基于机器视觉的沥青面层施工过程级配变异性分析文献综述

文献综述（或调研报告）：

摘要：当今世界各国对于沥青混合料离析现象的研究都取得了一定的成果，并将离析分为三种：温度离析、级配离析和集料沥青离析。面对影响工程质量的离析现象，研究人员提出了不同的方法，使得级配变异问题加以改善。对于离析检测方法，各国学者也积极研究，并提出了一系列方法和相对应的标准，为今后的研究奠定了基础。

关键词：离析、级配变异性、机器视觉、离析检测方法

前言：现行的JTG F40-2004《公路沥青施工技术规范》在全国范围内对集料级配的要求均较宽松，而且附录条文还指出当生产的集料级配达不到规范要求，而混合料级配符合规范要求时，工程上允许使用，这为不合格产品的使用提供了条件，导致实际情况容易出现级配变异以及工程质量不合格等现象。

路面混合料大多主要由粒径大小不一的矿质材料组成，属于典型的多粒径颗粒混合料。由于集料分布的不均匀性使路面早期病害现象多发，路用性能降低^[1]。在如今交通量日益增长的情况下，减小施工过程中的离析产生，提高沥青路面使用寿命和抗车辙能力显得尤为重要。离析对路面路用性能有较大的影响，如何定量评价集料分布状态的均匀性，采用何种指标评价混合料离析程度大小，如何减小施工过程中的离析现象成为国内外研究人员重点研究的领域。

目前，我国高等级公路沥青路面建设的主要问题表现为早期损坏，如车辙、坑槽、开裂等，究其原因，不外乎设计、材料、施工等方面存在问题。但现如今的设计方法，以及不断优化的设计方案，使得我们关注的重点在于材料和施工质量的变异性。沥青混合料作为沥青路面施工过程中的半成品，是控制沥青路面质量的第一要素，而级配又是影响沥青混合料质量的一个决定性因素，因此需要采取一定的措施对沥青混合料级配进行控制，以免出现过大的变异性而导致进一步的级配离析。

沥青混合料生产过程中实际级配是由拌合楼进行控制的，由于拌合设备控制精度误差将导致混合料级配出现一定的波动出现的而导致材料级配变异，导致沥青混合料质量受到损伤，因而，国内外不少科研机构和人员对沥青路面使用性能的诸多关键参数（矿料级配、油石比和施工温度等）在施工过程中的变异性及其对路面路用性能的影响进行了研究，并提出了沥青路面施工过程质量控制的相关建议和措施。如扈慧敏^[2]依托合徐（合肥—徐州）高速公路进行研究，初步分析了变异产生的原因。

热沥青混合料在运输和摊铺过程中的级配离析主要发生在：成品料卸入卡车和卡车中混合料卸入摊铺机料斗时的卸料离析，混合料在摊铺机料斗中产生的离析，混合料在螺旋分离器分料过程中产生的离析等，这些问题在已有的研究中已经发现通过正确的设备选型、调整结构参数和工作参数、制定合理的施工工艺等措施，可使材料离析控制在较小的范围内，路面施工质量明显提高。

除了上述过程中会出现一定程度的级配离析之外，沥青混合料生产、摊铺和碾压过程可能造成碾压离析。在沥青路面铺设后产生的集料离析和温度离析使松铺层的密度及力学特性不均匀，即热沥青混合料的可压实性和热稳定性不一致，导致混合料在碾压过程中及压实后的密实度及空隙率的不一致，研究也发现了产生碾压离析的原因，如压路机的设计与制造不合理、路面结构设计和施工工艺不合理等。

为了尽量从最大程度上减少级配离析的出现，需要从设计、材料以及施工等方便减少级配变异性的产生。众多研究人员对此提出了不同的建议，如在康卫的文章中所提到的采取的动态控制技术^[3]，及时纠正偏差，使用沥青路面施工过程中的动态管理，来减少集料级配变异性；同时，亦有研究人员提出通过调整拌合楼质量^[4-6]，调整施工设备等方式来减少变异性。

在施工过程中，即便是粗细集料分布均匀，沥青混合料级配仍然会出现变异，进而导致离析现象的产生，因此施工过程中对于沥青混合料级配的及时观察控制，对于保证离析控制在一定程度内也是十分有必要的。国内外对识别沥青混合料离析状况的技术也是不断发展而来的。

如今，各个国家评价离析的方法仍然不同，我国现在也积极探索利用高速照相机、CT扫描仪等对沥青路面进行深入研究，各高校和研究机构也积极探索新的检测方法，并力求在应用图像处理方法研究路面离析状况的领域内取得一定成果。

1991年，瑞士学者就在研究实践过程中发现热成像技术在识别混合料均匀性方面有着积极的作用；美国TRB在2000年开展关于沥青路面离析的项目研究，通过对沥青多项指标的研究和对当时已有检测方法的分析后，提出采用红外热像仪和ROSAN激光断面仪检测沥青路面离析的严重程度，并对离析程度的标准进行了划分^[7]，这是较早的方法，采用断面仪对沥青路面构造纹理检验，以检测沥青离析程度。

2001年，Tashman^[8]提出一种新的方法，即对路面混合料式样的水平和竖直截面进行图像处理和图像计算后，利用集料平均粒径差异的参数作为评价粗集料离析的指标，成为最初几个利用电子图像处理以及粒径差异来评测级配离析的方法。

2003年N.Megoda和Geoffrey^[9]等人提出利用激光断面仪识别沥青路面的非均匀性，并且研究了激光断面仪和铺沙法的相关性，再次验证了沥青路面结构差异与其非均匀性的关系。

2004年Hunter在TRB上提出了基于数字图像处理技术地评价离析的方法^[10]，国内基于图像数字化理论的道路材料测试研究相比较国外较为落后，但随着我国的第三产业的大力发展，计算机科学、数字图像分析理论以及图像采集硬件得到普及，相当部分的科研单位或个人开始对新型的方法进行探索。同2004年，吴俊霞^[11]等人提出采用多元变量模型预估路面离析程度的变化。至此，数字图像便引入了离析程度的检测。

就目前而言，世界各国都积极开展对级配变异性以及沥青混合料离析的研究，并且提出了一系列切实可行的检测离析程度的方法和判定标准。但就目前而言，各国对于离析的方法和标准仍然不同，无形之中阻碍了这一方面研究的步伐^[12]，但同时也有学者在此方面积极研究，以为今后的进一步发展做出贡献。本毕业设计利用机器视觉的新技术来对沥青混合料级配组成数据进行收集，初步提取沥青级配变异程度的数据，并对沥青级配变异的原因以及改善措施等进行初步研究，并与实际施工过程相结合，这对于保证施工质量，并对进一步防止级配离析对路面使用质量的危害是有重大意义的。除此之外，本毕业设计所采用的利用机器视觉采集冷料级配数据的方法相对于筛分而言简单快速且误差较小，可以应用于之后的沥青级配数据采集，可以大大减少人力。

参考文献：

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