CN117867938B - 一种图像处理透水混凝土施工稳定性控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种图像处理透水混凝土施工稳定性控制方法，结合图像处理技术，对采集到的透水混凝土路面图像像素值进行处理，去除杂乱信号的不利影响和解决图像失真的问题；分析等份切割后图像的孔隙率数值变化的标准差大小判断透水混凝土路面施工是否存在不稳定现象，在施工中可实时反应施工稳定程度以便及时进行调整；选取透水混凝土路面性能指标，并对数据进行统一化处理。通过对原始数据的处理，消除性能指标在量纲上的影响；科学且高效的计算得出施工稳定性数值；控制透水混凝土摊铺施工时摊铺机的摊铺稳定系数，反算调整摊铺参数，增强施工稳定性，具有可操作性与直观性。
Description
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其涉及图像处理技术在路面工程中的应用。本发明提出了一种图像处理透水混凝土施工稳定性控制方法。
背景技术
透水混凝土是经过特殊无机型透水保水水泥混凝土增强剂经与水混合形成稀释液再于水泥混合形成水泥浆包裹住粗、细骨料，配合精细施工制成具有连续孔隙的混凝土，是一种新型生态环保型道路的铺装材料。它既可满足各种载荷道路的强度要求，又具有透气透水性，可以分解汽车尾气等有害气体，吸附微小粉尘，降音、降噪，缓解城市“热岛效应”等。
透水混凝土路面施工稳定性对于路面性能的控制至关重要。要保证透水混凝土路面整体结构强度，不仅要保证施工质量，还要保证施工质量的稳定性。目前通过常规方法对路面质量进行检测，检测结果只能代表每个点位的施工质量，不能判断整段路面的施工稳定程度。在施工过程中，要想在保证施工质量的前提下加快施工进程，需要对施工稳定性做出快速检测和客观可靠的总体评价，因此有必要提出透水混凝土路面施工稳定性控制方法。
论文《混凝土拌合物稳定性及其对工程结构耐久性影响的研究进展》（蔡渝新，刘清风）介绍了关于评价混凝土拌合物稳定性的试验和数值模拟方法;综合分析了骨料、掺合料等原材料性能,水胶比、减水剂用量等配合比设计参数,以及现场施工因素对稳定性的影响;系统探讨了混凝土拌合物的稳定性对其硬化后混凝土保护层渗透性、钢筋-混凝土界面缺陷和钢筋锈蚀起始时间的作用机理。
论文《基于海绵城市理念的市政道路透水混凝土施工技术的应用》（任贺贺，武玉东，刘济松等，中国房地产业2019）以郑州市某道路建设项目EPC总承包项目为例,通过对具体项目道路透水混凝土的施工,阐述透水混凝土施工的基本工艺和主要方法,结合现场施工工况采取相应的措施予以解决。
公开（公告）号：CN115726242A公开了一种透水混凝土路面及其施工方法。透水土工布层具有向道路两侧倾斜的坡度，使雨水能够将透水土工布层表面的固体物质带向路面结构的两侧，减少堆积在透水土工布层表面的固体物质，从而有利于使透水土工布在更长的时间内保持高效的透水效率。
公开（公告）号：CN116084229A公开了一种城市广场彩色透水混凝土的施工方法。包括以下步骤：S1、基层整平，修理平整基础面并压实；S2、铺设垫层，在基础面上放置两块设计厚度的方木，将搅拌好的级配碎石摊铺在基础面上；S3、铺设砂滤层；S4、支设模板；S5、拌制彩色透水混凝土，在拌制彩色透水混凝土时，采用三次加料法；S6、运输彩色透水混凝土，完成后立即运输；S7、浇筑基层彩色透水混凝土，将混凝土均匀摊铺在工作面上，然后压实；S8、铺设面层彩色透水混凝土，面层与基层同步浇筑。施工方法操作过程及所用设备简单、施工过程中厚度精确控制，改善和提高了彩色透水混凝土的强度、耐久性及透水性。
公开（公告）号：CN112726342A公开了一种市政路面透水混凝土施工方法。采用施工设备进行施工，该施工设备包括车体、设于车体上方的混凝土模块、设于车体中的槽一、其特征在于车体上的混凝土储存模块、设于车体中的槽二、设于车体上方的混凝土搅散装置、设于车体上方的混凝土均平装置、设于与车体上方的振平装置；所述混凝土搅散装置包括震动结构、与该震动结构配合的搅散结构；本发明通过设置了搅散结构将透水混凝土搅散有利于铺设时增加透水性；设置了震动结构使混凝土在输送中不影响松散度；设置了振平装置为透水混凝土提供更好的透水性。
通过相关文献的分析可以发现，现有论文与专利文件都是提出透水混凝土的施工步骤及注意要点，并没有提及施工不稳定的问题及结局方法，施工质量的持续性保持这一方面的研究仍处于空白状态。鉴于施工质量稳定对于路面质量的重要性，提出一种图像处理透水混凝土施工稳定性控制方法显得迫切且必要。
发明内容
为解决在透水混凝土路面施工稳定性难以确定与控制的问题，本发明提出了一种图像处理透水混凝土施工稳定性控制方法。
为了实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种图像处理透水混凝土施工稳定性控制方法，包括以下步骤：
（1）采集施工成型路段的透水混凝土路面表面图像，对采集到的图像像素点进行去杂和保护处理；
（2）对处理后的图像进行等份切割，通过孔隙率数值变化的标准差大小确定透水混凝土路面施工是否存在不稳定现象；
（3）选取透水混凝土路面性能指标，并对数据进行统一化处理；
（4）根据透水混凝土路面性能指标统一化处理后的数据矩阵，计算得出特征值与特征向量；
（5）根据透水混凝土路面性能指标特征值与特征向量，计算得出性能计算矩阵；
（6）确定透水混凝土路面“性能评价指标因子数”；
（7）计算透水混凝土路面性能指标施工稳定性数值，并判断不稳定程度；
（8）通过控制透水混凝土摊铺施工时摊铺机的摊铺稳定系数来增强施工稳定性。
本发明的进一步技术：
优选的，步骤（1）具体为：
1）去杂和保护模板采用9方格像素点集合，并给每个像素点赋予坐标值，分别为、/>、/>、/>、/>、/>、/>、和/>；
2）按照下式计算1）中的每个像素点的加权系数值：
；
式中：
—像素点的加权系数值；
—每个像素点/>坐标值；
—每个像素点/>坐标值；
—像素点/>坐标值的标准差；
—像素点/>坐标值的标准差；
将上式计算后的结果，统一归一化处理；
3）将原图像每个像素点的像素值与2）中取得的加权系数值相乘并求和，得到新的像素值。
优选的，步骤（2）具体为：
1）将采集到并经过处理后的透水混凝土路面表面图像均分为若干张相同大小的图像；划分的大小相同的图像数量通过路面宽度来确定，若宽度大于等于25m，则取16；若宽度小于25m，则取9；
2）通过计算机识别步骤（1）处理后图像的像素值，以图像中的孔隙像素值与总像素值比值作为孔隙率；
3）计算划分的大小相同的图像孔隙率数值的标准差，若标准差大于0.02，则需要继续进行步骤（3）。
优选的，步骤（3）具体为：
1）选取28d抗压强度、15℃透水系数、磨损量作为透水混凝土路面性能指标，分别记为、/>和/>；
2）对于、/>和/>做如下处理：
；
式中：—适度值；
3）对于、/>和/>进一步处理：
；
、/>与/>为处理后的性能指标具体数值，构成了矩阵/>。
优选的，步骤（4）包含以下步骤：
求出矩阵的特征值/>以及对应的特征向量。
优选的，步骤（5）中的性能计算矩阵通过下式确定：
。
优选的，步骤（6）中的透水混凝土路面“性能评价指标因子数”通过以下方法确定：
画出每个透水混凝土路面性能指标等效值与“性能评价指标因子数”的关系曲线图；
按照下列公式分别计算28d抗压强度、15℃透水系数、磨损量指标“性能评价指标因子数”与性能指标等效值：
28d抗压强度：；
15℃透水系数：；
磨损量：；
若 ，则取/> 为确定的28d抗压强度“性能评价指标因子数”；
式中：—第/>个28d抗压强度 “性能评价指标因子数”对应的性能指标等效值；
—第/>个28d抗压强度 “性能评价指标因子数”对应的性能指标等效值；
若 ，则取/> 为确定的15℃透水系数“性能评价指标因子数”；
式中：—第/>个15℃透水系数 “性能评价指标因子数”对应的性能指标等效值；
—第/>个15℃透水系数 “性能评价指标因子数”对应的性能指标等效值；
若，则取/> 为确定的“性能评价指标因子数”；
式中：—第/>个磨损量“性能评价指标因子数”对应的性能指标等效值；
—第/>个磨损量“性能评价指标因子数”对应的性能指标等效值；
—透水混凝土孔隙率，%；
—因子计算系数；
—透水混凝土抗压强度7d与28d抗折强度之比；
—透水混凝土抗折强度7d与28d抗折强度之比。
优选的，步骤（7）中的透水混凝土路面施工稳定性数值通过以下方法确定：
；
式中：—透水混凝土路面施工稳定性数值；
—步骤（4）中求出的特征向量具体数值；
—步骤（4）中处理后的特征向量具体个数；
—步骤（5）中处理后的性能计算矩阵指标具体数值；
—步骤（6）中确定的性能评价指标因子数；
稳定性具体划分标准为：的绝对值处于0-0.001之间为轻度不稳定，/>的绝对值处于0.001-0.002之间为中度不稳定，/>的绝对值处于0.002以上为重度不稳定。
优选的，步骤（8）中施工透水混凝土路面时摊铺机的摊铺稳定系数通过以下方法控制：
；
式中：—摊铺稳定系数；
—摊铺机布料器中混凝土合成速度与面法线的夹角；
—施工稳定性系数，/>的绝对值处于0-0.001之间，轻度不稳定时取0.1；/>的绝对值处于0.001-0.002之间，中度不稳定时取0.2；/>的绝对值处于0.002以上，重度不稳定时取0.3；
—透水混凝土与布料器叶片之间的摩擦系数。
本发明的有益效果为：
本发明提出的一种图像处理透水混凝土施工稳定性控制方法，结合图像处理技术，对采集到的透水混凝土路面图像像素值进行处理，
去除杂乱信号的不利影响和解决图像失真的问题；分析等份切割后图像的孔隙率数值变化的标准差大小判断透水混凝土路面施工是否存在不稳定现象，在施工中可实时反应施工稳定程度以便及时进行调整；选取透水混凝土路面性能指标，并对数据进行统一化处理。通过对原始数据的处理，消除性能指标在量纲上的影响；计算得出处理后的性能指标数据的特征值与特征向量、性能计算矩阵以及“性能评价指标因子数”，科学且高效的计算得出施工稳定性数值，避免海量检测数据处理带来的效率低和易出错等问题，突出主要影响因素；控制透水混凝土摊铺施工时摊铺机的摊铺稳定系数，反算调整摊铺参数，增强施工稳定性，具有可操作性与直观性。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本说明，并不用于限定本发明。
实施例：
某公路铺筑透水混凝土路面，路面宽度为24.5m。
1、采集施工成型路段的透水混凝土路面表面图像，对采集到的图像像素点进行去杂和保护处理
（1）采集该项目已经施工的路段照片；
（2）对采集到的图像像素点进行去杂和保护处理
1）去杂和保护模板采用9方格像素点集合，并给每个像素点赋予坐标值，如下所示。
2）按照下式计算1）中的每个像素点的加权系数值：
；
式中：
—像素点的加权系数值；
—像素点/>坐标值的标准差；
—像素点/>坐标值的标准差。
计算得出每个像素点的加权系数值如下所示：
统一归一化处理后的结果为：
3）将原图像每个像素点的像素值与2）中取得的加权系数值相乘并求和，得到中心像素点的像素值。
9方格像素点的原始像素值如下所示：
4）与2）中取得的加权系数值相乘并求和，得到中心像素点的像素值：
按照此方法，将原图像的每个像素点都进行统一处理，得到新的像素值。
2、对处理后的图像进行等份切割，通过孔隙率数值变化的标准差大小确定透水混凝土路面施工是否存在不稳定现象
1）将采集到并经过处理后的透水混凝土路面表面图像均分为若干张相同大小的图像。本项目路面宽度为24.5m，将采集到的路面图像按井字格平均划分为9等份。
2）通过计算机识别步骤（1）处理后图像的像素值，以图像中的孔隙像素值与总像素值比值作为孔隙率；
得到的每个大小相同的图像中的孔隙率数值分别为：18%、21%、25%、19%、25%、26%、19%、23%、27%。
3）计算划分的大小相同的图像孔隙率数值的标准差，若标准差大于0.02，则需要继续进行下面的步骤。
计算得出孔隙率数值的标准差为0.034，大于0.02，表明施工存在不稳定现象，需要继续进行下面的步骤。
3、选取透水混凝土路面性能指标，并对数据进行统一化处理
1）选取选取28d抗压强度（MPa）、15℃透水系数（mm/s）、磨损量（mm）作为透水混凝土路面性能指标，分别记为、/>和/>；
28d抗压强度、15℃透水系数、磨损量指标原始数据如下所示。
2）对于、/>和/>做如下处理：
；
式中：—适度值，本项目取2。
则处理后的28d抗压强度、15℃透水系数、磨损量指标数据如下所示。
3）对于、/>和/>进一步处理：
；
、/>与/>为处理后的性能指标具体数值。
进一步处理后的28d抗压强度、15℃透水系数、磨损量指标数据如下所示，构成了矩阵。
处理后的透水混凝土路面性能指标矩阵为
4、求出矩阵的特征值/>以及对应的特征向量；
求得矩阵对应的特征值为/>，对应的特征向量为/>。
5、根据透水混凝土路面性能指标特征值与特征向量，计算得出性能计算矩阵
。
6、透水混凝土路面性能指标因子数通过以下方法确定：画出每个透水混凝土路面性能指标等效值与“性能评价指标因子数”的关系曲线图。
按照下列公式分别计算28d抗压强度、15℃透水系数、磨损量指标“性能评价指标因子数”与性能指标等效值。
28d抗压强度：；
15℃透水系数：；
磨损量：；
若 ，则取/> 为确定的28d抗压强度“性能评价指标因子数”；
式中：—第/>个28d抗压强度 “性能评价指标因子数”对应的性能指标等效值；
—第/>个28d抗压强度 “性能评价指标因子数”对应的性能指标等效值；
若 ，则取/> 为确定的15℃透水系数“性能评价指标因子数”；
式中：—第/>个15℃透水系数 “性能评价指标因子数”对应的性能指标等效值；
—第/>个15℃透水系数 “性能评价指标因子数”对应的性能指标等效值；
若，则取/> 为确定的“性能评价指标因子数”；
式中：—第/>个磨损量“性能评价指标因子数”对应的性能指标等效值；
—第/>个磨损量“性能评价指标因子数”对应的性能指标等效值；
—透水混凝土孔隙率，%；
—因子计算系数；
—透水混凝土抗压强度（7d）与抗折强度（28d）之比；
—透水混凝土抗折强度（7d）与抗折强度（28d）之比。
计算结果如下表所示。
性能指标等效值与“性能评价指标因子数”对应关系
透水混凝土不同养护时间（7d、28d）的抗压抗折强度值
，/>，/>取18%，/>取-3，则/>
对于28d抗压强度和15℃透水系数指标来说，当=3时，
，
，因此“性能评价指标因子数”定为3。而对于磨损量指标来说，当/>=2时，
，因此“性能评价指标因子数”定为2。
计算透水混凝土路面性能指标施工稳定性数值，并判断不稳定程度
；
式中：—透水混凝土路面施工稳定性数值；
—步骤（4）中求出的特征向量具体数值；
—步骤（4）中处理后的特征向量具体个数；
—步骤（5）中处理后的性能计算矩阵指标具体数值；
—步骤（6）中确定的性能评价指标因子数。
计算可得对于28d抗压强度和15℃透水系数指标来说施工稳定性数值，因此属于轻度不稳定。对于磨损量指标来说，施工稳定性数值/>，因此属于轻度不稳定。
总体而言，本项目施工稳定性属于轻度不稳定，因此下一步中施工稳定性系数取0.1。
通过控制透水混凝土摊铺施工时摊铺机的摊铺稳定系数来增强施工稳定性
需要在后续的施工中对于摊铺机的摊铺稳定系数进一步控制。施工透水混凝土路面时摊铺机的摊铺稳定系数通过以下方法控制：
；
式中：—摊铺稳定系数；
—摊铺机布料器中混凝土合成速度与面法线的夹角；
—施工稳定性系数，取0.1；
—透水混凝土与布料器叶片之间的摩擦系数，取0.3。
计算可得，摊铺机施工时需要控制。
经过施工调整后，再采集透水混凝土路面表面的图像，同样的对图像进行步骤（1）和步骤（2）处理，得到的9个大小相同的图像中的孔隙率数值分别为：19%、20%、22%、19%、22%、21%、20%、23%、21%。
计算得出孔隙率数值的标准差为0.014，小于0.02，表明施工已经消除了不稳定现象。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (1)
1.一种图像处理透水混凝土施工稳定性控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）采集施工成型路段的透水混凝土路面表面图像，对采集到的图像像素点进行去杂和保护处理；
步骤（1）具体为：
1）去杂和保护模板采用9方格像素点集合，并给每个像素点赋予坐标值，分别为、/>、/>、/>、/>、/>、/>、和/>；
2）按照下式计算1）中的每个像素点的加权系数值：
；
式中：
—像素点的加权系数值；
—每个像素点/>坐标值；
—每个像素点/>坐标值；
—像素点/>坐标值的标准差；
—像素点/>坐标值的标准差；
将上式计算后的结果，统一归一化处理；
3）将原图像每个像素点的像素值与2）中取得的加权系数值相乘并求和，得到新的像素值；
（2）对处理后的图像进行等份切割，通过孔隙率数值变化的标准差大小确定透水混凝土路面施工是否存在不稳定现象；
步骤（2）具体为：
1）将采集到并经过处理后的透水混凝土路面表面图像均分为若干张相同大小的图像；划分的大小相同的图像数量通过路面宽度来确定，若宽度大于等于25m，则取16；若宽度小于25m，则取9；
2）通过计算机识别步骤（1）处理后图像的像素值，以图像中的孔隙像素值与总像素值比值作为孔隙率；
3）计算划分的大小相同的图像孔隙率数值的标准差，若标准差大于0.02，则需要继续进行步骤（3）;
（3）选取透水混凝土路面性能指标，并对数据进行统一化处理；
步骤（3）具体为：
1）选取28d抗压强度、15℃透水系数、磨损量作为透水混凝土路面性能指标，分别记为、/>和/>；
2）对于、/>和/>做如下处理：
；
式中：—适度值；
3）对于、/>和/>进一步处理：
；
、/>与/>为处理后的性能指标具体数值，构成了矩阵/>；
（4）根据透水混凝土路面性能指标统一化处理后的数据矩阵，计算得出特征值与特征向量；
步骤（4）包含以下步骤：
求出矩阵的特征值/>以及对应的特征向量；
（5）根据透水混凝土路面性能指标特征值与特征向量，计算得出性能计算矩阵；
步骤（5）中的性能计算矩阵通过下式确定：
；
（6）确定透水混凝土路面“性能评价指标因子数”；
步骤（6）中的透水混凝土路面“性能评价指标因子数”通过以下方法确定：
画出每个透水混凝土路面性能指标等效值与“性能评价指标因子数”的关系曲线图；
按照下列公式分别计算28d抗压强度、15℃透水系数、磨损量指标“性能评价指标因子数”与性能指标等效值：
28d抗压强度：；
15℃透水系数：；
磨损量：；
若 ，则取/> 为确定的28d抗压强度“性能评价指标因子数”；
式中：—第/>个28d抗压强度 “性能评价指标因子数”对应的性能指标等效值；
—第/>个28d抗压强度 “性能评价指标因子数”对应的性能指标等效值；
若 ，则取/> 为确定的15℃透水系数“性能评价指标因子数”；
式中：—第/>个15℃透水系数 “性能评价指标因子数”对应的性能指标等效值；
—第/>个15℃透水系数 “性能评价指标因子数”对应的性能指标等效值；
若，则取/> 为确定的“性能评价指标因子数”；
式中：—第/>个磨损量“性能评价指标因子数”对应的性能指标等效值；
—第/>个磨损量“性能评价指标因子数”对应的性能指标等效值；
—透水混凝土孔隙率，%；
—因子计算系数；
—透水混凝土抗压强度7d与28d抗折强度之比；
—透水混凝土抗折强度7d与28d抗折强度之比；
（7）计算透水混凝土路面性能指标施工稳定性数值，并判断不稳定程度；
步骤（7）中的透水混凝土路面施工稳定性数值通过以下方法确定：
；
式中：—透水混凝土路面施工稳定性数值；
—步骤（4）中求出的特征向量具体数值；
—步骤（4）中处理后的特征向量具体个数；
—步骤（5）中处理后的性能计算矩阵指标具体数值；
—步骤（6）中确定的性能评价指标因子数；
稳定性具体划分标准为：的绝对值处于0-0.001之间为轻度不稳定，/>的绝对值处于0.001-0.002之间为中度不稳定，/>的绝对值处于0.002以上为重度不稳定；
（8）通过控制透水混凝土摊铺施工时摊铺机的摊铺稳定系数来增强施工稳定性;
步骤（8）中施工透水混凝土路面时摊铺机的摊铺稳定系数通过以下方法控制：
；
式中：—摊铺稳定系数；
—摊铺机布料器中混凝土合成速度与面法线的夹角；
—施工稳定性系数，/>的绝对值处于0-0.001之间，轻度不稳定时取0.1；/>的绝对值处于0.001-0.002之间，中度不稳定时取0.2；/>的绝对值处于0.002以上，重度不稳定时取0.3；
—透水混凝土与布料器叶片之间的摩擦系数。
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