沥青路面混合料摊铺均匀性的实时检测方法
【专利说明】沥青路面混合料摊铺均匀性的实时检测方法 发明领域
[0001] 本发明涉及到沥青路面摊铺均匀性的检测技术，特别涉及到一种沥青路面混合料 摊铺均匀性的实时检测方法。
【背景技术】
[0002] 热拌沥青混合料路面在摊铺过程中，由于各种各样的原因，可能会产生沥青含量 偏离或/和粗细集料分布不均匀现象，即所谓离析现象。沥青混合料离析将导致实际路面 的混合料级配和沥青含量严重偏离设计值，造成沥青路面整体质量不均匀，不仅会诱发沥 青路面发生各类早期损害，而且对路面长期使用性能也有重要影响。
[0003]目前，沥青路面混合料摊铺均匀性的检测方法主要有视觉识别、铺砂试验和核子 密度仪三种。视觉识别的主观性过强，缺乏统一标准；铺砂试验原理简单，测量方便，但是极 其耗时；核子密度仪有一定的局限性，检测结果离散程度较大。显然，现有技术沥青路面混 合料摊铺均匀性的检测方法存在着缺乏统一标准、极其耗时和检测结果离散程度较大等问 题。
【发明内容】
[0004] 为解决现有技术沥青路面混合料摊铺均匀性的检测方法存在的缺乏统一标准、极 其耗时和检测结果离散程度较大等问题，本发明提出一种沥青路面混合料摊铺均匀性的实 时检测方法。本发明沥青路面混合料摊铺均匀性的实时检测方法，以设定的采集高度、光 源亮度和照射角度对沥青混合料摊铺机边摊铺边实时拍摄摊铺路面的彩色数码图像；采用 MATLAB软件对彩色数码图像进行图像灰化、图像滤波、直方图均衡化、图像二值化和形态学 图像处理；以9. 5mm~26. 5mm粒径的沥青混合料为基础，获取沥青混合料中各粒径范围的 集料对X轴、Y轴的静距差α。、各次级区域相对于图像原始中心的静距差之和a JP各次级 区域自身静距差之和α2，并以α(]、α JP α 2作为判断沥青路面混合料摊铺均匀性的指标， 并通过MTLAB软件编制计算程序实现沥青路面混合料摊铺均匀性的实时检测；其中，所述 图像原始中心是指图像的几何中心；所述次级区域是指以过图像原始中心的X轴和Y轴将 图像分割为的四个部分。
[0005] 进一步的，所述图像灰化处理是指将采集的彩色数码图像转化为由黑到白的黑白 图像，即从0~255共256个整数灰度级的黑白图像；包括采用MATLAB软件中的rgb2gray 函数将RGB图像转换为灰度图像。
[0006] 进一步的，所述图像二值化处理是指将具有256个整数灰度级的图像转化为只含 有灰度值〇和255两种像素的图像，其中，灰度值为0的像素代表沥青，灰度值为255的像 素代表集料。
[0007] 进一步的，所述图像二值化处理包括阙值处理法，即将灰度值低于阙值的像素判 断为灰度值为〇的像素，即判断为沥青；反之，则判断为灰度值为255的像素，即判断为集 料。
[0008] 进一步的，所述各粒径范围的集料对X轴、Y轴的静距差α。为：
[0010] 式中，S。是各粒径范围集料的静距和；尾为平均理论静距和。
[0011] 进一步的，所述各粒径范围的静距和S。为：
[0013] 式中，
为图像中各粒径范围的集料对X轴的静距和；
为图像中各粒径范围的集料对Y轴的静距和；Xl、 yi*别为图像中第i个集 料相对X轴和Y轴的距离，i = 1，2,3……N ; (U1)为图像中第i个集料的质心坐标；N为 图像中集料的颗粒数量观是第i个集料的质量，这里以颗粒的面积代替。
[0014] 进一步的，平均理论静距和馬:为：
[0016] 式中：
为均匀分布在图像中的N个平均后的圆形颗粒对X轴的 静距和：
为均匀分布在图像中的N个平均后的圆形颗粒对Y轴的静距和；
为平均颗粒质量，即均匀分布在图像中的N个平均后的圆形颗粒的面积； X(]1、y(]1 分别为均匀分布在图像中的N个平均后的圆形颗粒中，第i个颗粒距X轴和Y轴的距离；N 为均匀分布在图像中的平均后的圆形颗粒数量。
[0017] 进一步的，所述各次级区域相对于图像原始中心的静距差之和a i的计算，包括以 下步骤：
[0018] S01、以过图像几何中心的X轴和Y轴将图像分为的四个部分，即四个次级区域；所 述图像几何中心是指图像原始中心；
[0019] S02、分别计算四个次级区域相对于自身区域中心的实际静距和值，即：
[0024] 式中，Si~S4分别为四个次级区域相对于自身区域中心的实际静距和值；A u 4)1分 别表示四个次级区域内集料的颗粒面积叫~!^分别为四个次级区域内各自的集料颗粒数 量；a u 4)1为四个次级区域内各个颗粒到自身区域中心的距离；
[0025] S03、分别计算四个次级区域到原始中心的静距离散值aQ1~α。4，
[0030] S04、求各次级区域相对于图像原始中心的静距差之和α 1:
[0031] α 1= α 01+α 02+α 03+α 04〇
[0032] 进一步的，所述各次级区域自身静距差之和α 2的计算，包括以下步骤：
[0033] SOO1、计算次级区域1的平均理论静距值瓦,：
[0035] 式中，
：为均匀分布在次级区域1中的m个平均后的圆形颗粒对 X轴的静距和；
：为均匀分布在次级区域1中的m个平均后的圆形颗粒对 Y轴的静距和；
为均匀分布在次级区域1中的圆形颗粒的平均颗粒质量，即均匀 分布在次级区域1中的m个平均后的圆形颗粒的面积；1。11、7。11分别为均匀分布在次级区域 1中的m个平均后的圆形颗粒中，第i个颗粒距X轴和Y轴的距离；m为均匀分布在次级区 域1中的平均后的圆形颗粒数量；
[0036] S002、计算次级区域1的自身静距差α 11:
[0038] 式中，
为次级区域1相对于自身区域中心的实际静距和值：属^为 次级区域1的平均理论静距值；
[0039] S003、同次级区域1相似，分别计算次级区域2、3和4所对应的自身静距差α 22、 α33和 α 44;
[0040] S004、计算各次级区域自身静距差之和Ct2:
[0041] α 2= α η+α 22+α 33+α 44〇
[0042] 进一步的，所述获取沥青混合料中各粒径范围的集料对X轴、Y轴的静距差α。、 各次级区域相对于图像原始中心的静距差之和Ct1和各次级区域自身静距差之和α 2，并 以α。、（^和α 2作为判断沥青路面混合料摊铺均匀性的指标，包括，对于AC-25沥青路 面下面层集料离析程度判断而言，如果某一图像的α。、（^和α 2同时满足aQ>1.50E+08、 ai>3. 20E+08和a2>l. 10E+08,则表示该图像所对应的沥青路面的混合料摊铺均匀性不能满 足设计要求；反之，则表示该图像所对应的沥青路面的混合料摊铺均匀性满足设计要求。 [0043] 本发明沥青路面混合料摊铺均匀性的实时检测方法的有益技术效果是运用数字 图像处理技术实时对沥青混合料摊铺过程中均匀性进行简单、快速和定量的跟踪检测与分 析，避免人为主观因素，系统软件运算准确、分析快速、数据可靠、操作便捷、造价低廉，有利 于推广应用，具有较高的实际应用价值。
【附图说明】
[0044] 附图1是本发明沥青路面混合料摊铺均匀性的实时检测方法采集图像的示意图；
[0045] 附图2是本发明沥青路面混合料摊铺均匀性的实时检测方法二值化处理后图像 示意图；
[0046] 附图3是本发明沥青路面混合料摊铺均匀性的实时检测方法次级区域示意图；
[0047] 附图4是本发明沥青路面混合料摊铺均匀性的实时检测方法流程示意图；
[0048] 附图5是本发明静距离散值a。的实验数据曲线图；
[0049] 附图6是本发明静距离散值ai的实验数据曲线图；
[0050] 附图7是本发明静距离散值a2的实验数据曲线图。
[0051] 下面结合附图及具体实施例对本发明沥青路面混合料摊铺均匀性的实时检测方 法作进一步的说明。
【具体实施方式】
[0052] 附图1是本发明沥青路面混合料摊铺均匀性的实时检测方法采集图像的示意图， 附图2是本发明沥青路面混合料摊铺均匀性的实时检测方法二值化处理后图像示意图，附 图3是本发明沥青路面混合料摊铺均匀性的实时检测方法次级区域示意图。由图可知，本 发明沥青路面混合料摊铺均匀性的实时检测方法，以设定的采集高度、光源亮度和照射角 度对沥青混合料摊铺机边摊铺边实时拍摄摊铺路面的彩色数码图像；采用MATLAB软件对 彩色数码图像进行图像灰化、图像滤波、直方图均衡化、图