CN113605188B - 路面构造测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了路面构造测试方法，属于路面检测领域，所述方法包括如下步骤，挤压装置，将挤压成型材料搅拌好放入料桶内，然后用压杆将挤压成型材料压到地面。待挤压成型材料冷却成型后，将挤压成型材料在路面成型的结构取出得到路面凸凹结构，并用冷水清洗干净。使用光幕测量装置对路面凸凹结构进行侧边360°扫描和底部平面扫描；将扫描的数据进行处理得到路面孔深度和路面凸凹结构的底部表面积。使用挤压成型材料可以快速的检测出沥青路面的具体孔径结构，同时使用光幕测量方法对成型结构进行扫描测量，获取路面凸凹结构的深度和底部表面积，实现更快速、准确的测量路面构造深度。

Description

路面构造测试方法

技术领域

本发明涉及领域，尤其涉及路面构造测试方法。

背景技术

《公路技术状况评价标准》(JTG 5210-2018)要求每2年检测一次路面的抗滑性能，并以路面构造深度和横向力系数两者之一为检测指标。常用铺砂法和车载式激光构造深度仪来测量路面的构造深度，用以评定路面表面的宏观构造，从而评价其抗滑、排水、噪声等性能。车载式构造深度仪价格相对较高，操作复杂，且在有坑槽构造的路面上测试结果受到影响，因此使用受到限制，一般试验时不采用该方法。铺砂法是将已知体积的砂，摊铺在所要测试路面的表面，得出砂的体积与所覆盖面积的比值，即为构造深度，这是目前工程上最基本和最常用的方法。

铺砂法测定路面表面构造深度时，尽管其方法简便，但是误差较大。其原因有很多，装砂的方法没有标准，致使测量用砂的紧密程度不一样；摊砂用的推平板没有标准，导致试验结果出现误差；不同操作人员摊铺力度不同，导致摊铺面积过大或过小，以致数据误差，这些铺砂法本身的误差会导致测量结果的不准确。同时，采用铺砂法测量大空隙排水沥青路面表面构造深度时，在摊铺过程中部分砂会下漏到路面结构内部，出现孔洞现象，这样就导致摊铺的砂面积减小，砂体积与面积的比值增大，即所测构造深度大于路面表面实际的构造深度值。

相比于横向力系数，路面构造深度检测方法简单，因此，现有技术都是只是单单检测构造深度的深度，还没有检测横向力系数的相关方法。因此，需要设计一种能够检测路面深度和横向力系数的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供路面构造测试方法，解决现有检测方法无法同时检测路面深度和横向力系数，同时检测的构造深度不精准的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

路面构造测试方法，所述方法包括如下步骤，

步骤1：设置底板，底板上设置料桶，料桶与底板的底部连通，料桶内设置压杆，底板贴于地面；

步骤2：将挤压成型材料搅拌好放入料桶内，然后用压杆将挤压成型材料压到地面；

步骤3：待挤压成型材料冷却成型后，将挤压成型材料在路面成型的结构取出得到路面凸凹结构，并用冷水清洗干净；

步骤4：使用光幕测量装置对路面凸凹结构进行侧边360°扫描和底部平面扫描；

步骤5：将扫描的数据进行处理得到路面孔深度和路面凸凹结构的底部表面积。

进一步地，步骤1中，底板的底部设置有塑料封板，塑料封板的形状与底板的形状相同。

进一步地，步骤2中的挤压成型材料由30％固体石蜡、30％微晶石蜡、20％合成树脂和20％体积沸水搅拌而成。

进一步地，步骤3中，使用冰水浇灌在路面上和挤压成型材料的外侧，待挤压成型材料的温度低于25℃时，将冷却成型的路面凸凹结构取出。

进一步地，步骤4，设计数据读取模块和数据解析模块对光幕测量装置进行数据帧进行获取与解析，通过设计读取周期的选取、数据帧的解析与发送以及补帧处理三个模块，实现光幕数据的获取。

进一步地，读取周期的选取的具体过程为：首先要保证读取周期小于或等于光幕的发送周期，由于发送周期并不固定，所以读取周期需要小于光幕最小发送周期，通过设定补帧条件来解决光幕可能出现的丢帧情况，当n次没有读到数据的时候，n为正整数，手动进行数据补帧处理，其中：

其中，Ts表示光幕发送周期，Tr表示设定读取周期，[]表示向下取整运算；为节省资源，Tr越大越好，故设定n取2，则T_s/2<T_r<T_s，光幕的实际发送周期为9.8ms-10.0ms，所以设定读取周期为8ms；

数据帧的解析与发送的具体过程为：

光幕将当前传感器的扫描状况以数据帧的方式进行打包，基于ModBus-RTU协议与工控机进行通讯，工控机接收到数据后将其存储到容器中，并周期性的读取数据，根据光幕数据帧的格式，对数据进行解析；

通过构建数据解析主函数、光幕数据解析器以及解析函数状态机来实现光幕数据的获取与解析，主函数负责与光幕建立通信，并调用解析器，解析器的作用是对当前收到的数据帧进行解析，并返回对应的值来表示数据解析的结果，状态机的作用是根据当前状态判断下一步的状态以及数据的传递；

其中解析器通过返回值的不同来判断当前数据帧的解析结果，返回值与其对应含义，根据返回值的不同，对当前获取的数据进行进一步的丢弃、报错和保存处理；

补帧处理的具体过程为：数据帧的数量影响平行于传送带方向的图形长度，数据帧丢失使该方向的长度减小，影响最终的计算结果，所以需要对数据帧进行丢帧处理，光幕发送周期约为10ms，设定读取周期为8ms，如果两次没有读取到数据帧，则可以判定为该数据帧丢失，进行补帧处理，通过补帧，基本保证数据帧的数量正确，保证平行于传送带方向上的精度。

进一步地，设计图像化处理模块将光幕发送的数据帧最终转换为初始图像，对初始图像进行绘制与轮廓的划分，修正处理，通过绘制轮廓的最小包容矩形，计算路面凸凹结构的深度和底部表面积。

进一步地，通过设计图像的初始化模块、数据图像绘制模块和图像的拉伸处理模块实现光幕数据的图像化处理，通过对当前图像进行轮廓查询、轮廓划分和边界点查找的流程，计算出接近路面凸凹结构实际轮廓的边界点，并根据边界点绘制轮廓，轮廓修正，最后采用绘制其最小包容矩形，并以此计算路面凸凹结构的深度和底部表面积。

本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

本发明通过使用挤压成型材料可以快速的检测出沥青路面的具体孔径结构，挤压成型材料搅拌时使用高温热水处于融融状态，冷却后就变为凝固的结构，然后直接取出，同时使用光幕测量方法对成型结构进行扫描测量，然后数据处理得到孔径的深度和底部的表面积，实现快速的测量构造深度的深度，同时又能测量结构的面积结构。

附图说明

图1是本发明注压装置结构示意图。

附图中，1-压杆，2-料桶，3-底板，4-塑料封板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

如图1所示，路面构造测试方法，所述方法包括如下步骤，

步骤1：设置底板3，底板3上设置料桶2，料桶2与底板3的底部连通，料桶2内设置压杆1，底板3贴于地面。底板3的底部设置有塑料封板4，塑料封板4的形状与底板3的形状相同。塑料封板4起到密封的作用。

步骤2：将挤压成型材料搅拌好放入料桶2内，然后用压杆1将挤压成型材料压到地面。挤压成型材料由30％固体石蜡、30％微晶石蜡、20％合成树脂和20％体积沸水搅拌而成，沸水温度为90-100摄氏度。

步骤3：待挤压成型材料冷却成型后，将挤压成型材料在路面成型的结构取出得到路面凸凹结构，并用冷水清洗干净。使用冰水浇灌在路面上和挤压成型材料的外侧，待挤压成型材料的温度低于25℃时，将冷却成型的路面凸凹结构取出。

步骤4：使用光幕测量装置对路面凸凹结构进行侧边360°扫描和底部平面扫描。设计数据读取模块和数据解析模块对光幕测量装置进行数据帧进行获取与解析，通过设计读取周期的选取、数据帧的解析与发送以及补帧处理三个模块，实现光幕数据的获取。

读取周期的选取的具体过程为：首先要保证读取周期小于或等于光幕的发送周期，由于发送周期并不固定，所以读取周期需要小于光幕最小发送周期，通过设定补帧条件来解决光幕可能出现的丢帧情况，当n次没有读到数据的时候，n为正整数，手动进行数据补帧处理，其中：

其中，Ts表示光幕发送周期，Tr表示设定读取周期，[]表示向下取整运算；为节省资源，Tr越大越好，故设定n取2，则T_s/2<T_r<T_s，光幕的实际发送周期为9.8ms-10.0ms，所以设定读取周期为8ms；

数据帧的解析与发送的具体过程为：

光幕将当前传感器的扫描状况以数据帧的方式进行打包，基于ModBus-RTU协议与工控机进行通讯，工控机接收到数据后将其存储到容器中，并周期性的读取数据，根据光幕数据帧的格式，对数据进行解析；

通过构建数据解析主函数、光幕数据解析器以及解析函数状态机来实现光幕数据的获取与解析，主函数负责与光幕建立通信，并调用解析器，解析器的作用是对当前收到的数据帧进行解析，并返回对应的值来表示数据解析的结果，状态机的作用是根据当前状态判断下一步的状态以及数据的传递；

其中解析器通过返回值的不同来判断当前数据帧的解析结果，返回值与其对应含义，根据返回值的不同，对当前获取的数据进行进一步的丢弃、报错和保存处理；

补帧处理的具体过程为：数据帧的数量影响平行于传送带方向的图形长度，数据帧丢失使该方向的长度减小，影响最终的计算结果，所以需要对数据帧进行丢帧处理，光幕发送周期约为10ms，设定读取周期为8ms，如果两次没有读取到数据帧，则可以判定为该数据帧丢失，进行补帧处理，通过补帧，基本保证数据帧的数量正确，保证平行于传送带方向上的精度。

步骤5：将扫描的数据进行处理得到路面孔深度和路面凸凹结构的底部表面积。设计图像化处理模块将光幕发送的数据帧最终转换为初始图像，对初始图像进行绘制与轮廓的划分，修正处理，通过绘制轮廓的最小包容矩形，计算路面凸凹结构的深度和底部表面积。

通过设计图像的初始化模块、数据图像绘制模块和图像的拉伸处理模块实现光幕数据的图像化处理，通过对当前图像进行轮廓查询、轮廓划分和边界点查找的流程，计算出接近路面凸凹结构实际轮廓的边界点，并根据边界点绘制轮廓，轮廓修正，最后采用绘制其最小包容矩形，并以此计算路面凸凹结构的深度和底部表面积，并以此来评价路面构造深度。

图像轮廓划分的具体过程为：轮廓查询，图像轮廓的信息使用向量来进行描述与处理，通过OpenCV中的findContours函数来进行轮廓的查询获取，由于所需要计算的是的最小包容矩形，所以只需要检测图像的最外围轮廓，对图像边界上所有连续的点进行保存，并设置所有的轮廓信息相对于原始图像对应点的偏移量为0。

通过新建一个向量容器，并将轮廓查询中获取的所有轮廓信息进行连接，从而将若干个轮廓组合为一个；

轮廓分段，设置一个矩形作为轮廓划分的基准，通过使用minAreaRect函数来绘制当前轮廓的最小包容斜矩形，并记录其四个顶点的坐标，之后将轮廓容器中的所有点分别与斜矩形的四个顶点进行距离的运算，计算出四个距离矩形顶点最近的轮廓点，以这四个点作为基准点将轮廓分割成四段，轮廓划分点与最小包容矩形的相对位置。

图像轮廓修正的具体过程为：分段轮廓判别，通过轮廓划分将现有的轮廓划分为四段，判断四段轮廓对应的编号，并根据编号进行对应的处理，设定a、b、c、d为的四条边，设定A、B、C、D为的四个顶点，运动方向为x轴正方向，光幕挡光点编号由低到高的方向为y轴正方向，α为b边与x轴正方向的夹角，也就是的偏转角，根据的运行状况，先通过光幕的两条边为a、b边，由于x坐标最大的点为A点，则A点为先通过光幕的点，与A点相邻的两点中，规定y值大的点为D点，y值小的为B点，得到当前轮廓图四条边与四个角的对应编号；

偏转情况判别，由于c边与d边的处理方式与的偏转角度有关，当以不同的偏转角度通过光幕时，所采取的处理方式不同，以的运动方向为x轴正方向，x坐标最大的点为A点，b边与x轴的夹角为的偏转角度α，a、b两边的处理方式均为提取轮廓上离轮廓中心最远点，在偏转角度α<45°与α≥45°时，c、d边的情况有所区别，依据轮廓划分后生成的最小包容矩形，判别出当前的偏转情况，得到对应的轮廓处理方案；

滤波范围确定，在进行分段轮廓与偏转情况的判别后，根据轮廓处理方案对各边进行有效轮廓点的筛选，有效轮廓点的选取会影响最小包容矩形算法的结果，对于提取离中心点最远点的边，有效轮廓点包含所有最远点，且其他点的混入不影响实际计算结果，因此其滤波范围可以选取1倍轮廓点的间隔；

轮廓点筛选，确定滤波范围后，对当前轮廓的轮廓点进行筛选，以选择出有效的轮廓点，规定实际轮廓的四边标记为a、b、c、d，数据帧绘制轮廓进行划分后的四条边标记为e、f、g、h，其中a与e、b与f、c与g、d与h相互对应，以提取滤波范围内离中心最近点为例，分别计算出四条边中满足条件的轮廓点后，将其整合成一个新的完整轮廓，该轮廓与实际的轮廓相接近。

最小包容矩形计算与显示优化的具体过程为：最小包容矩形计算，通过使用minAreaRect对该轮廓进行最小包容矩形的绘制与尺寸计算，则该矩形为所求的目标矩形，通过计算，可以求得该矩形的长和宽，如果当前图像为的俯视图，则使用求得的长与宽作为的长与宽，如果当前图像为的侧视图，则使用竖直方向最大值作为的高，由求得的尺寸数据可计算出的体积数据；

显示优化，依据数据帧进行绘制的图像存在锯齿，与的实际情况不符，使显示图像接近于实际图像，采取均值滤波后二值化的处理方式来对图像的边界进行一定的平滑处理，通过采用OpenCV中的blur函数，设置内核矩阵的大小为11×11，对图像进行均值滤波处理；

设图像某点的像素值为g(x,y)，其进行均值滤波处理后的像素值为f(x,y)，则其满足公式：

其中，为邻域算子，S为以当前点为中心，边长为11的点区域，由于内核矩阵的大小为11×11，即M＝11×11＝121，计算出当前图像中所有点的像素值；

接着对图片进行二值化处理，目标图像具有黑色与白色即可，采用固定阈值的二值化处理方法进行处理；

通过OpenCV的threshold函数，设置固定阈值为127，二值化方法设置为cv::THRESH_BINARY，该方法表示在图像中大于阈值的部分被置为255，否则被置为0，其函数表达式如下式所示，

其中N为全局阈值，即N＝127，x为图像的像素值，g(x)为阈值化后的像素值，将图像转换为只有0与255的二值化图像。然后根据检测的图像轮廓算出计算路面凸凹结构的深度(也就是轮廓长度)和底部表面积，将轮廓使用现有积分，把轮廓数据算出表面积。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.路面构造测试方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤，

步骤1：设置底板(3)，底板(3)上设置料桶(2)，料桶(2)与底板(3)的底部连通，料桶(2)内设置压杆(1)，底板(3)贴于地面；

步骤2：将挤压成型材料搅拌好放入料桶(2)内，然后用压杆(1)将挤压成型材料压到地面；

步骤3：待挤压成型材料冷却成型后，将挤压成型材料在路面成型的结构取出得到路面凸凹结构，并用冷水清洗干净；

步骤4：使用光幕测量装置对路面凸凹结构进行侧边360°扫描和底部平面扫描；

步骤5：将扫描的数据进行处理得到路面孔深度和路面凸凹结构的底部表面积；

步骤1中，底板(3)的底部设置有塑料封板(4)，塑料封板(4)的形状与底板(3)的形状相同；

步骤2中的挤压成型材料由30％固体石蜡、30％微晶石蜡、20％合成树脂和20％体积沸水搅拌而成；

步骤3中，使用冰水浇灌在路面上和挤压成型材料的外侧，待挤压成型材料的温度低于25℃时，将冷却成型的路面凸凹结构取出；

步骤4，设计数据读取模块和数据解析模块对光幕测量装置进行数据帧进行获取与解析，通过设计读取周期的选取、数据帧的解析与发送以及补帧处理三个模块，实现光幕数据的获取；

读取周期的选取的具体过程为：首先要保证读取周期小于或等于光幕的发送周期，由于发送周期并不固定，所以读取周期需要小于光幕最小发送周期，通过设定补帧条件来解决光幕可能出现的丢帧情况，当n次没有读到数据的时候，n为正整数，手动进行数据补帧处理，其中：

其中，Ts表示光幕发送周期，Tr表示设定读取周期，[]表示向下取整运算；为节省资源，Tr越大越好，故设定n取2，则T_s/2＜T_r＜T_s，光幕的实际发送周期为9.8ms-10.0ms，所以设定读取周期为8ms；

数据帧的解析与发送的具体过程为：

光幕将当前传感器的扫描状况以数据帧的方式进行打包，基于ModBus-RTU协议与工控机进行通讯，工控机接收到数据后将其存储到容器中，并周期性的读取数据，根据光幕数据帧的格式，对数据进行解析；

通过构建数据解析主函数、光幕数据解析器以及解析函数状态机来实现光幕数据的获取与解析，主函数负责与光幕建立通信，并调用解析器，解析器的作用是对当前收到的数据帧进行解析，并返回对应的值来表示数据解析的结果，状态机的作用是根据当前状态判断下一步的状态以及数据的传递；

其中解析器通过返回值的不同来判断当前数据帧的解析结果，返回值与其对应含义，根据返回值的不同，对当前获取的数据进行进一步的丢弃、报错和保存处理；

补帧处理的具体过程为：数据帧的数量影响平行于传送带方向的图形长度，数据帧丢失使该方向的长度减小，影响最终的计算结果，所以需要对数据帧进行丢帧处理，光幕发送周期为9.8ms-10.0ms，设定读取周期为8ms，如果两次没有读取到数据帧，则判定为该数据帧丢失，进行补帧处理，通过补帧，基本保证数据帧的数量正确，保证平行于传送带方向上的精度；

步骤5中，设计图像化处理模块将光幕发送的数据帧最终转换为初始图像，对初始图像进行绘制与轮廓的划分，修正处理，通过绘制轮廓的最小包容矩形，计算路面凸凹结构的深度和底部表面积；

通过设计图像的初始化模块、数据图像绘制模块和图像的拉伸处理模块实现光幕数据的图像化处理，通过对当前图像进行轮廓查询、轮廓划分和边界点查找的流程，计算出接近路面凸凹结构实际轮廓的边界点，并根据边界点绘制轮廓，轮廓修正，最后采用绘制其最小包容矩形，并以此计算路面凸凹结构的深度和底部表面积。