一种沥青路面实时摊铺辅助监测系统的制作方法

本发明涉及市政交通领域，特别涉及一种沥青路面实时摊铺辅助监测系统。

背景技术：

在早期，道路路面的厚度一般采用钻芯取样的方法进行检测的，该方法较为传统。而在道路路面上钻芯取样，取样时不仅具有一定的危险性，而且取样后对路面结构的容易造成破坏，容易破坏路面结构层的完整性和美观性，有相当大的局限性。

探地雷达是一种新型的检测设备，在道路工程实际应用中逐渐被人们所重视，并且广泛的应用。探地雷达的工作原理是通过路面向下发射高频的电磁波，由接收天线接收到返回路面的电磁波，电磁波在地下穿越不同的介质层，并以一种电性差异进行接收电磁波的波形、振幅变化情况等特点来推断介质的空间状态和结构形态的，最终得到检测的路面厚度和道路路面弯沉的数据。探地雷达利用其分辨率高和探测的速度之快的集现代电子技术、信息技术与电磁技术的高端先进技术等功能对所探测的道路路面进行探测，在很多实际工程中得到了广泛运用，并且取得了良好的成果。在高速公路检测过程中体现出快速、有效、无损的高标准，非常适用于对沥青高速公路建设期间及运营管理期间路面参数和相关车辙病害的检测。

反射系数法是道路路面厚度检测的一种常用方法，但在现有技术中，该方法往往测量精度不准而需要进行校正。

此外，在现有技术中，路面沥青厚度是在施工完成后进行检测的，这样当铺设厚度不准确时需要再次返工。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的一部分缺陷，即，一方面现有技术中沥青厚度是在施工完成后进行检测的，这样当铺设厚度不准确时需要再次返工；另一方面传统的反射系数法检测道路厚度在考虑雷达发射信号的折射和反射时，并未考虑到雷达信号会在道路内多次反射并造成多次反射的二次回波信号会被当成是一次回波信号而被代入求解介质层的反射率以及路面厚度测量，使得整体测量数据不准；针对于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种检测沥青路面摊铺厚度的装置，旨在通过分析雷达回波信号为一次回波信号还是二次回波信号，并对二次回波信号进行剔除，并通过一次回波信号进行各介质界面的反射率求解，并进一步求解获得精确的路面厚度。

为实现上述目的，本发明提供一种沥青路面实时摊铺辅助监测系统，所述系统包括：

实时监控模组，用于实时采集沥青摊铺作业的视频并上传至后台服务器；

预铺设模组，用于对路面进行沥青的预铺设作业；所述预铺设作业的铺设厚度为工程设计值；

厚度检测模组，用于对已进行实时预铺设作业的沥青路面进行厚度检查，获得所述沥青路面的预铺设实际厚度；

铺设校正模组，用于比较所述厚度检测模组所检测获得的所述预铺设实际厚度与所述工程设计值之间的差异，对已进行实时预铺设作业的所述沥青路面进行减薄或加厚；

所述厚度检测模组，包括：雷达发射接收模块、界面反射率求解模块、介电常数求解模块、介质层厚度求解模块、一次回波信号确定模块；

所述雷达发射接收模块，用于向路面发送第一雷达信号，采集各个雷达回波信号ai以及各个雷达回波信号ai相对于所述第一雷达信号的接收时长ti；所述第一雷达信号的初始幅值为a0；所述i为所述雷达回波信号的回波编号，所述i＝1,2,...,n，所述n为所述回波编号的当前最大值；所述雷达回波信号ai包括一次回波信号bj以及二次回波信号；所述一次回波信号bj为所述第一雷达信号在所述沥青路面透射直至在第j个介质界面反射并直接透射出所述沥青路面的所述雷达回波信号ai；其中，各个所述介质层的往返周期为tj，所述所述j＝1,...,m，所述m为所述一次回波信号的当前最大编号；所述为所述一次回波信号bj相对于所述第一雷达信号的接收时长；其中，b0＝a1，b1＝a2，t1＝t2-t1；

所述界面反射率求解模块，用于根据已确定的所述一次回波信号bj，求解第j个介质界面的反射率rj；其中，所述反射率rj为空气层与路面之间的介质界面的反射率，所述

所述介电常数求解模块，用于根据所述反射率rj以及第j层介质层的介电常数εj，求解第j+1层介质层的介电常数εj+1；其中，所述ε0为空气层的介电常数；

所述介质层厚度求解模块，用于根据所述介质层的往返周期为tj、所述第j层介质层的介电常数εj，求解第j层介质层的层厚hj；其中，所述层厚所述c为光速；

所述一次回波信号确定模块，用于获取未确定是否为所述一次回波信号的所述雷达回波信号ai，判断所述雷达回波信号ai是否与各个已确定的所述一次回波信号bj的二次回波信号相匹配，若是，求解二次回波估算值，并将所述雷达回波信号ai与所述二次回波估算值的差值作为新增的一次回波信号bj+1。

在该技术方案中，先进行沥青预铺设，然后再检测沥青厚度，根据沥青厚度情况对沥青路面进行减薄和加厚，实现沥青路面的实时摊铺，提高沥青铺设厚度的准确性；在该技术方案中，通过采用改进型的反射系数法求解路面的厚度，其精确度相比较于现有技术更高；其中，根据各个介质层的往返周期，在时间上，判断雷达回波信号是否是具有是已知的一次回波信号在介质层中往返反射而形成的二次回波信号的可能性，并进一步估算二次回波信号的数值是否匹配，当不匹配时，可以将雷达信号扣除估算的二次回波信号数值来获得相应的一次回波信号；整体而言，采用改进型的反射系数法能够消除二次回波信号对路面厚度检测的影响，提高路面检测精度。

在一具体实施方式中，所述一次回波信号确定模块，包括：

时间匹配判断单元，用于获取未确定是否为所述一次回波信号的所述雷达回波信号ai，根据各个已确定的所述一次回波信号bj以及所述往返周期tj，判断是否存在使得所述雷达回波信号ai的接收时长ti能满足：其中，所述所述k(x,j)表示所述雷达回波信号ai在第j层的所述介质层中的往返反射次数；所述{k(x,1),...,k(x,j),...,k(x,m)}的各项为非负整数且至少一项为正整数；

第一判定单元，用于当所述不满足，则增加该未确定是否为所述一次回波信号的所述雷达回波信号ai为一次回波信号bj+1，确定所述一次回波信号bj+1相对于所述第一雷达信号的接收时长确定第j+1层的所述介质层的往返周期

二次回波估算单元，用于当所述满足，则获取满足所述的相对应的一次回波信号bx，求解二次回波估算值

第二判定单元，用于响应于所述雷达回波信号ai与所述相匹配，则所述雷达回波信号ai为所述二次回波信号，反之，则增加一次回波信号确定所述一次回波信号bj+1相对于所述第一雷达信号的接收时长确定第j+1层的所述介质层的往返周期其中，所述所述

在一具体实施方式中，若存在多组使得ti满足：所述二次回波估算值为多组经运算的求和。

在一具体实施方式中，所述雷达回波信号ai与所述相匹配是指：所述所述1≤α≤1.05。

在一具体实施方式中，所述厚度检测模组还包括：

剖面厚度结构生成模块，用于根据各个所述介质层的层厚hj，生成所述沥青路面的剖面厚度结构。

在一具体实施方式中，所述厚度检测模组，还用于根据各个所述介质层的层厚hj、介电常数εj以及所述沥青路面的预设范围，获得所述沥青路面的厚度。

本发明的有益效果是：1)、本发明先进行沥青预铺设，然后再检测沥青厚度，根据沥青厚度情况对沥青路面进行减薄和加厚，实现沥青路面的实时摊铺，提高沥青铺设厚度的准确性；2)、本发明通过采用改进型的反射系数法求解路面的厚度，其精确度相比较于现有技术更高；其中，根据各个介质层的往返周期，在时间上，判断雷达回波信号是否是具有是已知的一次回波信号在介质层中往返反射而形成的二次回波信号的可能性，并进一步估算二次回波信号的数值是否匹配，当不匹配时，可以将雷达信号扣除估算的二次回波信号数值来获得相应的一次回波信号；整体而言，采用改进型的反射系数法能够消除二次回波信号对路面厚度检测的影响，提高路面检测精度。

附图说明

图1是本发明一具体实施方式中提供的一种沥青路面实时摊铺辅助监测系统的系统框图；

图2是本发明一具体实施方式中提供的一种沥青路面实时摊铺辅助监测系统的一次回波信号确定模块的结构框图；

图3是本发明一具体实施方式中提供的一种沥青路面实时摊铺辅助监测系统的流程示意图；

图4是本发明一具体实施方式中提供的一种沥青路面实时摊铺辅助监测系统的沥青厚度检测的流程图；

图5是本发明一具体实施方式中提供的一种沥青路面实时摊铺辅助监测系统的雷达传播路径图；

图6是本发明一具体实施方式中同源二次回波信号的多形式列举的示例图；

图7是本发明一具体实施方式中提供的一种沥青路面实时摊铺辅助监测系统的另一雷达传播路径图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

在实际沥青路面厚度检测过程中，常常采用反射系数法进行逐层求解路面的发射率、介电常数及路面厚度；但是，在这过程中，不同层的反射以及折射会存在叠加效应，无视反射信号可能是在一个介质层发生了多次反射，使得雷达回波中掺杂了多项二次回波，而在求解过程中将这些二次回波信号当成是一次回波信号进行求解，这样在实际求解过程中路面的层数将被无形增加，并使得求解结果存在错误或者误差。

值得一提的是，在本发明中，雷达信号在最底层反射一次、在各层一进一出折射两次，并被成为雷达回波而被接收的信号称为一次回波信号；而在路面的介质层内发生了多次反射的雷达回波则为二次回波信号。

故而，在本发明中，通过对二次回波信号进行剔除以及扣减，得到较为精纯的一次回波信号，这样所求得的路面厚度信息也比较精确。

如图1-7所示，在本发明第一实施例中，提供一种沥青路面实时摊铺辅助监测系统，包括：

实时监控模组100，用于实时采集沥青摊铺作业的视频并上传至后台服务器；

预铺设模组200，用于对路面进行沥青的预铺设作业；所述预铺设作业的铺设厚度为工程设计值；

厚度检测模组300，用于对已进行实时预铺设作业的沥青路面进行厚度检查，获得所述沥青路面的预铺设实际厚度；

铺设校正模组400，用于比较所述厚度检测模组300所检测获得的所述预铺设实际厚度与所述工程设计值之间的差异，对已进行实时预铺设作业的所述沥青路面进行减薄或加厚；

所述厚度检测模组300，包括：雷达发射接收模块310、界面反射率求解模块320、介电常数求解模块330、介质层厚度求解模块340、一次回波信号确定模块350；

所述雷达发射接收模块310，用于向路面发送第一雷达信号，采集各个雷达回波信号ai以及各个雷达回波信号ai相对于所述第一雷达信号的接收时长ti；所述第一雷达信号的初始幅值为a0；所述i为所述雷达回波信号的回波编号，所述i＝1,2,...,n，所述n为所述回波编号的当前最大值；所述雷达回波信号ai包括一次回波信号bj以及二次回波信号；所述一次回波信号bj为所述第一雷达信号在所述沥青路面透射直至在第j个介质界面反射并直接透射出所述沥青路面的所述雷达回波信号ai；其中，各个所述介质层的往返周期为tj，所述所述j＝1,...,m，所述m为所述一次回波信号的当前最大编号；所述为所述一次回波信号bj相对于所述第一雷达信号的接收时长；其中，b0＝a1，b1＝a2，t1＝t2-t1；

所述界面反射率求解模块320，用于根据已确定的所述一次回波信号bj，求解第j个介质界面的反射率rj；其中，所述反射率rj为空气层与路面之间的介质界面的反射率，所述

所述介电常数求解模块330，用于根据所述反射率rj以及第j层介质层的介电常数εj，求解第j+1层介质层的介电常数εj+1；其中，所述ε0为空气层的介电常数；

所述介质层厚度求解模块340，用于根据所述介质层的往返周期为tj、所述第j层介质层的介电常数εj，求解第j层介质层的层厚hj；其中，所述层厚所述c为光速；

所述一次回波信号确定模块350，用于获取未确定是否为所述一次回波信号的所述雷达回波信号ai，判断所述雷达回波信号ai是否与各个已确定的所述一次回波信号bj的二次回波信号相匹配，若是，求解二次回波估算值，并将所述雷达回波信号ai与所述二次回波估算值的差值作为新增的一次回波信号bj+1。

在本实施例中，所述一次回波信号确定模块350，包括：

时间匹配判断单元351，用于获取未确定是否为所述一次回波信号的所述雷达回波信号ai，根据各个已确定的所述一次回波信号bj以及所述往返周期tj，判断是否存在使得所述雷达回波信号ai的接收时长ti能满足：其中，所述所述k(x,j)表示所述雷达回波信号ai在第j层的所述介质层中的往返反射次数；所述{k(x,1),...,k(x,j),...,k(x,m)}的各项为非负整数且至少一项为正整数；

第一判定单元352，用于当所述不满足，则增加该未确定是否为所述一次回波信号的所述雷达回波信号ai为一次回波信号bj+1，确定所述一次回波信号bj+1相对于所述第一雷达信号的接收时长确定第j+1层的所述介质层的往返周期

二次回波估算单元353，用于当所述满足，则获取满足所述的相对应的一次回波信号bx，求解二次回波估算值

第二判定单元354，用于响应于所述雷达回波信号ai与所述相匹配，则所述雷达回波信号ai为所述二次回波信号，反之，则增加一次回波信号确定所述一次回波信号bj+1相对于所述第一雷达信号的接收时长确定第j+1层的所述介质层的往返周期其中，所述所述

在本实施例中，若存在多组使得ti满足：所述二次回波估算值为多组经运算的求和。

在本实施例中，所述雷达回波信号ai与所述相匹配是指：所述所述1≤α≤1.05。

在本实施例中，所述厚度检测模组300还包括：

剖面厚度结构生成模块360，用于根据各个所述介质层的层厚hj，生成所述沥青路面的剖面厚度结构。

在本实施例中，所述厚度检测模组300，还用于根据各个所述介质层的层厚hj、介电常数εj以及所述沥青路面的预设范围，获得所述沥青路面的厚度。

在本实施例中，根据各个所述介质层的层厚hj、介电常数εj以及所述沥青路面的预设范围，获得所述沥青路面的厚度。

值得一提的是，在图中，为了示意简单，避免线条杂乱，不考虑入射角与折射角的角度关系，直接用直线表示入射角与折射角所在线段；并且，在实际应用中，探测雷达近似为竖直入射，入射角与折射角的角差很小而能被近似忽略；此外，若直接将入射线直接垂直路面，此时反射线与入射线直接重合，不便于对本申请进行解释，故而又以斜入射进行示意。

如图5中，当前雷达回波信号总共有10组数据(a1-a10)，其中，a1、a2、a4、a7为一次回波信号,分别记为b0、b1、b2、b3；a3、a5、a8、a9为b1的二次回波；a6为b1、b2叠加的二次回波；a10为b2的二次回波。

下面对本发明中的相关公式进行推导说明。

如图5中，根据光学性质可得：

即，b0＝a0r0；

同理，a0(1-r0)r1(1+r0)＝b1；

a0(1-r0)(1-r1)r2(1+r0)(1+r1)＝b2；

递归可得：反射率

对于公式而言，其物理意义为：回波信号ai的接收时间ti与之前的一次回波信号bx之间的时间差是否是往返周期tj的整数倍，若是，则回波信号ai可能为二次回波信号；

此时需要通过来判断回波信号ai幅值大小，若二者相等，则回波信号ai为纯粹的二次回波信号，当二者不等，则二者只差为一次回波信号。

其中，以实际案例而言，当时间上满足：则意味ai在第一层中多往返了两次、在第二层中多往返了一次、在第三层中多往返了一次；如图6中给出了其12情形；此时，上述12中回波分量其实际是同源的(同bx)；而，在其它情况下，回波信号可以不是同源的，如图7给出的案例，a4所对应的回波估计值需要对该两组分量进行叠加求解，即，

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。