路面均勻度的快速識別與質量評估

(重慶交通大學 重慶 400074)

一、引言

隨著我國國民經濟的迅速發展和改革開放的不斷深入，交通運輸業作為國民經濟的大動脈也進入了快速發展階段。在瀝青路面快速發展的同時，顯現出的問題也越來越多，相當一部分路面建成后不久就出現了不同程度的車轍、裂縫、坑槽等早期損壞現象，甚至有些路段剛剛通車就開始了無休止的修補。大量研究表明，瀝青路面早期損壞并非大面積的結構性破壞，而是局部的功能性損壞，而造成路面這種局部損壞的主要源頭之一在于瀝青混合料的級配離析，造成路面級配離析的的主要原因是路面的均勻度沒有得到足夠的重視。因此有必要加強對路面均勻度的關注度，深入探究路面均勻度的研究方法和理論研究。

二、國內外研究現狀

國內外對路面離析判別的方法[1]主要分為兩大類 ：主觀判別法和客觀判別法。主觀判別法主要是目測法判別路面的離析情況從而判別路面的均勻度，主觀意識較強，容易導致業主和施工方在施工驗時收產生分歧從而導致糾紛。因而，現在大多數路面驗收的方法都運用客觀判別法。客觀判別法是指用儀器去測量路面的信息，用現有的理論指標去評判路面的均勻性。鋪沙法屬于主觀判別法的一種，操作簡單，但受人的主觀影響較大，精度較低；激光法的實施要通過專用的設備，操作比較復雜。王瑞宜[2]等人提出了運用數組圖像處理技術檢測瀝青路面表面的構造深度，認為該方法精度高，信息量大，操作簡單，是一種有前途的道路表面功能測量方法。

路面均勻度對路面的影響具體可分為結構上的影響和路表的破壞。集料的不均勻性對路面的早期破壞機理[3]的試驗中，通過無核密度儀的測量方法測取了試驗路面的早期破壞程度與路面的不均勻系數之間的影響，實驗定量的分析了路面離析與路面早期病害之間的線性關系，導致路面的早期損害類型有松散、沉陷、坑槽、縱向裂縫及修補不良等病害特征。石立萬，王瑞宜[4]從路面的結構出發分析了路面的骨架結構與路面抗車轍性能的關系，指出通過定性定量的方法從細觀的角度去改善路面的均勻性以應對車轍問題。從結構角度出發研究瀝青均勻度的方法還有很多，其中在實際工程中運用最多的，也是最前延的技術為工業CT法，該方法能夠精確的描述瀝青路面試塊的均勻性，可以對瀝青路面的形變參數，力學性能，蠕變數值做出精確分析。

三、深度學習模式下的圖像處理方法

(一)深度學習背景

在當今飛速發展的信息時代，數字圖像作為一種常見有效的信息載體已經滲透到生活的各個方面，因此，對我們圖像處理的要求也越來越高，需要我們對圖像的處理方法更加的高效和智能。

深度學習是新興的機器學習研究領域，旨在研究如何從數據中自動地提取多層次特征表示，其核心的思想[5]是通過數據驅動的方式，采用一系列的非線性變換，從原始數據中提取多層次多角度特征，從而使獲得的特征具有更強的泛化能力和表達能力，這恰好滿足高效圖像處理的需求。與傳統的圖像處理相比較深度學習的特點有：強調模型結構的深度，利用多層隱藏層對海量數據進行充分的處理，得到更加可觀準確的的數據分類，突出特征學習的重要性，通過逐層特征變換，將樣本在原空間的特征表示到一個新的特征空間，從而簡化分類與預測的過程。

(二)圖像的前期處理方式

路面圖像的去噪方式有很多，按其類別劃分可分為圖像增強技術和圖像還原技術。圖像增強技術其主要的目的是為了優化圖像的質量使圖像的特征更加明顯邊緣更加的清晰。圖像的增強技術是為了改善圖像的視覺效果，使得圖像更容易被機器和人識別。圖像的還原技術是需要根據造成圖像的模糊原因設計不同的針對性算法來消除圖像的模糊原因。針對路面的均勻度檢測的根本的目的是為了更好的識別圖像的紋理特征，根據其原有的圖像來提取特征。

從圖像的作用域出發，常用的空間域法分為兩類，線性濾波和非線性濾波兩種。典型的線性濾波的優點是數學表達式簡單、性能良好、容易設計和運用。非線性濾波器的優點是可以有效的濾除高斯白噪聲和長尾附加噪聲，可以很好的保護圖像中目標的邊緣信息。

四、瀝青路面質量評估

在我國現行的規范(JTG F40-2004)中，將瀝青路面施工質量過程控制分為生產質量控制和鋪筑質量控制，其中鋪筑質量控制發生于瀝青混合料運輸、攤鋪和壓實過程中。對于瀝青路面鋪筑過程中工程質量的主要控制指標包括施工溫度、瀝青層的壓實度、滲水系數、以及外觀指標坡度、厚度、平整度和構造深度(表層)等。

在質量過程控制研究方面，郭大進[6]運用改進的層次分析法，通過同步在即和分析瀝青路面施工過程中直接影響工程質量的重要檢測數據，結合多位專家意見篩選可供用于瀝青路面質量過程控制IDE關鍵指標，并提出了相應的評價方法。同濟大學[7]提出了瀝青路面施工質量等級的分級指標和標準，根據現場調研和檢測分析結果，建議采用孔隙率、結構厚度、構造深度等指標的變異系數來評價瀝青路面的施工質量，并提出了相應的等級標準。

瀝青路面的施工質量評估指標在圍繞一定的數值進行上下浮動變化即施工的變異性，瀝青路面在施工過程中所產生的檢測數據一般有兩方面的性質，級變異性和規律性，統計學理論認為，通過對大量的數據進行統計學分析，可以找到質量波動的上限與下限以及波動出現的概率大小，從而分析其發生質量變異的原因，為了使施工處于穩定狀態，需要分析發現施工時引起質量異常的原因，將其排除使質量得到控制。

五、總結

圖像法是對路面均勻度快速識別和質量評估的有效方法。但目前圖像法的精度還有待提高，圖像處理方面應該更加注重粒徑較小的集料對瀝青路面均勻性的影響，為此應該提升圖像的處理過程，注重細小顆粒粒徑對均勻性的影響，從而提升圖像法評價瀝青路面準確度，與鋪砂法建立良好的相關性。

【參考文獻】(References)：

[1]王端宜,張肖寧,王紹懷.表面離析作為瀝青混凝土路面施工質量評價指標的研究[J].公路,2005(01):54-58.

[2]王端宜,李維杰,張肖寧.用數字圖像技術評價和測量瀝青路表面構造深度[J].華南理工大學學報(自然科學版),2004,32(2):42～45.

[3]彭勇等,瀝青混合料均勻性與路用性能指標的關系.同濟大學學報(自然科學版),2008(04):第488-492頁.

[4]燕海峰.基于非均勻性的瀝青路面施工質量控制與評價研究[D].長安大學,2011.

[5]GOUPILLAUD P,GROSSMANN A,MORLET J.Cycle octave and related transform in seismic signal analysis[J].Geoexploration,1984,23:85-102.

[6]郭大進等,路面施工質量控制指標體系的研究[J].公路交通科技，2007(04).

[7]李立寒等,瀝青路面工程質量變異性的特征[J].公路交通科技，2006(02).