一种热再生沥青混合料均匀性评价分析系统

1.本发明涉及路面质量检测技术领域，特别是涉及一种热再生沥青混合料均匀性评价分析系统。


背景技术：

2.在路面施工过程中，沥青混合材料是最常用的一种原料，沥青路面的力学性能和使用寿命受沥青混合料的均匀性所影响，当热再生沥青混合料不均匀时，热再生沥青混合料会出现离析问题，沥青路面将会出现局部性能的薄弱点，导致早期病害的发生，缩短沥青路面的使用年限；现有技术中对研究人员利用仿真软件对沥青混合料的均匀性进行仿真分析，通过调整沥青混合料的搅拌速度和沥青混合料颗粒中的固体物体积的研究，并通过建立的颗粒集合模型对沥青混合料的颗粒的离散程度进行分析；除此之外，研究人员还通过对样本的温度的研究对热再生沥青的均匀性进行研究；但是，热再生沥青混合料的混合过程是一个动态变化的过程，通过对样本的检测的均匀性存在误差，误差受到采集时间、采集位置和颗粒的参数的影响，并且当热再生混合料已经达到均匀时，但是温度可能发生变化，则不能及时的对热再生混合料的均匀性进行分析，无法对热再生混合料的混合过程中的均匀性进行实时性评价，为了对热再生沥青混合料的均匀性进行动态的监测和分析，本系统提出了一种热再生沥青混合料均匀性评价分析系统。


技术实现要素：

3.针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供一种热再生沥青混合料均匀性评价分析系统，本系统的温度分析模块和离散分析模块分别对沥青混合料的温度和离散度进行分析，再根据温度分析结果和离散分析结果得到沥青混合料的混合过程中的颗粒的平衡状态的边界条件，实时分析模块对混合过程进行动态实时分析，通过建立数学分析模型来对沥青混合料的均匀性进行实时检测，提高了热再生沥青混合料均匀性监控的效率。
4.其解决的技术方案是，一种热再生沥青混合料均匀性评价分析系统，包括存储模块、温度分析模块、离散分析模块、实时分析模块、传感器模块、显示模块、控制模块、图像采集模块，传感器模块和图像采集模块将采集的沥青混合料数据存储于存储模块中，温度分析模块、离散分析模块和实时分析模块对沥青混合料数据进行分析得到实时分析结果，并根据实时分析结果对沥青混料的混合过程的均匀性进行评估监控；
5.1)、传感器模块和图像采集模块对沥青混合料的搅拌过程中不同阶段的不同区域的沥青混合料的样本参数进行采集得到沥青混合料数据，温度分析模块根沥青混合料数据中的温度参数进行分析得到温度分析结果，并将温度分析结果发送实时分析模块；
6.2)、所述图像采集模块对沥青混合料的搅拌过程进行图像采集得到图像参数，图像采集模块采集沥青混料混合过程中沥青混合料的图像，所述离散分析模块再利用图像处理技术对图像进行分析得到图像参数，离散分析模块对图像参数进行分析得到离散分析结
果，并将离散分析结果发送至实时分析模块，离散分析模块是对沥青混合中颗粒的分布进行分析；
7.3)、所述实时分析模块根据沥青混合料数据以一个混合过程为分析过程建立沥青的流体模型，首先实时分析模块根据沥青混合料数据中颗粒和沥青的参数对颗粒进行平衡状态分析得到颗粒的状态参数，实时分析模块再根据接收的当前时刻前得到的温度分析结果、离散分析结果和状态参数与沥青的流体模型相结合，并通过对沥青混合料的混合过程中沥青和颗粒的模型分析对沥青混合料的均匀性进行实时监控；
8.4)、所述显示模块对实时分析模块对沥青混合料的混合过程实时检测的均匀性进行实时显示，管理人员通过显示模块对沥青混合料的混合过程进行监控，控制模块是评价分析系统的控制中心，控制模块向其他模块发送分析调用指令。
9.所述实时分析模块对沥青混合料混合过程中的每一个时刻tk的沥青混料的均匀性进行评估分析，实时分析模块是对混合过程开始时的时刻t0到时刻tk产生的沥青混合料数据进行分析，k＝1，2，3...表示采集的时刻下标，所述温度分析模块对时刻tk前采集的样本的温度参数进行分析得到温度分析结果，将不同时刻采集的不同区域的温度参数记为i，i∈[1，n]表示样本采集的区域标号，n为样本的采集区域数，ci表示样本采集的区域，tk表示不同的采集时刻，温度分析模块对时刻t0到时刻tk内采集的所有的温度进行分析得到温度变化矩阵，具体的分析过程如下：
[0010][0011]
其中，a是根据在t0到tk之间采集的混合沥青料的样本的温度参数得到的矩阵，再对矩阵a进行特征向量分析得到温度参数的z个特征值和特征向量，将特征值记为xi，i∈[1，z]，将特征向量记为xi＝(ξ
i1
，ξ
i2
，ξ
i3
...ξ
ik
)，i∈[1，z]，再通过特征向量和特征值的计算得到温度变化参数s，温度变化参数s的方程如下：
[0012][0013]
其中，s为沥青混料的温度变化参数，z为根据沥青混合料样本得到的特征值得个数，x
it
为特征向量xi得转置，温度分析模块通过t0到tk之间采集的混合沥青料的样本的温度参数得分析得到分析得到包含温度变化参数的温度分析结果，并将温度分析结果发送至实时分析模块。
[0014]
所述离散分析模块对图像采集模块采集的n个采集区域数图像进行分析，并得到不同时刻下的不同区域的颗粒的离散度，具体过程如下：
[0015]
步骤一、首先，离散分析模块计算沥青混合料混合前颗粒的平均半径和平均质量并对t0到tk之间采集的混合沥青料的样本进行计算分析得到不同区域的颗粒的实际质量和mi；
[0016]
步骤二、其次，离散分析模块对采集的沥青混合料的混合过程中采集的图像进行分析得到预估质量和mi；
[0017]
步骤三、最后，离散分析模块再结合实际质量和、预估质量和与时刻t0到tk之间采
集的混合沥青料的样本的参数进行分析得到不同区域的颗粒的离散度，方程如下：
[0018][0019]
其中，αi表示第i个采集区域的样本与图像预估的颗粒质量的质量占比，mi表示第i个采集区域内实际质量和，mi为表示第i个采集区域内预估质量和，所述离散分析模块再根据质量占比求解得到包括离散度的离散分析结果，并将离散分析结果发送至实时分析模块。
[0020]
所述实时分析模块接收温度分析模块的温度分析结果和离散分析模块的离散分析结果，并通过对沥青混合料数据中颗粒进行平衡状态分析得到颗粒的状态参数，再根据沥青混合料数据建立沥青的流体模型、温度分析结果、离散分析结果和状态参数对沥青混合料的均匀性进行实时监控；
[0021]
步骤1、在沥青混合料的混合过程中，实时分析模块根据沥青的流动的特点利用斯托科斯公式进行流体分析得到状态参数，并对温度分析结果和离散分析结果进行分析得到边界条件，在边界条件限定下，实时分析模块通过数值计算进行求解公式，并对颗粒的受力平衡状态进行分析，
[0022]
p＝q
·
ρ1·
g-q
·
ρ2·
g＝q
·
(ρ
1-ρ2)，
[0023]
其中，g表示重力加速度，颗粒的体积为q，液体沥青的密度为ρ1，进行混合的颗粒的平均密度为ρ2，则颗粒受到沥青的斥力p，在沥青的斥力作用下，颗粒在混合过程中发生位置移动，当颗粒均匀分析时，颗粒的受力状态达到平衡；
[0024]
步骤2、实时分析模块结合沥青混料的混合过程中的质量守恒、动量守恒的特点建立流体模型，并对沥青混合料中的颗粒进行动能分析；
[0025]
步骤3、实时分析模块通过沥青混合料的混合过程中颗粒的状态分析来对沥青混合料的均匀性进行分析，若不同的相邻分析时刻对应的实时分析模块的实时分析结果之间的误差小于标准值，则沥青混合料满足均匀性要求，用于判定的标准值是根据均匀混合的沥青混合料的数据进行分析得到的。
[0026]
由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点；
[0027]
1.本系统的传感器模块和图像采集模块对热再生沥青混合料的混合过程进行不同时刻不同区域的样本采集，再由温度分析模块和离散分析模块对不同样本含量的样本分别进行温度分析和离散度分析，首先温度分析模块对实时分析模块进行实时分析的时刻前采集的所有的样本的温度进行分析得到温度变化参数，再由离散分析模块对实时分析模块进行实时分析的时刻前的样本中的颗粒的离散度进行分析得到离散分析结果，再由实时分析模块对温度分析结果和离散分析结果进行分析得到边界条件，通过对沥青混合料的实时分析的当前时刻前的所有样本的温度和离散度的宏观分析来得到实时分析的边界条件，再由实时分析模块对颗粒的平衡状态分析，提高了对沥青混合料的均匀性的实时检测的准确性。
[0028]
2.本系统的实时分析模块根据接收的温度分析结果和离散分析结果，并通过对温度分析结果和离散分析结果的分析得到对沥青混来中的颗粒进行平衡分析的边界条件，实时分析模块首先对沥青混合料数据中颗粒进行平衡状态分析得到颗粒的状态参数，再根据沥青混合料数据建立沥青的流体模型，根据沥青混合料的混合过程中沥青流动性、吸附粘
性的特点对混合过程进行实时分析得到实时分析结果，再根据实时分析结果对均匀性进行监测，大大提高了热再生沥青混合料均匀性检测的实时性，利用实时分析模块对混合过程进行动态监测，避免了图发因素对均匀性的影响。
附图说明
[0029]
图1为本系统的整体模块图；
[0030]
图2为本系统的流程图；
[0031]
图3为本系统的计算流程图。
具体实施方式
[0032]
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至图3对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。
[0033]
热再生沥青混合料实际影响沥青路面质量的关键因素，混合不均匀的沥青混合料会大大缩短里路面的使用寿命，为了保证对沥青混合料的均匀性的监控，本系统提出了一种热再生沥青混合料均匀性评价分析系统，包括存储模块、温度分析模块、离散分析模块、实时分析模块、传感器模块、显示模块、控制模块、图像采集模块，传感器模块和图像采集模块将采集的沥青混合料数据存储于存储模块中，温度分析模块、离散分析模块和实时分析模块对沥青混合料数据进行分析得到实时分析结果，并根据实时分析结果对沥青混料的混合过程的均匀性进行评估监控，沥青混合料的混合过程是一个动态变化的过程，单独通过对沥青混合料的温度进行的分析和颗粒的离散度的分析不能得到热再生混合料实际的均匀性变化，所以将沥青混合料的整个搅拌混合过程作为一个分析的整体，从沥青混合料的各个成分的进行混合开始的时刻记为t0，在混合的不同时刻，热再生混合料的均匀性均发生变化，为了对这种动态的变化检测，需要对不同的时刻下的沥青混合料的颗粒状态进行动态分析，同时也会对混合过程的突发因素进行监测；
[0034]
1)、传感器模块和图像采集模块对沥青混合料的搅拌过程中不同阶段的不同区域的沥青混合料的样本参数进行采集得到沥青混合料数据，温度分析模块根沥青混合料数据中的温度参数进行分析得到温度分析结果，并将温度分析结果发送实时分析模块，传感器模块中包括温度传感器，通过温度传感器可以采集到不同时刻不同区域对应样本的温度；
[0035]
2)、所述图像采集模块对沥青混合料的搅拌过程进行图像采集得到图像参数，图像采集模块采集沥青混料混合过程中沥青混合料的图像，所述离散分析模块再利用图像处理技术对图像进行分析得到图像参数，离散分析模块对图像参数进行分析得到离散分析结果，并将离散分析结果发送至实时分析模块，离散分析模块是对沥青混合中颗粒的分布进行分析；
[0036]
3)、所述实时分析模块根据沥青混合料数据以一个混合过程为分析过程建立沥青的流体模型，首先实时分析模块根据沥青混合料数据中颗粒和沥青的参数对颗粒进行平衡状态分析得到颗粒的状态参数，实时分析模块再根据接收的当前时刻前得到的温度分析结果、离散分析结果和状态参数与沥青的流体模型相结合，并通过对沥青混合料的混合过程中沥青和颗粒的模型分析对沥青混合料的均匀性进行实时监控，采集沥青混合料的样本并
得到样本的沥青混合料数据是一个过程量，温度分析模块对一个时间端内采集的样本的沥青混合料数据进行分析得到温度变化参数，但是实时分析模块是对混合过程中的不同时刻的状态值进行的分析，实时分析模块分析的当前的时刻的状态值受到开始的时刻t0到该时刻之间产生的沥青混合料数据的影响；
[0037]
4)、所述显示模块对实时分析模块对沥青混合料的混合过程实时检测的均匀性进行实时显示，管理人员通过显示模块对沥青混合料的混合过程进行监控，控制模块是评价分析系统的控制中心，控制模块向其他模块发送分析调用指令，显示模块中包括显示装置，通过显示装置显示沥青混合料的混合过程的时长，当沥青混合料的混合达到均匀性时，显示装置上显示绿色。
[0038]
所述实时分析模块对沥青混合料混合过程中的每一个时刻tk的沥青混料的均匀性进行评估分析，实时分析模块是对混合过程开始时的时刻t0到时刻tk产生的沥青混合料数据进行分析，k＝1，2，3...表示采集的时刻下标，所述温度分析模块对时刻tk前采集的样本的温度参数进行分析得到温度分析结果，将不同时刻采集的不同区域的温度参数记为i，i∈[1，n]表示样本采集的区域标号，n为样本的采集区域数，ci表示样本采集的区域，tk表示不同的采集时刻，温度分析模块对时刻t0到时刻tk内采集的所有的温度进行分析得到温度变化矩阵，具体的分析过程如下：
[0039][0040]
其中，a是根据在t0到tk之间采集的混合沥青料的样本的温度参数得到的矩阵，再对矩阵a进行特征向量分析得到温度参数的z个特征值和特征向量，将特征值记为xi，i∈[1，z]，将特征向量记为xi＝(ξ
i1
，ξ
i2
，ξ
i3
...ξ
ik
)，i∈[1，z]，再通过特征向量和特征值的计算得到温度变化参数s，温度变化参数s的方程如下：
[0041][0042]
其中，s为沥青混料的温度变化参数，z为根据沥青混合料样本得到的特征值得个数，x
it
为特征向量xi得转置，温度分析模块通过t0到tk之间采集的混合沥青料的样本的温度参数得分析得到分析得到包含温度变化参数的温度分析结果，并将温度分析结果发送至实时分析模块。
[0043]
所述离散分析模块对图像采集模块采集的n个采集区域数图像进行分析，并得到不同时刻下的不同区域的颗粒的离散度，具体过程如下：
[0044]
步骤一、首先，离散分析模块计算沥青混合料混合前颗粒的平均半径和平均质量并对t0到tk之间采集的混合沥青料的样本进行计算分析得到不同区域的颗粒的实际质量和mi；
[0045]
步骤二、其次，离散分析模块对采集的沥青混合料的混合过程中采集的图像进行分析得到预估质量和mi，离散分析模块根据图像采集模块对不同的样本采集的图像进行分析，并利用图像分析技术对图像内的颗粒进行体积、质量分析得到与样本的体积相同时的
预估质量和，首先离散分析模块利用图像分析技术对图像内颗粒的半径和离散度进行分析得到颗粒和沥青的平均密度，再由平均密度与样本相同体积下的预估质量和mi；
[0046]
步骤三、最后，离散分析模块再结合实际质量和、预估质量和与时刻t0到tk之间采集的混合沥青料的样本的参数进行分析得到不同区域的颗粒的离散度，方程如下：
[0047][0048]
其中，αi表示第i个采集区域的样本与图像预估的颗粒质量的质量占比，mi表示第i个采集区域内实际质量和，mi为表示第i个采集区域内预估质量和，所述离散分析模块再根据质量占比求解得到包括离散度的离散分析结果，并将离散分析结果发送至实时分析模块。
[0049]
所述实时分析模块接收温度分析模块的温度分析结果和离散分析模块的离散分析结果，并通过对沥青混合料数据中颗粒进行平衡状态分析得到颗粒的状态参数，再根据沥青混合料数据建立沥青的流体模型、温度分析结果、离散分析结果和状态参数对沥青混合料的均匀性进行实时监控；
[0050]
步骤1、在沥青混合料的混合过程中，实时分析模块根据沥青的流动的特点利用斯托科斯公式进行流体分析得到状态参数，并对温度分析结果和离散分析结果进行分析得到边界条件，在边界条件限定下，实时分析模块通过数值计算进行求解公式，并对颗粒的受力平衡状态进行分析，
[0051]
p＝q
·
ρ1·
g-q
·
ρ2·
g＝q
·
(ρ
1-ρ2)，
[0052]
其中，g表示重力加速度，颗粒的体积为q，液体沥青的密度为ρ1，进行混合的颗粒的平均密度为ρ2，则颗粒受到沥青的斥力p，在沥青的斥力作用下，颗粒在混合过程中发生位置移动，当颗粒均匀分析时，颗粒的受力状态达到平衡；
[0053]
步骤2、实时分析模块结合沥青混料的混合过程中的质量守恒、动量守恒的特点建立流体模型，并对沥青混合料中的颗粒进行动能分析，分析过程的具体方程如下：
[0054][0055][0056][0057]
其中，t为时间，ρ为密度，u为速度矢量，t为应力张量，包括粘性、碰撞、及脉动应力，g为单位质量的外力，m为相同的动量交换项，s为表观内能，u2为速度平方值，q为能量通量，q为能量源项，e为相间能量传递项，热再生沥青混合料的均匀性与搅拌温度、搅拌转速、搅拌过程中的颗粒的运动过程中能量的变化，搅拌混合过程中颗粒在不均匀的情况的发生的摩擦，随着搅拌的过程中与沥青的混合，颗粒受到沥青的黏着性的影响，通过吸附力和黏着力对颗粒进行吸附，直至沥青混合料变得均匀；
[0058]
步骤3、实时分析模块通过沥青混合料的混合过程中颗粒的状态分析来对沥青混合料的均匀性进行分析，若不同的相邻分析时刻对应的实时分析模块的实时分析结果之间的误差小于标准值，则沥青混合料满足均匀性要求，用于判定的标准值是根据均匀混合的
沥青混合料的数据进行分析得到的。
[0059]
当沥青混合料的原料开始混合时，传感器模块和图像采集模块对混合过程产生的数据进行采集得到沥青混合料数据，并将沥青混合料数据存储于存储模块，所述控制模块通过向存储模块发送调用指令来调用存储模块存储的数据，再向包括温度分析模块、离散分析模块和实时分析模块的分析模块发送分析指令，由分析模块进行均匀性分析，所述显示模块用于显示沥青混合料的均匀性，当沥青混合均匀时，施工人员通过显示模块来进行观察沥青混合料的均匀性情况。
[0060]
本发明具体使用时，系统主要包括存储模块、温度分析模块、离散分析模块、实时分析模块、传感器模块、显示模块、控制模块、图像采集模块，传感器模块和图像采集模块对热再生沥青混合料的混合过程进行不同时刻不同区域的样本采集得到沥青混合料数据，并将采集的沥青混合料数据存储于存储模块中，再由温度分析模块和离散分析模块对不同样本含量的样本分别进行温度分析和离散度分析，温度分析模块对实时分析模块进行实时分析的时刻前采集的所有的样本的温度进行分析得到温度变化参数，离散分析模块对实时分析模块进行实时分析的时刻前的样本中的颗粒的离散度进行分析得到离散分析结果，再由实时分析模块根据温度分析模块的温度分析结果和离散分析模块的离散分析结果进行分析得到实时分析的边界条件，再由实时分析模块对热再生沥青混合料的沥青混合料数据进行分析得到实时分析结果，实时分析模块首先对沥青混合料数据中颗粒进行平衡状态分析得到颗粒的状态参数，再根据沥青混合料数据建立沥青的流体模型，根据沥青混合料的混合过程中沥青流动性、吸附粘性的特点对混合过程进行实时分析得到实时分析结果，再根据实时分析结果对均匀性进行监测，通过建立流体模型和颗粒在沥青中沉降的受力情况对均匀性进行监控，克服了人工抽样进行测定的不确定性，使得施工人员在热再生沥青混合料的混合过程中对其均匀性进行实时性评价，通过对颗粒的力学平衡状态分析实现对沥青路面摊铺过程中松铺沥青混合料均匀性的实时、全面、准确的评价，大大提高了热再生沥青混合料均匀性检测的实时性和准确性，利用实时分析模块对混合过程进行动态监测，避免了突发因素对均匀性的影响。以上所述是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施仅局限于此；对于本发明所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本发明技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本发明保护范围之内。