一种基于三维探地雷达的沥青路面厚度动态调整方法与流程

：
1.本发明属于三维探地雷达检测技术领域，尤其是涉及一种基于三维探地雷达的沥青路面厚度动态调整方法。


背景技术：

2.沥青路面厚度是工程质量控制和养护最为重要的指标之一。新建沥青路面厚度或加铺层厚度是否达到设计厚度是施工质量评价的基础；沥青路面面层指标也是计算道路结构层模量中最重要的一步，极大地影响沥青路面使用寿命。
3.在新建沥青路面摊铺沥青时，由于基层顶面平整度较差以及施工过程中摊铺设备调整不佳等因素，容易出现厚度不足区域比例较高问题。新建沥青路面由于基层顶面平整度较差以及摊铺施工过程中摊铺设备调整不佳等因素容易出现沥青层厚度不足的薄弱区域，造成厚度分布合格率不达标等施工质量问题。
4.实际中往往都是先按设计值进行摊铺，摊铺过程中通过人工实时检查摊铺厚度是否符合规范，因此存在以下问题：
5.1、人工实时检查摊铺厚度不仅操作不便，工作量大，而且测量结果因人、环境等因素的改变有很大差异；最重要的是，人工方法能得到的样本点数量过少，在一个截面一般只能取2～3个点位测量的厚度取均值作为代表值，这样的数据并不十分有代表性，因此检测结果准确率低。
6.2、上层沥青摊铺厚度工程应用中一般直接采用设计值，这样不仅与实际下层可能存在薄弱区域的情况不符，而且还可能造成沥青摊铺过厚，影响道路整体强度和工程经济性。


技术实现要素：

7.本发明的目的是为了解决人工实时检查摊铺厚度存在操作不便、工作量大的问题以及检测结果准确率低、代表性差的问题。
8.一种基于三维探地雷达的沥青路面厚度动态调整方法，包括如下步骤：
9.步骤1：利用三维探地雷达系统采集路幅全断面三维数据点阵，即三维探地雷达数据；
10.步骤2：识别追踪雷达图像中的下层沥青表面连续信号以及沥青层底部连续信号，计算得到沥青路面厚度进而获得沥青路面厚度数据集di；
11.步骤3：将沥青路面划分成摊铺调整单元，利用厚度数据集di，计算各单元的厚度均值基于下层沥青层厚度设计值dd得到基于规范验收标准厚度代表值要求的厚度补偿值δds，并基于下层沥青层厚度最小值d
dm
得到基于规范验收标准厚度极小值要求的厚度补偿值δdm；
12.步骤4：根据δds、δdm和上层沥青层厚度设计值d
us
确定上层沥青层厚度调整值du，进而根据上层沥青层厚度调整值du确定单元上层摊铺厚度调整值d。
13.进一步地，步骤2中在识别追踪雷达图像中的下层沥青表面连续信号以及沥青层底部连续信号之前需要对三维探地雷达数据记性预处理，预处理的过程包括以下步骤：
14.首先将三维探地雷达数据从采集软件中导出，然后利用雷达信息处理软件3drexaminer，对三维探地雷达数据进行时频转换、地面线取直、滤波、增益、背景去除处理。
15.进一步地，在划分摊铺调整单元时将沥青路面划分成200m的摊铺调整单元。
16.进一步地，基于下层沥青层厚度设计值dd得到基于规范验收标准厚度代表值要求的厚度补偿值δds的过程如下：
[0017][0018]
式中，δds为基于厚度代表值要求的厚度补偿值；dd为下层沥青层厚度设计值；δ1为沥青层总厚度代表值允许偏差；d
t
为沥青层总厚度设计值；为下层沥青层厚度均值。
[0019]
进一步地，基于下层沥青层厚度最小值d
dm
得到基于规范验收标准厚度极小值要求的厚度补偿值δdm的过程如下：
[0020]
δdm＝d
d-δ2×dt-d
dm
ꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0021]
式中，δdm为基于厚度极小值要求的厚度补偿值；dd为下层沥青层厚度设计值；δ2为沥青层总厚度极小值允许偏差；d
t
为沥青层总厚度设计值；d
dm
为下层沥青层厚度最小值。
[0022]
进一步地，步骤4所述根据δds、δdm和上层沥青层厚度设计值d
us
确定上层沥青层厚度调整值du的过程包括以下步骤：
[0023]
首先计算同时满足厚度代表值和厚度极小值的上层厚度补偿值：
[0024]
δd＝max(δds，δdm)
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0025]
式中，δd为厚度补偿值；δds为基于厚度代表值要求的厚度补偿值；δdm为基于厚度极小值要求的厚度补偿值；
[0026]
然后计算同时满足厚度代表值和厚度极小值的上层厚度调整值：
[0027]du
＝max(δd d
us
，d
us
)
ꢀꢀꢀ
(4)
[0028]
式中，du为沥青路面上层厚度调整值；δd为厚度补偿值；d
us
为上层沥青层设计厚度。
[0029]
进一步地，步骤4所述根据上层沥青层厚度调整值du确定单元上层摊铺厚度调整值d的过程包括以下步骤：
[0030]
d＝k
×du
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0031]
式中，d为单元上层摊铺厚度调整值；k为摊铺施工采用的松铺系数；du为沥青路面上层厚度调整值。
[0032]
本发明的有益效果为：
[0033]
本发明所述的一种基于三维探地雷达的沥青路面厚度动态调整方法，关键在于实现了沥青路面厚度的动态调整，创新性地将沥青路面划分为摊铺调整单元，并利用了算式(1)～(5)得到上层摊铺厚度补偿值，这与现有技术完全不同，本发明能够有效解决现有沥青路面摊铺厚度均匀性分析、评价与解决措施方面的问题，极大地节省人力、提高效率、提高检测准确率。
[0034]
同时本发明基于三维探地雷达实现动态调整，能够有效克服二维探地雷达测量沥青路面厚度时范围窄、代表性一般，路面材料介电常数难以自主标定等缺点。将三维探地雷达应用于沥青路面厚度检测，其采用多通道天线可以实现全断面扫描，是适用于开展大面
积路面厚度快速无损检测的一种新手段，可以极大地提升检测准确率。
附图说明：
[0035]
图1为一种基于三维探地雷达的沥青路面厚度动态调整方法流程图。
具体实施方式：
[0036]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
[0037]
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
[0038]
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，
[0039]
本实施方式所述的一种基于三维探地雷达的沥青路面厚度动态调整方法，包括以下步骤：
[0040]
步骤1：进行三维探地雷达选择、安装、准备工作，本实施方式中采用频率步进式雷达；准备完成后对待检测沥青路面下层沥青层进行雷达无损检测，即利用三维探地雷达系统采集路幅全断面三维数据点阵，即三维探地雷达数据；三个纬度的数据分别是：行车方向为x轴，深度方向为z轴的纵切面数据；行车方向垂直的方向为y轴，深度方向为z轴的横切面数据；行车方向为x轴，行车方向垂直方向为y轴的各个深度下的水平切面数据；
[0041]
步骤2：将三维探地雷达数据从采集软件中导出，利用雷达信息处理软件3drexaminer，对三维探地雷达数据进行时频转换、地面线取直、滤波、增益、背景去除处理，去除原始信号中的干扰、杂波以及多次波的影响，识别追踪雷达图像中的下层沥青表面连续信号以及沥青层底部连续信号，计算得到沥青路面厚度进而获得沥青路面厚度数据集di；
[0042]
识别追踪雷达图像中的下层沥青表面连续信号以及沥青层底部连续信号是基于雷达信息处理软件自带的功能实现的，通过边缘检测算法进行层位信号识别，从而实现识别追踪雷达图像中的下层沥青表面连续信号以及沥青层底部连续信号。而厚度数据是根据层位识别结果，用下层连续信号的深度坐标减去上层信号的深度坐标，确定各层位间的厚度，统计各点得到层厚数据集；本发明只需要两个层位的厚度数据(下层沥青层厚度和上层沥青层厚度)，对测点没有特殊要求，只需要保证路面厚度较为均匀连续即可。
[0043]
步骤3：按照施工质量和经济性要求，将沥青路面划分成200m的摊铺调整单元，利用厚度数据集di，计算各单元的厚度均值同时，分别基于下层沥青层厚度设计值dd、下层沥青层厚度最小值d
dm
计算基于规范验收标准厚度代表值要求的厚度补偿值δds、厚度极小值要求的厚度补偿值δdm；所述下层沥青层厚度的设计值dd和最小值d
dm
是针对该工程施工设计书中给定的标准值；
[0044]
计算基于规范验收标准厚度代表值要求的厚度补偿值：
[0045][0046]
式中，δds为基于厚度代表值要求的厚度补偿值；dd为下层沥青层厚度设计值；δ1为沥青层总厚度代表值允许偏差；d
t
为沥青层总厚度设计值；为下层沥青层厚度均值。
[0047]
计算基于规范验收标准厚度极小值要求的厚度补偿值：
[0048]
δdm＝d
d-δ2×dt-d
dm
ꢀꢀꢀ
(2)
[0049]
式中，δdm为基于厚度极小值要求的厚度补偿值；dd为下层沥青层厚度设计值；δ2为沥青层总厚度极小值允许偏差；d
t
为沥青层总厚度设计值；d
dm
为下层沥青层厚度最小值。
[0050]
步骤4：根据δds、δdm和上层沥青层厚度设计值d
us
确定上层沥青层厚度调整值du，进而确定单元上层摊铺厚度调整值d。
[0051]
计算同时满足厚度代表值和厚度极小值的上层厚度补偿值：
[0052]
δd＝max(δds，δdm)
ꢀꢀꢀ
(3)
[0053]
式中，δd为厚度补偿值；δds为基于厚度代表值要求的厚度补偿值；δdm为基于厚度极小值要求的厚度补偿值。
[0054]
计算同时满足厚度代表值和厚度极小值的上层厚度调整值：
[0055]du
＝max(δd d
us
，d
us
)
ꢀꢀꢀ
(4)
[0056]
式中，du为沥青路面上层厚度调整值；δd为厚度补偿值；d
us
为上层沥青层设计厚度。
[0057]
据上层摊铺松铺系数，确定单元上层摊铺厚度调整值：
[0058]
d＝k
×du
ꢀꢀꢀ
(5)
[0059]
式中，d为单元上层摊铺厚度调整值；k为摊铺施工采用的松铺系数，根据混合料的类型和压实工艺确定；du为沥青路面上层厚度调整值。
[0060]
实施例
[0061]
某新建高速公路设计要求沥青层总厚度代表值允许偏差为0.9cm，即要求大于17.1cm；单检测点沥青层总厚度值允许偏差为1.8cm(10％)，即要求大于16.2cm。此次项目在中面层施工完成后，拟对上面层施工厚度进行调整，上面层混合料摊铺的松铺系数采用1.24。
[0062]
在上层铺筑前以及上层铺筑后，均采用三维探地雷达对k0 000～k5 000右幅，总长为6km的段落进行沥青层厚度检测。采用施工厚度动态调整技术进行上层施工厚度调整，路段长度为6km，将其划分为30段单元，编号为1～30。以其中某个单元计算为例，计算结果如下表：
[0063][0064]
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。