沥青路面分层检测方法及装置与流程

本发明涉及雷达数据产品处理技术领域，具体涉及一种沥青路面分层检测方法及装置。

背景技术：

在沥青路面工程质量管理过程中，新建沥青路面的质量检验需要对沥青路面层进行检验，检验内容包括结构层的压实度、厚度及强度等指标，在沥青路面工程质量管理中发挥了重要作用。

目前，现有的沥青路面层分层检测办法均采用钻芯取样，通过钻芯机在指定的路段按照一定的取样间距进行取样，然后通过肉眼识别各个样本的分层，实现沥青路面的分层检测。

然而，目前的钻芯取样测量方法不利于公路管理，其至少具有以下几个方面的缺陷：取样过程会对原沥青路面造成破坏；间断式的取样具有随机性，无法全面判断路面结构层的情况；在运营公路中进行取芯，影响交通的正常运行。

技术实现要素：

针对现有的路面分层检测技术方案具有的对原路面造成损坏、检测结果有随机性、影响交通运行等缺陷，本发明提出如下技术方案：

本发明一方面提供了一种沥青路面分层检测方法，包括：

根据预设的采样间距和发射频率向待检测的沥青路段的路面发送脉冲形式的高频宽带电磁波；

接收所述沥青路面下方的各层界面反射的电磁波；

对接收到的所述反射的电磁波进行数据处理，以确定所述反射的电磁波的波形以及强度参数；

根据所述反射的电磁波的波形以及强度参数确定所述沥青路面的各层的分层形态信息。

可选地，所述通过雷达天线接收所述沥青路面下方的各层界面反射的电磁波，包括：

通过雷达天线接收所述沥青路面的多个预设位置下方的各层界面反射的电磁波。

可选地，所述方法还包括:

根据待检测的沥青路面的预设检测深度确定所述雷达天线的接收频率。

可选地，所述对接收到的所述反射的电磁波进行数据处理，包括：

对接收到的所述反射的电磁波依次进行数据编辑和解振荡；

对经过解振荡后得到的电磁波图形进行背景消除、直耦波去除以及水平高通滤波处理；

对经过水平高通滤波处理得到的电磁波图形进行地形校正、相干加强、偏移处理以及增益放大处理，以获取所述反射的电磁波的波形以及强度参数。

可选地，所述根据预设的采样间距和发射频率向待检测的沥青路段的路面发送脉冲形式的高频宽带电磁波，包括：

通过DMI测距仪确定所述采样间距及检测路段长度。

可选地，所述方法还包括：

通过全球卫星定位系统GPS确定当前检测的沥青路段的位置信息。

另一方面，本发明还提供了一种沥青路面分层检测装置，包括雷达主机、与所述雷达主机相连的发射天线、接收天线以及计算机系统；

其中，所述检测装置固定于汽车或者其他预设移动装置上；

所述发射天线用于根据预设的采样间距和发射频率向待检测的沥青路段的路面发送脉冲形式的高频宽带电磁波；

所述接收天线用于接收所述沥青路面下方的各层界面反射的电磁波；

所述计算机系统用于通过所述雷达主机对接收到的所述反射的电磁波进行处理和分析，以确定所述反射的电磁波的波形以及强度参数；以及，根据所述反射的电磁波的波形以及强度参数确定所述沥青路面的各层的分层形态信息。

可选地，所述发射天线和所述接收天线的类型包括地耦天线和空耦天线。

可选地，所述装置还包括：

DMI测距仪，用于确定所述采样间距与路段检测长度。

可选地，所述装置还包括：全球卫星定位系统GPS，用于确定当前检测的沥青路段的位置信息。

本发明的沥青路面分层检测方法及装置，根据预设的采样间距和发射频率向待检测的沥青路段的路面发送脉冲形式的高频宽带电磁波，并接收所述沥青路面下方的各层界面反射的电磁波，再对接收到的所述反射的电磁波进行数据处理，以确定所述反射的电磁波的波形以及强度参数，进而根据所述反射的电磁波的波形以及强度参数确定所述沥青路面的各层的分层形态信息，可以避免对检测的路面结构造成损坏以及对道路交通活动的影响，准确地实现沥青路面的分层检测。

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，下面将对实施例或现有技术描述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为本发明一个实施例的沥青路面分层检测方法的流程示意图；

图2为本发明一个实施例的沥青路面分层检测装置的结构示意图；

图3为本发明另一个实施例的沥青路面分层检测装置的结构示意图；

图4为本发明一个实施例的沥青路面分层检测结果示意图；

图5为本发明另一个实施例的沥青路面分层检测结果示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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地描述，显然，所描述的实施例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。

图1为本发明一个实施例的沥青路面分层检测方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括：

S1：根据预设的采样间距和发射频率向待检测的沥青路段的路面发送脉冲形式的高频宽带电磁波；

作为本实施例的优选，步骤S1所述通过雷达天线接收所述沥青路面下方的各层界面反射的电磁波，可以具体包括：

通过雷达天线接收所述沥青路面下方的各结构层分界面反射的电磁波。

S2：接收所述沥青路面下方的各结构层分界面反射的电磁波；

S3：对接收到的所述反射的电磁波进行数据处理，以确定所述反射的电磁波的波形以及强度参数；

具体地，步骤S3中所述对接收到的所述反射的电磁波进行数据处理，包括：

对接收到的所述反射的电磁波依次进行数据编辑和解振荡；

对经过解振荡后得到的电磁波图形进行背景消除、直耦波去除以及水平高通滤波处理；

对经过水平高通滤波处理得到的电磁波图形进行地形校正、相干加强、偏移处理以及增益放大处理，以获取所述反射的电磁波的波形以及强度参数。

S4：根据所述反射的电磁波的波形以及强度参数确定所述沥青路面的各结构层的分层形态信息。

进一步地，作为上述方法实施例的优选，所述方法还可以包括：

根据待检测的沥青路面的预设检测深度确定所述雷达天线的接收频率。

进一步地，作为上述方法实施例的优选，所述根据预设的采样间距和发射频率向待检测的沥青路段的路面发送脉冲形式的高频宽带电磁波，还可以包括：

通过DMI测距仪确定所述采样间距与路段检测长度。

进一步地，作为上述方法实施例的优选，所述方法还包括：

通过全球卫星定位系统GPS确定当前检测的沥青路段的位置信息。

本实施例的沥青路面分层检测方法，根据预设的采样间距和发射频率向待检测的沥青路段的路面发送脉冲形式的高频宽带电磁波，并接收所述沥青路面下方的各层界面反射的电磁波，再对接收到的所述反射的电磁波进行数据处理，以确定所述反射的电磁波的波形以及强度参数，进而根据所述反射的电磁波的波形以及强度参数确定所述沥青路面的各层的分层形态信息，可以避免对检测的路面结构造成损坏以及对道路交通活动的影响，准确地实现沥青路面的分层检测。

图2为本发明一个实施例的沥青路面分层检测装置的结构示意图，如图2所示，该装置包括雷达主机10、与所述雷达主机10相连的发射天线20、接收天线30以及计算机系统40；

其中，所述检测装置固定于汽车或者其他预设移动装置上；

所述发射天线20用于根据预设的采样间距和发射频率向待检测的沥青路段的路面发送脉冲形式的高频宽带电磁波；

所述接收天线30用于接收所述沥青路面下方的各结构层分界面反射的电磁波；

所述计算机系统40用于通过所述雷达主机10对接收到的所述反射的电磁波进行处理和分析，以确定所述反射的电磁波的波形以及强度参数；以及，根据所述反射的电磁波的波形以及强度参数确定所述沥青路面的各层的分层形态信息。

进一步地，作为上述装置实施例的优选，所述发射天线20和所述接收天线30的类型还可包括地耦天线和空耦天线。

进一步地，作为上述装置实施例的优选，所述装置还可包括：

DMI测距仪，用于确定所述采样间距与路段检测长度。

进一步地，作为上述装置实施例的优选，所述装置还可包括：全球卫星定位系统GPS，用于确定当前检测的沥青路段的位置信息。

本实施例所述的装置可以用于执行上述方法实施例，其原理和技术效果类似，此处不再赘述。

需要说明的是，对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

下面以一具体的实施例来说明本发明，但不限定本发明的保护范围。

本实施例的沥青路面分层检测方法是基于雷达技术的路面分层无损检测方法，可以避免对路面结构的损坏和道路交通活动的影响，实现路面结构分层的检测，具体步骤可以包括：

(1)利用电缆将雷达天线、雷达主机、计算机系统、测距仪、定位系统等功能元件连接成一体，同时各装置安装固定于汽车或者其他相应的移动装置中，本实施例的沥青路面分层检测装置的结构示意图如图2所示；

(2)在组合连接好的雷达检测装置中，根据检测路面结构的深度，由于电磁波在介质中穿行的过程中，频率越高，衰减速度越快，探测的深度越小，分辨率越高，相反，频率越低，衰减速度越慢，探测的深度越大，但分辨率会减小。因此，本实施例提供了300MHz、1GHz、2GHz三种频率的天线，其中使用1GHz和2GHz空气耦合天线50探测深度0.3m内的沥青道路分层信息，用300MHz的地面耦合天线60探测深度1.5m内的道路结构分层情况(参见图3)；

(3)在本实施例中，在路面分层雷达检测装置中，安装了GPS定位系统，由于车载系统的最高时速要求不低于40公里/小时，为了使雷达数据的位置信息更加准确，本装置中采用了数据更新率为20Hz的差分GPS。系统利用其中的经纬度信息，在电子地图上可以实现检测车运动轨迹的跟踪动态显示。同时将经纬度信息存入与探地雷达数据相应的数据库表中，结合GIS系统，可以显示雷达数据对应的位置信息；

(4)根据公路检测的要求，需要装置能够确定检测的长度，并在路段位置上标记，本实施例中安装了DMI测距仪，通过将DMI测距仪安装于车辆或者移动装置的轮轴上，通过标定DMI测距仪在车辆或移动装置移动时候，轮轴转动过程中切割线圈磁场的次数，然后对距离进行标定，以得到雷达路面分层检测装置的检测长度。

(5)确定检测路段，明确检测路段的长度，检测路段的起终点及桩号信息，并记录在雷达检测路段信息中；

(6)根据路段的管理要求，制定路面分层检测过程中的采样频率或采样间距。路段采样频率中以时间为出发单位，在装置中输入多长时间内进行一次路面分层信息的采样，如制定时间为1秒，则每秒采集信息1次。路段采样若以采样间距为触发，则在装置中输入车辆或移动装置移动多长距离进行一次路面分层信息的采样，如制定采样间距为20cm，则车辆或装置移动20cm则雷达即进行一次路面分层信息的采样；

(7)控制检测车辆按检测要求的速度前行，路面雷达分层检测装置即开始检测，通过发射和接收电磁波进行路面分层信息采集，雷达主机在接收到电磁波信息后，通过指定线路将电磁波谱图信息传输到计算机装置中；

(8)计算机对接收到的电磁波谱图进行信息采集，运用软件进行电磁波谱图的预处理，具体步骤包括数据编辑、解振荡、背景消除、去除直耦波、水平高通滤波、地形校正、相干加强、偏移处理、增益放大等，最后得到沥青路面的分层图像，实现沥青路面分层的无损检测。

下面以两个实施例来说明本发明实施例，但不限定本发明的保护范围。

实施例一、路段一沥青路面分层检测

路段信息：长度为1km，起点桩号为K0+000，终点桩号为K1+000。

探测界面深度：17cm处的面层与基层分界面。

沥青路面分层检测过程：

(1)检查雷达路面分层检测装置的连接情况，确认各个元件工作性能完好。

(2)天线频率选择：分界面在深度为17cm的位置处，为了提高分辨率，选用频率为2GHz的空耦天线。

(3)采样频率的选定，本路段选用距离作为触发进行采样，按照10cm为距离进行电磁波的采集，每个采样间距为一道采样数据，由此1km的路段长度采样数据为10000道。

(4)在路段的起点位置，桩号为K0+000位置开始检测，用DMI测距仪进行位置校对，进行全路段1km检测。

(5)完成该路段的全路段检测后，将数据传输到计算机中，进行数据的预处理，处理完成后可以得到该路段全路段的面层分层情况，具体地，图4为本发明一个实施例的沥青路面分层检测结果示意图；如图4所示，该路段面层分层结果包括：地面401和面层/基层分界面402。

实施例二、路段二沥青路面分层检测

路段信息：长度为2km，起点桩号为K0+000，终点桩号为K2+000。

探测界面深度：15cm处的面层与基层分界面，35cm深度位置处的基层与路面之间的分界面。

沥青路面分层检测过程：

(1)检查雷达路面分层检测装置的连接情况，确认各个元件工作性能完好。

(2)天线频率选择：面层与基层分界面在深度为15cm的位置处，为了提高分辨率，选用频率为2GHz的空耦天线；基层与土基之间的分界面在35cm深度的位置，选用频率为300MHz的地耦天线

(3)采样频率的选定，本路段选用距离作为触发进行采样，按照20cm为距离进行电磁波的采集，每个采样间距为一道采样数据，由此2km的路段长度采样数据为10000道。

(4)在路段的起点位置，桩号为K0+000位置开始检测，用DMI测距仪进行位置校对，进行全路段2km检测。

(5)完成该路段的全路段检测后，将数据传输到计算机中，进行数据的预处理，处理完成后可以得到该路段全路段的面层分层情况。具体地，图5为本发明另一个实施例的沥青路面分层检测结果示意图；如图5所示，该路段全路段的面层分层结果包括地面501、面层/基层界面502以及第3个界面503。

根据上述雷达路面分层检测实施例可知，本发明的沥青路面分层检测方法及装置能够实现路面分层的无损检测，避免了钻芯取样对路面的损坏，检测结果覆盖全路段，减少了结果的随机性，同时避免了路面分层检测过程中对交通活动的影响。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。