本发明实施例涉及道路工程及图像处理技术领域，具体涉及一种沥青混合料的自愈合能力评价方法及系统。
背景技术：
在道路的服役周期中，路面会在外部各种条件及行车荷载的影响下，出现各种常见的损伤，诸如疲劳开裂等。如果这些损伤在无任何修复处理的措施下，其破坏，主要是开裂会在各种内外部因素的共同作用下，不断发展、扩散，进而在路表面上出现明显的裂缝或其它形式的破坏，从而导致路面的路用性能受到严重损害，路面的承载能力也会逐渐降低，最终使得路面整体结构层破坏，严重的影响了道路的使用寿命。而沥青混合料路面，在道路内部刚出现微小裂缝时，由于其微小裂缝还不足以影响沥青混凝土路面结构的整体稳定性和性能，因而此时其强度、刚度、路用性能还能满足规范要求；而当裂缝逐渐扩大进而连通整个结构层时，其路面的整体性能则会大幅度的降低，减弱。因此，在预防性养护阶段，应该针对在路面刚出现微小裂缝时进行处理以达到愈合。
沥青及沥青混合料是一种属于粘弹性材料的自愈合材料，因而，其物理、化学、力学性能均类似于粘弹性材料。同时，根据国内外学者的一致共识，沥青路面也具有自愈合能力，并且已通过室内试验和现场施工实践得到验证。因此，研究沥青混合料的自愈合特性，不仅可以了解其自愈合机理、影响因子等，为沥青混合料的自愈合理论奠定深厚的基础，还可以将其理论推广至实体工程，有效地延长沥青路面的使用寿命，保证行车安全，进而可以对可持续路面材料进行优化，同时减少路面养护维修费用，节约自然资源。
现有技术中，都是从宏观角度出发，通过各种疲劳试验，拟定各种评价指标对沥青混合料的自愈合能力进行评价。采用宏观角度进行分析及进行沥青混合料的自愈合能力评价过程中，常需要复杂的数据处理，并且数据处理过程中会受到各种因数带来的误差影响，导致评价精度较低。
技术实现要素：
为解决现有技术中沥青混合料的自愈合能力评价精度较低的问题，本发明实施例提供一种沥青混合料的自愈合能力评价方法及系统。
第一方面，本发明实施例提供一种沥青混合料的自愈合能力评价方法，该方法包括：对利用沥青混合料制备的小梁试件进行疲劳试验；对疲劳破坏后的所述小梁试件进行ct扫描，得到破坏后的图像；根据设定的自愈合条件，对所述小梁试件进行养护，所述自愈合条件包括自愈合温度和自愈合时间；对冷却后的所述小梁试件，再次进行ct扫描，得到自愈合后的图像；对所述破坏后的图像和所述自愈合后的图像，利用图像处理软件进行图像处理，基于灰度差分析，得到所述破坏后的图像的裂缝面积及所述自愈合后的图像的裂缝面积，并根据所述破坏后的图像的裂缝面积及所述自愈合后的图像的裂缝面积得到所述小梁试件的自愈合能力系数。
第二方面，本发明实施例提供一种沥青混合料的自愈合能力评价系统，该系统包括：工业ct机、疲劳试验机、加热设备及计算机；其中：所述疲劳试验机用于对利用沥青混合料制备的小梁试件进行疲劳试验；所述工业ct机用于对疲劳破坏后的所述小梁试件进行ct扫描，得到破坏后的图像；所述加热设备用于根据设定的自愈合条件，对所述小梁试件进行养护，所述自愈合条件包括自愈合温度和自愈合时间；所述工业ct机还用于对冷却后的所述小梁试件，再次进行ct扫描，得到自愈合后的图像；所述计算机用于对所述破坏后的图像和所述自愈合后的图像，利用图像处理软件进行图像处理，以供基于灰度差分析，得到所述破坏后的图像的裂缝面积及所述自愈合后的图像的裂缝面积，并根据所述破坏后的图像的裂缝面积及所述自愈合后的图像的裂缝面积得到所述小梁试件的自愈合能力系数。
本发明实施例提供的沥青混合料的自愈合能力评价方法及系统，基于ct扫描技术，运用图像处理软件，采用灰度差分析方法，直接从结构内部、裂缝的发展及愈合过程出发，不需要经过复杂的数据分析，只需对图像进行简单的处理，即可实现对沥青混合料的自愈合能力的评价；可以显著的表征沥青混合料的自愈合能力的大小，结果更加准确，精度更高，方法简单可靠，易于推广。
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为本发明实施例提供的沥青混合料的自愈合能力评价方法流程图；
图2为本发明实施例提供的沥青混合料的自愈合能力评价系统结构示意图。
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、完整的描述，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作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为本发明实施例提供的沥青混合料的自愈合能力评价方法流程图。如图1所示，所述方法包括：
步骤101、对利用沥青混合料制备的小梁试件进行疲劳试验；
可根据《公路工程沥青及混合料试验规程》jtge20-2011中沥青混合料四点弯曲疲劳试验规程，对利用沥青混合料制备的小梁试件进行四点弯曲疲劳试验，可通过控制应变的方式进行，拟定应变可以为1000×10-6；
步骤102、对疲劳破坏后的所述小梁试件进行ct扫描，得到破坏后的图像；
对所述小梁试件进行疲劳试验相当于对所述小梁试件进行疲劳破坏，对疲劳破坏后的所述小梁试件利用工业ct机进行ct扫描，得到破坏后的图像；所述破坏后的图像是指所述小梁试件进行疲劳试验或疲劳破坏后进行ct扫描得到的图像。所述进行ct扫描包括对所述小梁试件进行断层扫描。
步骤103、根据设定的自愈合条件，对所述小梁试件进行养护，所述自愈合条件包括自愈合温度和自愈合时间；
引入自愈合间歇期，根据设定的自愈合条件，所述自愈合条件包括自愈合温度和自愈合时间，对所述小梁试件进行养护。对于基质沥青，所述自愈合温度一般拟定为软化点附近，50℃左右，自愈合时间可以设为6h；对于sbs改性沥青，所述自愈合温度稍高于软化点，60℃为宜，自愈合时间可以设为6h。
可利用加热设备根据设定的自愈合条件，对所述小梁试件进行养护，所述加热设备如可以为恒温烤箱、微波加热设备等。
步骤104、对冷却后的所述小梁试件，再次进行ct扫描，得到自愈合后的图像；
在按照设定的所述自愈合温度和所述自愈合时间对所述小梁试件完成养护后，将所述小梁试件从所述加热设备中取出，并可令其自然冷却。待所述小梁试件冷却后，如冷却至室温后，对所述小梁试件再次利用工业ct机进行ct扫描，从而得到自愈合后的图像。所述进行ct扫描包括对所述小梁试件进行所述断层扫描。
步骤105、对所述破坏后的图像和所述自愈合后的图像，利用图像处理软件进行图像处理，基于灰度差分析，得到所述破坏后的图像的裂缝面积及所述自愈合后的图像的裂缝面积，并根据所述破坏后的图像的裂缝面积及所述自愈合后的图像的裂缝面积得到所述小梁试件的自愈合能力系数；
对所述破坏后的图像和所述自愈合后的图像，利用图像处理软件进行图像处理，所述图像处理包括灰度处理。因为所述小梁试件的裂缝位置与正常位置的灰度具有明显区别，因此，基于灰度差分析，可以得到所述破坏后的图像的裂缝面积及所述自愈合后的图像的裂缝面积。所述愈合后的图像的裂缝面积与所述破坏后的图像的裂缝面积的差别可以表征所述小梁试件的自愈合能力。因此，根据所述破坏后的图像的裂缝面积及所述自愈合后的图像的裂缝面积得到所述小梁试件的自愈合能力系数，也即所述沥青混合料的自愈合能力系数，所述自愈合能力系数用来表征自愈合能力的大小；所述自愈合后的图像的裂缝面积减小的越多，表明所述小梁试件的自愈合能力或所述沥青混合料的自愈合能力越好。可以理解的，通过对不同小梁试件进行上述处理得到对应的自愈合能力系数，可以比较不同小梁试件的自愈合能力的强弱。
本发明实施例提供的沥青混合料的自愈合能力评价方法，基于ct扫描技术，运用图像处理软件，采用灰度差分析方法，直接从结构内部、裂缝的发展及愈合过程出发，不需要经过复杂的数据分析，只需对图像进行简单的处理，即可实现对沥青混合料的自愈合能力的评价；可以显著的表征沥青混合料的自愈合能力的大小，结果更加准确，精度更高，方法简单可靠，易于推广。
进一步地，基于上述实施例，所述自愈合能力系数表示为：
其中，h为所述自愈合能力系数；s愈合后为所述自愈合后的图像的裂缝面积；s破坏后为所述破坏后的图像的裂缝面积；
所述自愈合能力系数可以通过所述自愈合后的图像的裂缝面积与所述破坏后的图像的裂缝面积的比值来表示，所述自愈合能力系数的单位可以为％，大小在0-100％之间。所述自愈合能力系数的值越小，表示自愈合能力越强。
在上述实施例的基础上，本发明实施例通过将自愈合后的图像的裂缝面积与破坏后的图像的裂缝面积的比值作为自愈合能力系数，为定量的表征沥青混合料的自愈合过程及定量评价沥青混合料的自愈合能力提供了基础。
进一步地，基于上述实施例，所述自愈合后的图像的裂缝面积及所述破坏后的图像的裂缝面积利用灰度方格的数量进行表征。
对所述破坏后的图像和所述自愈合后的图像，利用图像处理软件进行图像处理，所述图像处理包括灰度处理。对所述破坏后的图像和所述自愈合后的图像进行灰度处理后，可以对所述破坏后的图像和所述自愈合后的图像利用灰度方格进行分割，所述灰度方格的大小可以进行设定，如可以设为1mm×1mm。由于灰度方格数量的多少可以表示面积的大小，因此，所述自愈合后的图像的裂缝面积及所述破坏后的图像的裂缝面积可以利用灰度方格的数量进行表征。相应的，所述自愈合能力系数可以通过所述自愈合后的图像的裂缝的灰度方格数量与所述破坏后的图像的裂缝的灰度方格数量的比值来表示。
在上述实施例的基础上，本发明实施例通过将自愈合后的图像的裂缝面积及破坏后的图像的裂缝面积利用灰度方格的数量进行表征，提高了得到自愈合能力系数的效率，并简化了自愈合能力系数得出的过程。
进一步地，基于上述实施例，对于多个同样的所述小梁试件，在同样的所述自愈合条件下，重复执行步骤101～步骤105，从而得到多个所述自愈合能力系数，所述多个所述自愈合能力系数的均值为所述自愈合能力系数。
由于同一小梁试件进行疲劳破坏及自愈合的过程后，其结构已经发生了变化，因此，同一小梁试件不可进行多次试验。但是，可以利用同样的所述小梁试件进行多次试验，所述同样的所述小梁试件可以为一批次生产的小梁试件，或者通过相同的制备方法及工艺得到的不同批次的小梁试件。
为了对沥青混合料的自愈合能力进行更为精准的评价，减少误差，对于同样的所述小梁试件，在同样的所述自愈合条件下，重复执行步骤101～步骤105，从而得到多个所述自愈合能力系数，所述自愈合能力系数可以为所述多个所述自愈合能力系数的均值。可以理解的，所述自愈合能力系数还可以为可提高所述自愈合能力系数的精确度的其他统计值。
在上述实施例的基础上，本发明实施例通过利用同样的小梁试件进行多次试验，进而对多个自愈合能力系数求平均，得到最终的自愈合能力系数，提高了自愈合能力系数的精确度，减少了误差。
进一步地，基于上述实施例，所述进行ct扫描具体包括：对根据所述小梁试件获取的预设数量的断层进行ct扫描；所述得到所述破坏后的图像的裂缝面积及所述自愈合后的图像的裂缝面积具体包括：分别得到所述预设数量的断层的所述破坏后的图像的裂缝面积及所述自愈合后的图像的裂缝面积；所述自愈合能力系数为所述预设数量的断层根据所述破坏后的图像的裂缝面积及所述自愈合后的图像的裂缝面积得到的自愈合能力系数的均值。
所述小梁试件是立体的试件，对所述小梁试件进行疲劳试验，对所述小梁试件造成的疲劳破坏产生的裂缝不一定只位于某个断层，很大程度上是沿纵深分布的。因此，为进一步提高所述自愈合能力系数的精确度，对根据所述小梁试件获取的预设数量的断层进行ct扫描，所述预设数量可以为三个。分别得到所述预设数量的断层中，每个断层的所述破坏后的图像的裂缝面积及所述自愈合后的图像的裂缝面积，并根据每个断层的所述破坏后的图像的裂缝面积及所述自愈合后的图像的裂缝面积得到对应所述断层的自愈合能力系数；可以将所述预设数量的断层对应的自愈合能力系数求均值，作为所述小梁试件的自愈合能力系数。可以理解的，所述自愈合能力系数还可以为可提高所述自愈合能力系数的精确度的其他统计值。
在上述实施例的基础上，本发明实施例通过获取多个断层对应的自愈合能力系数，通过统计分析得到最终的自愈合能力系数，提高了自愈合能力系数的精确度，减少了误差。
进一步地，基于上述实施例，对于多个同样的所述小梁试件，改变所述自愈合温度，重复执行步骤101～步骤105，从而得到多个所述自愈合能力系数，根据所述多个所述自愈合能力系数和所述自愈合温度得到所述自愈合能力系数与所述自愈合温度的关系曲线。
对于同样的所述小梁试件，在改变所述自愈合条件中的所述自愈合温度的基础上，重复执行步骤101～步骤105。由于自愈合条件中的所述自愈合温度不同，因此所述小梁试件的裂缝的愈合程度不同。因此，重复执行步骤101～步骤105，可以得到多个所述自愈合能力系数，所述自愈合能力系数与所述自愈合温度一一对应。根据一一对应的多个所述自愈合能力系数和所述自愈合温度可以得到所述自愈合能力系数与所述自愈合温度的关系曲线。所述关系曲线可以通过非线性拟合或线性拟合的方法获得。
比如，若通过线性拟合的方式，所述自愈合能力系数与所述自愈合温度的关系曲线可以表示如下：
h＝at+b
其中，h表示自愈合能力系数，t表示自愈合温度，a表示直线h＝at+b的斜率，b表示直线h＝at+b的纵截距；
在上述实施例的基础上，本发明实施例通过改变自愈合温度重复试验，可以判定沥青混合料在不同的自愈合温度下的自愈合效果，进而可以定量的分析表征自愈合温度对沥青混合料自愈合能力的影响程度。
进一步地，基于上述实施例，对于多个同样的所述小梁试件，改变所述自愈合时间，重复执行步骤101～步骤105，从而得到多个所述自愈合能力系数，根据所述多个所述自愈合能力系数和所述自愈合时间得到所述自愈合能力系数与所述自愈合时间的关系曲线。
对于同样的所述小梁试件，在改变所述自愈合条件中的所述自愈合时间的基础上，重复执行步骤101～步骤105。由于自愈合条件中的所述自愈合时间不同，因此所述小梁试件的裂缝的愈合程度不同。因此，重复执行步骤101～步骤105，可以得到多个所述自愈合能力系数，所述自愈合能力系数与所述自愈合时间一一对应。根据一一对应的多个所述自愈合能力系数和所述自愈合时间可以得到所述自愈合能力系数与所述自愈合时间的关系曲线。所述关系曲线可以通过非线性拟合或线性拟合的方法获得。
比如，若通过线性拟合的方式，所述自愈合能力系数与所述自愈合时间的关系曲线可以表示如下：
h＝ct+d
其中，h表示自愈合能力系数，t表示自愈合时间，c表示直线h＝ct+d的斜率，d表示直线h＝ct+d的纵截距；
在上述实施例的基础上，本发明实施例通过改变自愈合时间重复试验，可以判定沥青混合料在不同的自愈合时间下的自愈合效果，进而可以定量的分析表征自愈合时间对沥青混合料自愈合能力的影响程度。
进一步地，基于上述实施例，所述图像处理软件包括imagej软件。可以理解的，所述图像处理软件还可以为可实现本发明实施例图像处理功能的其他图像处理软件。
进一步地，基于上述实施例，在所述步骤101之前，所述方法还包括：利用沥青混合料制备所述小梁试件。
可以按照《公路工程沥青及混合料试验规程》进行马歇尔试验，根据试验得出的体积参数如毛体积密度、空隙率、矿料间隙率、饱和度、稳定度及流值确定最佳级配和油石比；进而根据《公路工程沥青及混合料试验规程》jtge20-2011中沥青混合料轮碾法，制备所述小梁试件。
在上述实施例的基础上，本发明实施例通过利用沥青混合料制备小梁试件，为沥青混合料的自愈合能力评价提供了基础。
可以理解的，在所述利用沥青混合料制备所述小梁试件之后，所述步骤101之前，所述方法还可以包括：对所述小梁试件进行ct扫描，得到未破坏的图像。在未对所述小梁试件进行疲劳测试前，对所述小梁试件进行ct扫描，得到未破坏的图像，有利于通过分析所述小梁试件的ct图像，所述ct图像包括未破坏的图像、破坏后的图像、及自愈合后的图像，得到所述小梁试件的裂缝出现及变化情况。
图2为本发明实施例提供的沥青混合料的自愈合能力评价系统结构示意图。如图2所示，所述沥青混合料的自愈合能力评价系统1包括：工业ct机10、疲劳试验机20、加热设备30及计算机40；其中：
所述疲劳试验机20用于对利用沥青混合料制备的小梁试件进行疲劳试验；
所述疲劳试验机20可根据《公路工程沥青及混合料试验规程》jtge20-2011中沥青混合料四点弯曲疲劳试验规程，对利用沥青混合料制备的小梁试件进行四点弯曲疲劳试验，可通过控制应变或应力的方式进行。
所述工业ct机10用于对疲劳破坏后的所述小梁试件进行ct扫描，得到破坏后的图像；
所述工业ct机10用于对疲劳破坏后的所述小梁试件进行ct扫描，得到破坏后的图像；所述破坏后的图像是指所述小梁试件进行疲劳试验或疲劳破坏后进行ct扫描得到的图像。所述进行ct扫描包括对所述小梁试件进行断层扫描。
所述加热设备30用于根据设定的自愈合条件，对所述小梁试件进行养护，所述自愈合条件包括自愈合温度和自愈合时间；
所述加热设备30用于根据设定的自愈合条件，所述自愈合条件包括自愈合温度和自愈合时间，对所述小梁试件进行养护。对于基质沥青，所述自愈合温度一般拟定为软化点附近，自愈合时间可以设为6h；对于sbs改性沥青，所述自愈合温度稍高于软化点，自愈合时间可以设为6h。所述加热设备如可以为恒温烤箱、微波加热设备等。
所述工业ct机10还用于对冷却至室温的所述小梁试件，再次进行ct扫描，得到自愈合后的图像；
在按照设定的所述自愈合温度和所述自愈合时间对所述小梁试件完成养护后，将所述小梁试件从所述加热设备中取出，并可令其自然冷却。待所述小梁试件冷却后，所述工业ct机10对所述小梁试件再次进行ct扫描，从而得到自愈合后的图像。所述进行ct扫描包括对所述小梁试件进行所述断层扫描。
所述计算机40用于对所述破坏后的图像和所述自愈合后的图像，利用图像处理软件进行图像处理，以供基于灰度差分析，得到所述破坏后的图像的裂缝面积及所述自愈合后的图像的裂缝面积，并根据所述破坏后的图像的裂缝面积及所述自愈合后的图像的裂缝面积得到所述小梁试件的自愈合能力系数；
所述计算机40用于对所述破坏后的图像和所述自愈合后的图像，利用图像处理软件进行图像处理，所述图像处理包括灰度处理。所述小梁试件的裂缝位置与正常位置的灰度具有明显区别，因此，基于灰度差分析，可以得到所述破坏后的图像的裂缝面积及所述自愈合后的图像的裂缝面积。根据所述破坏后的图像的裂缝面积及所述自愈合后的图像的裂缝面积得到所述小梁试件的自愈合能力系数，也即所述沥青混合料的自愈合能力系数，所述自愈合能力系数用来表征自愈合能力的大小；所述自愈合后的图像的裂缝面积减小的越多，表明所述小梁试件的自愈合能力或所述沥青混合料的自愈合能力越好。
本发明实施例提供的沥青混合料的自愈合能力评价系统，基于ct扫描技术，运用图像处理软件，采用灰度差分析方法，直接从结构内部、裂缝的发展及愈合过程出发，不需要经过复杂的数据分析，只需对图像进行简单的处理，即可实现对沥青混合料的自愈合能力的评价；可以显著的表征沥青混合料的自愈合能力的大小，结果更加准确，精度更高，方法简单可靠，易于推广。
本发明实施例提供的系统是用于上述方法的，具体功能可参照上述方法流程，此处不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所描述的电子设备等实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台电子设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以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；而这些修改或者替换，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。