幅差来计算，单位为分贝(dB)。
式3
其中，δn为透过第n层的电磁波的衰减(dB)。
将电磁波的电磁特性值与坑洞的损伤原因相关联来进行整理的结果如下：1)裂纹率(孔隙率)增加→铺装层上表面介电常数干燥条件变小、含水条件变大；2)铺装层之间的分离→铺装层边界面介电常数干燥条件变小、含水条件变大；3)铺装层内部损伤→铺装层衰减干燥条件略微变小、含水条件略微变大。
并且，作为构成铺装道路主要媒质的沥青和混凝土的临界值(范围)可以使用韩国道路公社的经验值。
1)介电常数
沥青介电常数临界值(范围)：4.5～6.5，
混凝土介电常数临界值(范围)：根据材龄(或者已使用期间)的变动值，
式4[-A×ln(Age)+C]±error，
其中，A和C为常数，Age为混凝土材龄(年度)，error为变动范围，A为1.08，C为11.41，Age可活用校量信息，可以用已使用年数来替代。
2)衰减
沥青衰减临界值：每10mm为1.26dB以下，
混凝土衰减临界值：每10mm为1.95dB以下。
在这样的技术背景下，参照附图对利用图1的坑洞征候探知系统100的电磁波的坑洞征候预测法进行说明。
1)裂纹率(孔隙率)评价
电磁波发射部110发射电磁波，电磁波接收部120提取铺装道路表面及各层的振幅。图3为例示从铺装道路接收电磁波的曲线图。
介电常数计算部130利用式1、式2、式4求得介电常数，基准值校正部190利用道路表面的影像和含水率信息来校正介电常数的临界值(范围)。(举例来说，对在道路表面的影像、肉眼观察、外观网度等的裂纹发生部或含水部进行比较来比较调整介电常数的临界值(范围))。
裂纹率状态诊断部140对计算得出的介电常数和校正的临界值(范围)进行比较，征候判断部180在计算得出的介电常数处于临界值(范围)之外的情况下将其归类为可能发生坑洞的区域。
2)铺装层贴合性评价
电磁波发射部110发射供接收的电磁波，电磁波接收部120提取铺装道路表面及各层的振幅。介电常数计算部130利用式2、式4求得介电常数，基准值校正部190利用铺装层贴合信息来校正介电常数的临界值(范围)。(举例来说，通过敲击探查、钻芯、轻型落锤式挠度计(LFWD)等对铺装层分离区间进行比较来比较调整介电常数的临界值(范围))。
铺装层分离状态诊断部150对计算得出的介电常数和校正的临界值(范围)进行比较，征候判断部180在计算得出的介电常数处于临界值(范围)之外的情况下将其归类为坑洞可能发生或征候区域。
3)铺装层内部评价
电磁波发射部110发射电磁波，电磁波接收部120提取铺装道路表面及各层的振幅。衰减量计算部160利用式3求得电磁波在各铺装层的衰减量，基准值校正部190利用铺装层内部信息来校正介电常数的临界值(范围)。(举例来说，通过钻芯、设计厚度、切开探查等对铺装层的内部损伤区间进行比较来比较调整铺装层衰减量的临界值(范围))。
铺装层内部状态诊断部170将计算得出的衰减量与校正的临界值(范围)进行比较，征候判断部180在计算得出的衰减量处于临界值(范围)之外的情况下将其归类为坑洞可能发生或征候区域。
如上所述，基准值校正部190利用多种因素来校正基准值。首先，对通过材龄及相对湿度的介电常数的基准值校正进行如下说明。
韩国道路公社通过最近研究表明给铺装层的介电常数带来影响的主要因素为含水比(当暴露于空气中时为相对湿度)，在混凝土的情况下，材龄也会带来较大影响(现有的双对数关系、改进对数关系)。
对于介电常数的含水比和材龄的影响式可以如下述式5所示。
式5：εr＝A·Wr-Bln(Age)+C
其中，εr为铺装层的介电常数，Wr为含水比或相对湿度(％)，Age为混凝土的材龄或已使用年数(年)，A、B、C为常数。
韩国道路公社对于式5的经验式如下，根据含水比(或相对湿度)的第N个铺装层的介电常数变化率为暴露于空气中的第一铺装层介电常数变化率的约1/8水平(式6及式7为频率为1GHz时的例示)。也就是说，相对于暴露于空气中的随着大气循环而具有不同含水比的第一铺装层的介电常数变化率，内部铺装层由于与外部空气隔绝，显出相对较低的介电常数变化率。
式6：
式7：
其中，εr,N为内部铺装层的介电常数，εr,1st为第一铺装层的介电常数，RH为大气的相对湿度(％)。
在此情况下，当相对湿度小于70％时，可忽略相对湿度的影响。
在混凝土铺装体的情况下，材龄的影响要比相对湿度带来的影响大，第N个铺装层的介电常数变化率要比暴露在空气中的第一铺装体的介电常数小。(式8及式9为频率为1GHz时的例示)。第一铺装体配用适于干燥的大气的混凝土时，使用的多余数快速蒸发而硬化，另一方面，内部混凝土铺装层与外部空气隔绝，使得介电常数的减少速度相对较小。
式8：
式9：
其中，Age为混凝土的材龄或已使用期间(年)。
在此情况下，若已使用期间超过25年，可以忽略。
接下来，对通过设计密度或钻孔取样的孔隙率(夯实度)的测定来校正基准值进行的说明如下。使用中的铺装层介电常数与密度之间的关系如下，即，密度越大介电常数越大。
密度与作为坑洞主要因素的夯实度有关联，可以通过钻芯的密度分析，利用与介电常数的关联式来找出坑洞的可能部位。
式10：ε＝aρ+b，
其中，ε为铺装层的介电常数，ρ为钻芯的密度(kg/m3)，a和b为通过钻芯的密度试验而确定的常数，图4为例示铺装道路的铺装密度与介电常数之间的关系的图表。
在此情况下，介电常数基准值可设定为特定临界值，也可以设定为具有一定范围的临界范围。更为具体地，当铺装层状态良好时，介电常数的分布峰度高，分散小。
但当发生损伤时，峰度低，在含水条件下，中心值大，分散大，在干燥条件下，中心值小，具有相较于含水条件时分散小的特征。图5为例示介电常数与分布率之间的关系的曲线图。
因此，介电常数的基准值可以通过数学式来判断，优选地，维修管理机构在判断临界范围时，可以使用变动系数。变动系数的基准可随设备的不同而不同，在85％的可信水平中，可根据维修水准的不同选择性的使用0.2～0.25的范围。健全性判定基准如式11所示，若铺装层的介电常数位于个上限值和下限值的范围内判定为健全，此外可归为损伤。
式11：(1-1.5CV)εr＜εr，survey＜(1+1.5CV)εr
其中，CV为变动系数(0.2～0.25)，εr为铺装的介电常数基准值，εr,survey为现场测定的铺装层的介电常数。
此外，需要考虑的事项如下，坑洞因素之一为裂纹等道路表面损伤。也就是说，可以通过外观网度或道路表面影像来确定介电常数基准值。其方法为：1)测定介电常数；2)设定与道路表面损伤一致的介电常数临界范围；3)在临界范围内的为健全，此外为损伤。
并且，第N个铺装层的坑洞因素为铺装层之间的贴合力不足或分离，分离的区间可通过打击音来测定。打击上部的铺装层(敲击探查，LFWD11型轻型落锤式挠度计(LightFalling Weight Deflectometer))，若发出“咚咚”的低音，说明内部可能具有撅翘部位。
由此能够校正，1)测定介电常数；2)设定与撅翘部位一致的介电常数临界范围；3)在临界范围内的为健全，此外为损伤。
并且，在实际的现场调查中确认，可以根据电磁波的频率不同，或者设备的硬件以及软件、过滤等使用人员的操作的不同而显出不同的数值。因此，通过多种校正作业来得到与实际接近的数据至关重要。
另外，还可以进行针对基准值校正部190的衰减量的校正。电磁波通过铺装体时发生的总衰减量可通过式12来表现。
式12：δlayer＝δdepth+δdamage
其中，δlayer为铺装层下部的总衰减，δdepth为随铺装层厚度变化而变化的衰减，δdamage为随铺装体的传导度或损伤(骨料分离等)变化而变化的衰减。
以对于孔隙率进行校正的例来说明的话，铺装体的传导度高的部位孔隙率大，为雨水及除雪氯化物过度渗透的部位。因此，铺装体发生衰减大的部位为孔隙率大的部位，即，可以判断为密度小的部位。
图6为对实际使用中的铺装道路中的铺装密度和衰减量进行比较的图表。消除深度影响的深度校正衰减量与密度(孔隙率)相关，因此判断可以通过此关系来实施品质评价。
式13：σ＝aρ-b
其中，σ为铺装体下表面的深度校正衰减(dB)，ρ为钻芯密度(kg/m3)，a和b为通过钻芯密度试验来确定的常数。
在此情况下，深度校正衰减的临界范围一般定义为6～8dB，通常通过钻孔以及切开探查(通过去除铺装层来观察铺装层及内部损伤与否的操作)来确定基准值。
但是，管理者的维修管理水平越高，该值越小，电磁波的频率越高，该值越高。并且，在含水比高的情况下进行调查时，该值可能高。因此，当设定衰减的临界值时，有必要进行通过钻孔等的校正作业。
图7为本发明一实施例的坑洞征候探知方法的简要流程图。图7为示出通过电磁波的坑洞评价运算法的示例。
首先，生成电磁波，向铺装道路发射生成的电磁波，接受从多个铺装层边界面反射的电磁波(步骤S110)。接下来，通过接收的电磁波的振幅计算铺装道路的介电常数，利用接收的铺装道路各层的电磁波振幅的差来计算出能量的衰减量(步骤S120)。
接下来，通过对铺装道路第N层与第N－1层边界面的介电常数和介电常数临界值(范围)的比较来评价铺装道路各层之间的贴合性和状态，从而评价铺装道路的坑洞征候，当评价为坑洞征候时将其标出(步骤S130)。
更为具体地，介电常数在临界值(范围)之外时，评价为因铺装层间的贴合力低下引起的坑洞发生部，介电常数在临界值(范围)以下时评价为撅翘(干燥条件)状态，以上时评价为滞水(含水条件)状态。
接下来，通过对计算出的衰减量和衰减振幅临界值的比较来评价铺装道路各层的状态，从而评价铺装道路的坑洞征候，当评价为坑洞征候时将其标出(步骤S140)。
更为具体地，在为衰减的临界值以下时，评价为因内部损伤引起的坑洞发生部，内部损伤可评价为通过层分离、骨料分离、有害物质渗透等引起的。
衰减的临界值的误差范围可考虑，在沥青铺装的情况下，以每10mm为1.26dB，在混凝土铺装的情况下，以每10mm为1.95dB来采用(经验值)，在此情况下，衰减的临界值(范围)可随铺砖道路的混合物种类(密粒度、SMA、排水性铺装、混入纤维混凝土等)、电磁波的频率以及设备特性、管理机构的维修管理水平的不同而不同。
接下来，通过对计算出的铺装道路表面的介电常数和介电常数临界值(范围)的比较来评价铺装道路表面的状态，从而评价坑洞征候，当评价为坑洞征候时将其标为坑洞初期信号(步骤S150)。
更为具体地，当介电常数在临界值(范围)之外时，以裂纹率(或者孔隙率)过大而评价为坑洞的可能部位。在此情况下，裂纹率作为道路表面的密实程度，即，有害物质的渗透程度换算而来的指标，随孔隙率(夯实不良)、裂纹、施工接缝处、骨料脱离等的损伤而增加。
介电常数的临界值(范围)以下评价为孔隙过多(干燥条件)状态，以上评价为雨水流入(含水条件)状态，新铺装时评价为混合物或夯实不良，维修管理时评价为关联损伤(裂纹、施工接缝处等裂纹率的增加)的发展。
介电常数的临界值(范围)，在沥青铺装道路为4.5～6.5，在混凝土铺装道路可以以[-A×ln(Age)+C]±error来设定(A和C为常数，Age为混凝土材龄(年度)，error为变动范围，作为经验值，A可以为1.08，C可以为11.41，Age可以以使用年数代替)(经验值)。
在此情况下，介电常数的临界值(范围)可随铺砖道路的混合物种类(密粒度、SMA、排水性铺装、混入纤维混凝土等)、电磁波的频率以及设备特性、管理机构的维修管理水平的不同而不同。
最后，在上述过程中未评价为坑洞征候时，标为良好信号(步骤S160)。
对坑洞征候的评价基准和其各自的意义整理如下：
表1
坑洞的各判断步骤130、140、150可以单独或结合来进行，如图7所示，将2～3个步骤复合来使用，可以如下述般更好地评价坑洞征候。
1)道路表面及边界面介电常数在临界值(范围)以外，并且铺装层的衰减量在临界值以下：铺装层整体处于因夯实不良或裂纹率增加而使铺装层内部渗透进有害物质或具有渗透的可能，因铺装层间边界面的分离而使上部层形成坑洞发生条件的阶段，当道路为新铺装或再铺装时，在施工不良(贴合面处理及夯实不良)处发生的可能性高。
2)道路表面介电常数在临界值(范围)以外，铺装层间边界面的介电常数在范围以内，铺装层衰减量超出临界值：虽然铺装层间的贴合良好，但铺装层表面的裂纹率增加而渗透进有害物质，内部发生损伤，处于形成铺装层上部坑洞发生条件的阶段。在重车或交通量多的区域导致的道路表面的裂纹损伤部而使除雪氯化物在内部积累的情况下发生的可能性高。
3)道路表面的介电常数在临界值(范围)以内，铺装层间边界面的介电常数在范围以外以及铺装层的衰减量在临界值以下：虽然道路表面的状态密实看似良好，但铺装层间的贴合不良，铺装层内部发生损伤而导致支撑力变弱，处于当车辆经过时可能因上部层的塌陷而持续在破损部发生坑洞的条件形成阶段。在切开后再覆盖、老化混凝土铺装上铺装沥青的部位发生的可能性高。
4)道路表面及边界面的介电常数在临界值(范围)以外，铺装层的衰减量超出临界值：道路表面因裂纹率增加而渗透进有害物质，铺装层间分离发生内部损伤，处于坑洞经常发生的阶段。在老化的铺装中发生的可能性高。
综上所述，本发明涉及在铺装道路层中利用电磁波探知与坑洞相关的征候，来预测可能形成坑洞的阶段的方法及其系统，更为详细地，涉及一种方法及其系统，该方法及其系统在新铺设及使用中的铺装道路中对诱发坑洞的道路表面的裂纹率增加、铺装层间分离、铺装层内部的损伤通过电磁波的接收信号(各层的振幅)计算铺装材料的介电常数和衰减值，将其与临界值(范围)进行比较，来确定坑洞的形成条件及阶段，实时为铺装道路的维护管理决策提供必要信息。
在本发明中，利用电磁波探知在铺装道路中发生的与坑洞相关的损伤征候并可以实时传送给管理机构。提供一种铺装道路的坑洞征候探知方法及其系统，包括：电磁波生成部，用于生成电磁波；电磁波发射部、电磁波接收部，向铺装道路发射在电磁波生成部生成的电磁波并接收从各铺装层的边界面反射的电磁波；介电常数计算部，分析电磁波接收部接收的电磁波，根据铺装道路各层反射的接收波的振幅来计算各铺装层的介电常数；衰减量计算部，对各层的以振幅差透过铺装层的电磁波能量的衰减量进行计算；以及坑洞征候确定部，将所计算的介电常数和衰减量用于探知铺装道路坑洞征候。
通过本发明，可以使可能发生在铺装道路中的坑洞从发生初期到发生为止的所有阶段的各阶段的状态的误差最小化，通过非破坏的方式来简便地进行探知，在轻松确定铺装道路的坑洞发生区间的同时能够先发行进行维护，从而有利于对道路使用者和道路保障稳定性。
虽然仅通过部分优选的实施例对本发明进行了说明，但本发明的范围并不因此而受限，以发明要求保护范围为后盾的上述实施例的变形或改良也都应在本发明的范围之内。
附图标记的说明
100：坑洞征候探知系统
110：电磁波发射部
120：电磁波接收部
130：介电常数计算部
140：裂纹率状态诊断部
150：铺装层分离状态诊断部
160：衰减量计算部
170：铺装层内部状态诊断部
180：征候判断部
190：基准值校正部。
Claims (13)
1.一种坑洞征候探知系统，其特征在于，包括：
电磁波发射部，用于发射电磁波；
电磁波接收部，其接收分别从铺装道路的表面以及多个铺装层边界面反射的电磁波；
介电常数计算部，其通过所接收的上述电磁波的振幅来计算上述铺装道路表面以及铺装层边界面的介电常数；
裂纹率状态诊断部，其对上述铺装道路表面的介电常数和预先设定的表面介电常数的基准值进行比较来诊断上述铺装道路表面的裂纹率状态；
铺装层分离状态诊断部，其对上述铺装道路铺装层边界面的介电常数和预先设定的边界面介电常数的基准值进行比较来诊断上述铺装道路铺装层边界面的铺装层分离状态；
衰减量计算部，其通过所接收的上述电磁波的振幅来算出上述多个铺装层各自的能量衰减量；
铺装层内部状态诊断部，其对上述衰减量和预先设定的衰减量基准值进行比较来诊断上述多个铺装层的内部状态；以及
征候判断部，其利用上述裂纹率状态的信息、上述铺装层分离状态的信息、上述衰减量的信息来判断在上述铺装道路中的坑洞发生征候。
2.根据权利要求1所述的坑洞征候探知系统，其特征在于，上述铺装道路表面的介电常数通过下列数学式计算得出，
其中，εr0为上述道路表面的介电常数，Amp0为在上述道路表面中的上述电磁波的振幅，AmpP为在钢板(完全反射)中的上述电磁波的振幅。
3.根据权利要求1所述的坑洞征候探知系统，其特征在于，上述铺装层边界面的介电常数通过下列数学式计算得出，
其中，εrn为上述铺装道路的第n个铺装层边界面的介电常数，Ampn为上述铺装道路的第n个铺装层边界面的上述电磁波的振幅。
4.根据权利要求1所述的坑洞征候探知系统，其特征在于，上述衰减量通过下列数学式计算得出，
其中，δn为透过上述铺装道路的第n个铺装层的上述电磁波的衰减(dB)。
5.根据权利要求1所述的坑洞征候探知系统，其特征在于，还包括基准值校正部，根据上述铺装道路的环境对上述表面介电常数基准值以及上述边界面介电常数基准值进行校正。
6.根据权利要求5所述的坑洞征候探知系统，其特征在于，上述环境为材龄以及相对湿度，
上述介电常数基准值通过下列数学式计算得出，
εr＝A·Wr-Bln(Age)+C
其中，εr为上述介电常数基准值，Wr为含水比或相对湿度(％)，Age为混凝土的材龄或使用年数(年)，A、B、C为预先设定的常数。
7.根据权利要求6所述的坑洞征候探知系统，其特征在于，当上述铺装层为沥青时，上述B设定为0，上述A、C对于上述铺装道路的表面和内部铺装层边界面各设置为不同的值，对于上述铺装道路的内部铺装层边界面，上述A要以预先设定的比率设定为小于上述铺装道路表面的值。
8.根据权利要求6所述的坑洞征候探知系统，其特征在于，当上述铺装层为混凝土时，上述A、B、C对于上述铺装道路的表面和内部铺装层边界面各设置为不同的值，对于上述铺装道路的内部铺装层边界面，上述B设置为小于上述铺装道路表面的值。
9.根据权利要求5所述的坑洞征候探知系统，其特征在于，上述环境为上述铺装道路铺装层的密度，
上述介电常数基准值通过下列数学式计算得出，
ε＝aρ+b
其中，ε为上述介电常数基准值，ρ为上述铺装道路芯样片的密度，a、b为常数。
10.根据权利要求5所述的坑洞征候探知系统，其特征在于，上述基准值校正部根据上述铺装道路的环境对衰减量基准值进行进一步校正。
11.根据权利要求10所述的坑洞征候探知系统，其特征在于，上述环境为上述铺装道路铺装层的密度，
上述衰减量基准值通过下列数学式计算得出，
σ＝aρ-b
其中，σ为上述衰减量基准值，ρ为上述铺装道路芯样片的密度，a、b为常数。
12.一种探知坑洞征候的方法，通过坑洞征候探知系统执行，其特征在于，包括：
电磁波发射步骤，由电磁波发射部发射电磁波；
电磁波接收步骤，电磁波接收部接收从铺装道路表面及多个铺装层边界面各处反射的电磁波；
介电常数计算步骤，介电常数计算部通过所接收的上述电磁波的振幅来算出铺装道路表面以及铺装层边界面的介电常数；
裂纹率状态诊断步骤，裂纹率状态诊断部对上述铺装道路表面的介电常数和预先设定的表面介电常数的基准值进行比较来诊断上述铺装道路表面的裂纹率状态；
铺装层分离状态诊断步骤，铺装层分离状态诊断部对上述铺装道路铺装层边界面的介电常数和预先设定的边界面介电常数的基准值进行比较来诊断上述铺装道路铺装层边界面的铺装层分离状态；
衰减量计算步骤，衰减量计算部通过所接收的上述电磁波的振幅来算出上述多个铺装层各自的能量衰减量；
铺装层内部状态诊断步骤，铺装层内部状态诊断部对上述衰减量和预先设定的衰减量基准值进行比较来诊断上述多个铺装层的内部状态；以及
坑洞征候探知步骤，坑洞征候探知部利用上述裂纹率状态的信息、上述铺装层分离状态的信息、上述衰减量的信息来生成在上述铺装道路中的坑洞发生信息。
13.一种记录计算机可读程序的记录介质，其特征在于，上述计算机可读程序用于执行根据权利要求12所述的方法。
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Non-Patent Citations (1)
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