二值化处理（沥青路面离析评价方法）

摘 要

为了解决公路沥青路面离析评价的问题，通过查阅国内外相关文献，调研公路施工现场，论文分析了国内外常用离析评价方法，分析传统方法的不足，并介绍基于数字图像技术的沥青路面路面离析评价方法。研究表明，传统方法受限于费时费力及检测滞后性等缺点在工程检测中存在一定问题。数字图像法在沥青路面离析评价中具有其高效、实时、全面、快速的特点，在沥青路面离析检测上中具有一定的推广应用价值。

关键词

沥青路面 | 离析 | 检测

沥青混合料的离析对沥青路面的使用性能及寿命有着重大的影响，在沥青混合料铺筑的过程中，若沥青混合料出现了较大程度的集料离析，则发生集料离析区域的沥青路面的力学性能和路用性能将达不到设计标准。因此，近年来国内外众多机构、学者对沥青路面的离析展开了大量的研究，以寻求减少或避免路面离析的方法。

传统离析评价方法

沥青混合料均匀性传统评价方法有目测法、铺砂试验、密度法3种。

目测法

目测法作为一种主观判定方法，是公路施工中常用的离析判定手段。由于其主观性，目测法无法给定出评价标准，观测者经验水平不懂，其评定结果也会存在相应的差异。目测法采用肉眼观察，在公路工程验收时可以对较大粒径集料和较粗级配混合料的均匀性做到判定，但对较小粒径集料以及大范围的均匀性评价则难以实现。

铺沙法

铺砂法是在铺筑后路面选定检测点，通过测定沥青路面检测点的构造深度，来评定路面表面宏观构造的差异。研究表明，沥青路面集料发生离析后，路面的粗糙程度和纹理都会发生变化，沥青混合料分布均匀时，路面表面的纹理构造分布也比较均匀。反之，当沥青混合料发生离析时，路面表面的纹理构造比较致密或粗糙。沥青路表面发生粗集料离析的地方其表面的粗糙程度较大，而发生细集料离析的地方则会较小。

Cross和Brown采用铺砂法试验结果作为一个量度标准，建立了离析与非离析区域构造深度差异值与交通量和筛孔4.75mm质量通过百分率的方程，进而评价由交通和离析共同造成的路面松散情况。中国江苏省通过对其国内多条高速公路沥青路面进行铺砂法实验研究，将待检测路面区域的构造深度与沥青混合料较均匀路面的平均构造深度的比值作为沥青混合料离析的评价指标，通过大量的检测分析，确定了沥青混合料离析的判定标准，如下表1所示。

在道路工程中，铺砂法因其原理简单、试验原材料及器材简易，试验成本较低，且操作成本较低，被广泛应用于沥青道路表面构造深度的测量，但随着工程实际的应用，施工质量标准的提升，铺沙法费时费力、无法对沥青路面进行全面的评价的缺点也随之出现。

密度法

沥青混合料分布不均匀，即发生离析现象，则该区域的混合料的性能和技术指标均会发生变化。通常以级配组成、沥青含量和空隙率作为评价沥青混合料离析的指标。根据《公路工程质量检验评定标准》(JTGF80/1-2017)规范要求，沥青路面施工质量管理控制指标是沥青混合料的空隙率或压实度，但直接检测指标是密度。通过检测设备获得沥青混合料密度，进而计算空隙率或压实度。因此，密度成为评价沥青混合料分布均匀性的主要检测手段。对于路面空间均匀性的检测与评价，沥青路面的密度也是直观有效的评价指标。沥青混合料均匀性常用的检测方法包括钻芯取样法和密度仪法。通过钻芯取样可测试沥青混合料的沥青含量、集料级配和空隙率等指标的变化，划分均匀性等级。

路面钻芯是目前沥青混合料现场密度的主要测定方法。路面钻芯属于有损检测，其取芯位置和频率都受到限制，无法全面评价沥青路面混合料的均匀性，因此，采用路面钻芯检测与评价沥青混合料的离析并不适用。核子密度仪属于无损检测，利用同位素放射原理实时快速检测施工现场沥青混合料的密度。Willims等联合采用核子密度仪和无核密度仪对沥青混合料进行离析的判定。1997年，密歇根州立大学研究者采用离散的核子密度仪测量方法判别线状非均匀性。期间，堪萨斯州交通运输部也采用核子密度仪测量方法判别路面的非均匀性。然而相关文献研究表明，采用核子密度仪测量方法评价混合料均匀性存在一定困难。

新兴离析评价方法

沥青混合料均匀性新兴的无损识别评价方法，主要有热红外成像、探地雷达、激光表面断面仪等。

热红外成像法

任何物体根据温度不同对外散发具有能量的热红外线。通过热红外成像系统采集热红外线，并转换为数字信号，经处理生成物体热能量视图，能够反映出物体表面的温度场。图1反映的是某施工断面的红外图像。热图像的色彩可自由选择，以表示路面的不同温度，一般可选择红色、蓝色分别表示温度的较高区域和较低区域。通过热红外成像技术可绘制整个路面区域的热量分布图，由于空气的热容量相比集料和沥青均较小，若沥青混合料存在严重离析，该区域必然是高空隙率，则温度较低，蓝色较为明显，即可判定施工过程中沥青混合料出现了离析现象。

随着离析相关研究的开展，有学者研究表明沥青路面施工中，有温度离析的地方并不一定发生集料离析，因此，热成像法在评价级配离析中并完全不适用。

探地雷达法

利用路面探地雷达可以测定沥青混凝土路面密度的分布情况。NCHRP441课题研究报告表明，探地雷达可分析路面材料随深度变化的性质，红外摄像仪可判断和测量路面表面的离析，综合利用这两种设备就可以测定沥青路面性质的三维剖面。

激光断面仪法

激光表面断面仪是利用激光脉冲的反射原理计算路表面的构造深度。构造深度越大，纹理构造越粗糙，则可能存在离析情况。激光表面断面仪只能检测一定长度范围内路面表面的构造深度的，不能测量路面随深度变化的均匀性，因此，该方法较适合评价沥青路表面的带状离析。2003年，Meegoda和Geoffrey等研究发现，激光构造仪法与铺砂法构造深度试验结果的相关性并不明显，但构造深度的频率分布有较好的相关性。在路面表面构造深度为0.20~4.25mm，将激光断面仪测得的数据与和铺砂法测得的数据相比较，具有较高的相关性。但对于路表面较为粗糙的区域，其测定数值偏低。

CTMeter法(激光测距仪)是通过安装激光传感器来测量沥青路面表面的构造深度，结果表明:

CTMeter法与铺砂法有良好的相关性，相关系数R^2=0.943，如图2所示。

数字图像法

通过对沥青路面施工进行现场调研，传统评价方法费时费力，上述新兴评价方法应用成本高，且上述存在滞后性，即检测在道路铺筑后进行，无法及时反馈施工。

近年来，数字图像处理技术广泛的应用于交通运输行业，特别是在公路交通管理方面。运用计算机视频图像识别技术，大量智能化交通设备相继投入使用。目前，数字图像处理技术已逐步应用于道路桥梁工程的施工管理、质量检测与评价等方面，其高效、实时、全面、快速的优势赢得了广大工程研究者和建设者的关注。

数字图像在沥青路面离析评价中常用的方法有转动数位法、面积法、分形几何法、四边静矩法等。通过数字图像技术，在沥青路面摊铺工程中同步进行图像采集，对采集到的沥青路面图像进行二值化处理，随后进行均匀性判定，可以实现实时检测，实时分析，及时反馈的作用。目前，已有学者在数字图像技术沥青路面离析评价上取得了一定的研究成果。

结论

目前国内外尚未对新建路面均匀性的检测和评价提出具体的评价标准，现行的公路工程质量评定规范中，没有将均匀性作为质量评定的指标，而且现有的指标仅要求对个别检测点或检测区域作为少量样本进行检测，无法对整个路面的均匀性指标进行实时连续的检测与评定。因此，对于新建沥青路面施工质量均匀性进行无损、连续、快速的检测并进行综合、全面、正确的评价是很有意义的，可为提高沥青路面施工质量、延长沥青路面使用寿命提供理论基础及技术支撑。因此基于数字图像技术的沥青路面离析检测方法具有重要的工程推广应用价值。