[发明专利]一种基于三维探地雷达图像的沥青路面空隙率评价方法

权利要求书

1.一种基于三维探地雷达图像的沥青路面空隙率评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，制备若干块空隙率不同、厚度不同的沥青混合料车辙板试件，从四个顶点、边线中点及中心点分别测量试件的厚度h，用介电常数测试系统测试车辙板试件相同位置处的介电常数ε；

S2，根据沥青混合料配合比设计计算试件的理论密度G_mm，测量试件的干密度G_mb，据此计算得到试件的空隙率V_a；

S3，根据改进共中心点法获取试件厚度h与雷达波在路面内部传播速度v及介电常数之间的关系；

S4，将试件的介电常数ε与试件的空隙率V_a进行拟合，得到二者的回归关系模型，结合S3中建立的试件厚度h与介电常数ε的关系，得到试件厚度h与空隙率V_a之间的拟合关系；

S5，在实际新建或者运营道路，利用大型车载三维探地雷达获取沥青路面面层的雷达图像，通过Canny边缘检测从探地雷达检测图像中提取面层厚度，利用步骤S4中建立的拟合关系实现面层空隙率的自动检测。

2.根据权利要求1所述的基于三维探地雷达检测图像的沥青路面空隙率评价方法，其特征在于，步骤S1中，制备3至5块空隙率不同的沥青混合料车辙板试件；

用介电常数测试系统获取沥青混合料车辙板试件不同点位介电常数ε：

其中，A_max为测点的最大谐振值。

3.根据权利要求1所述的基于三维探地雷达检测图像的沥青路面空隙率评价方法，其特征在于，步骤S2中，空隙率V_a计算公式如下：

4.根据权利要求1所述的基于三维探地雷达检测图像的沥青路面空隙率评价方法，其特征在于，步骤S3中，利用改进共中心点法获取试件厚度h与雷达波在路面内部传播速度v及介电常数ε之间的关系的详细实现步骤如下：

S31，设三维探地雷达距离路面的距离为h₀，地面第一反射层(面层)距离地面的深度为h₁，探地雷达的发射器与接收器的距离为l₀，空气介质的介电常数为1；则电磁波在空气中的传播满足公式如下：

在沥青路面内部传播满足公式如下：

其中，c和v分别为电磁波在空气和沥青混合料中的传播速度，t₁和t₂分别为电磁波在空气和沥青混合料中的传播时间，l₁为探地雷达发射天线的电磁波在沥青混合料入射点与出射点的距离；

S32，设探地雷达发射器的雷达波以α₁角度进入沥青混合料，以α₂角度进行折射，则电磁波进入沥青混合料的角度满足公式如下：

电磁波反射出沥青混合料的角度满足公式如下：

沥青混合料介电常数满足公式如下：

S33，根据探地雷达电磁波在沥青混合料内部传播满足如下公式：

得出试件厚度h与雷达波在路面内部传播速度v及介电常数ε之间的关系式：

其中，T＝t₁+t₂，能直接从雷达图谱上得出。

5.根据权利要求1所述的基于三维探地雷达检测图像的沥青路面空隙率评价方法，其特征在于，步骤S5中，通过Canny边缘检测从探地雷达检测图像中提取面层厚度的详细实现步骤如下：

S51，对原始探地雷达检测图像进行灰度转换；

S52，选定阈值T₁、T₂，其中T1为高阈值，能够将提取的厚度边缘特征与背景区分开；T2为低阈值，能够平滑边缘的轮廓；利用edge函数对灰度图进行处理，检测出图像中所有的边缘，其中阈值T₁、T₂由edge函数自动计算得到；

S53，在处理后的雷达图像中，沥青面层与基层的分界面呈现为在水平方向上的两条连续贯通、相互平行的边缘线，并对该两条边缘进行提取；

S54，通过把提取出的两条边缘纵坐标的均值与道路表面纵坐标作差，再乘以设定比例，所述比例为纵坐标与路面实际深度的比例，最终求得沥青面层的厚度。