孫譽(yù)

（新疆民航專業(yè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，烏魯木齊830016）

1 引言

機(jī)場工程中，瀝青跑道應(yīng)用越來越廣泛。由于機(jī)場的特殊性，對瀝青跑道的建設(shè)要求比公路更嚴(yán)格。實(shí)踐表明，現(xiàn)有的瀝青道面檢測手段大部分為有損檢測，不可避免地會(huì)對瀝青道面造成結(jié)構(gòu)性損傷，且主要依靠人工操作，檢測速度慢、效率低，而操作人員的人為因素可能會(huì)導(dǎo)致檢測過程產(chǎn)生無法消除的隨機(jī)誤差。這種情況下，對于同一檢測指標(biāo)，采用不同儀器可能得出不同的結(jié)論，例如，用不同檢測儀器得到的構(gòu)造深度、結(jié)論可能存在差異?；谏鲜龅烂鏅z測方法的局限性，未來道面檢測的發(fā)展趨勢應(yīng)主要體現(xiàn)在：無損檢測、實(shí)時(shí)、高效化、自動(dòng)化、智能化等方面。

近年來，隨著數(shù)字圖像技術(shù)、視頻采集技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用技術(shù)日漸成熟，民航領(lǐng)域逐漸開始利用這些新興技術(shù)。通過以往的瀝青道面攤鋪均勻性研究可知：粗集料的分布狀態(tài)對瀝青道面均勻性有重要影響，而細(xì)集料由于顆粒較小、數(shù)量眾多，基本不存在離析問題，利用這一特性，可為道面混合料離析檢測提供一個(gè)新思路。本文提出了一種基于數(shù)字圖像技術(shù)的瀝青混合料離析自動(dòng)判定方法，能實(shí)現(xiàn)快速、高效檢測道面攤鋪質(zhì)量，可為數(shù)字化施工及在線檢測提供技術(shù)支撐。

2 離析判斷的傳統(tǒng)方法

離析判斷的傳統(tǒng)方法主要可分為五大類，即視覺觀察法、試樣組成分析法、無核密度儀法、鋪砂法及激光構(gòu)造深度儀法。其各自的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

1）視覺觀察法相對簡單、直接，但由于這種方法因觀察者而異，主觀性較強(qiáng)，并沒有一個(gè)客觀的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；

2）試樣組成分析法檢測效率較低，且對操作人員的基本職業(yè)素質(zhì)有所要求；

3）無核密度儀法輕便、可連續(xù)工作時(shí)間較長、測量的數(shù)據(jù)可以下載到計(jì)算機(jī)，相比于核子密度儀法具有無放射性、安全的優(yōu)點(diǎn)，但其精確性稍遜于核子密度儀法；

4）鋪砂法雖然操作簡便、材料易取，但是消耗的人力較大且檢測速度較慢；

5）激光構(gòu)造深度儀法具有速度快、效率高、連續(xù)等特點(diǎn)，但僅能檢測道面某斷面的平均構(gòu)造深度[2]。

3 基于數(shù)字圖像的自動(dòng)判別方法

以上傳統(tǒng)方法存在較多弊端，有必要尋求一種新型的無損檢測手段，實(shí)現(xiàn)對瀝青道面混合料均勻性的實(shí)時(shí)檢測。本文通過對瀝青道面的實(shí)拍圖片進(jìn)行數(shù)字圖像處理得到判定指標(biāo)（即區(qū)域比值標(biāo)準(zhǔn)差），再將判定結(jié)果傳輸至PC 端進(jìn)行儲(chǔ)存，最終實(shí)現(xiàn)混合料離析自動(dòng)判別。

3.1 自動(dòng)判別流程

在瀝青道面攤鋪時(shí)，如果混合料發(fā)生離析現(xiàn)象，則導(dǎo)致集料顆粒分布不均勻，或粗、細(xì)集料各集中于一個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)。反之，如果混合料在攤鋪過程中較為均勻，則粗、細(xì)集料在所攤鋪的路表平面上的位置分布也將比較均勻。本研究試圖通過數(shù)字圖像的采集、處理、分析來判定攤鋪道面瀝青混合料的均勻性。自動(dòng)判別流程如圖1 所示。

圖1 數(shù)字圖像自動(dòng)判別流程圖

3.2 數(shù)字圖像處理環(huán)節(jié)

數(shù)字圖像處理（Digital Image Processing）是通過計(jì)算機(jī)對圖像進(jìn)行去除噪聲、增強(qiáng)、復(fù)原、分割、提取特征等處理的技術(shù)。數(shù)字圖像的灰度圖像以二維矩陣存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，而MATLAB 是對矩陣運(yùn)算最適用的工具，故選擇MATLAB 對數(shù)字圖像進(jìn)行分析和處理[3]。

利用MATLAB 對瀝青混合料攤鋪過程進(jìn)行圖像均勻性相關(guān)分析，依次進(jìn)行灰度圖像轉(zhuǎn)化[4]、圖像濾波去噪、直方圖均衡化，并對分割后的圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)處理開閉運(yùn)算，之后再轉(zhuǎn)化為二值圖像（見圖2）[5]。結(jié)果表明，在排除較小顆粒的情況下，直觀上能夠較為明顯地反映混合料的分布情況。

圖2 瀝青混合料圖像處理與離析識(shí)別

3.3 判定指標(biāo)

如圖3 所示，在固定檢測高度后，2.36 mm 粒徑對應(yīng)的像素點(diǎn)數(shù)也相應(yīng)固定，篩選出2.36 mm 以上粒徑集料，圖像分割為4×4 共16 塊小矩形后[6]，統(tǒng)計(jì)各矩形內(nèi)滿足粒徑要求像素?cái)?shù)量與分割區(qū)域像素?cái)?shù)量之比，利用式（1）計(jì)算各區(qū)域比值標(biāo)準(zhǔn)差：

圖3 區(qū)域離析度判定示意圖

式中，x 為樣本均值；n 為樣本大小。

經(jīng)過計(jì)算，結(jié)合實(shí)際情況，本文推薦的閾值范圍見表1，根據(jù)其對瀝青混凝土道面的離析情況進(jìn)行判別。

表1 區(qū)域離析度判定表

4 實(shí)時(shí)監(jiān)測的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

結(jié)合圖形化數(shù)據(jù)流編程的LabVIEW 軟件和具有強(qiáng)大數(shù)字圖像處理功能的MATLAB 軟件各自的優(yōu)勢，本文設(shè)計(jì)了瀝青跑道面層攤鋪過程的混合料離析實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，如圖4 所示。利用Math Script 向MATLAB擴(kuò)展，依托LabVIEW 軟件和相應(yīng)的控件NI-vision 實(shí)時(shí)采集攤鋪過程中的圖像。隨后借助MATLAB腳本服務(wù)器對數(shù)字圖像進(jìn)行分析，實(shí)時(shí)獲取指標(biāo)Sr。最后，通過4G 無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳輸，實(shí)現(xiàn)對瀝青道面離析的實(shí)時(shí)檢測判定。

圖4 基于LabVIEW的實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5 結(jié)語

由于瀝青混合料的離析對瀝青道面的使用性能和壽命有嚴(yán)重的影響，瀝青道面發(fā)生的大部分病害都與瀝青混合料的離析有關(guān)。本文應(yīng)用的數(shù)字圖像處理技術(shù)能夠較好地反映瀝青混合料道面攤鋪時(shí)的集料分布狀況；運(yùn)用MATLAB 軟件提出的集料離析判定指標(biāo)可較準(zhǔn)確地判斷瀝青混合料道面攤鋪時(shí)的集料是否處于離析狀態(tài)；編制出的軟件能夠較大程度上實(shí)現(xiàn)瀝青混合料道面攤鋪時(shí)的均勻性實(shí)時(shí)檢測。