本发明涉及公路沥青路面施工，具体涉及一种基于寒冷地区的沥青路面压实检测系统及方法。
背景技术：
1、在严寒地区，恶劣的气候环境给道路工程路面使用性能带来了诸多不利影响。不仅极易导致沥青路面产生低温收缩横向裂缝等早期病害，还加剧了高温条件下的车辙风险，更为道路施工带来了巨大挑战。沥青混合料的压实度、均匀性是保证沥青路面优良路用性能和长期使用寿命的前提条件，而在寒冷地区施工，由于施工环境的低温特点，往往更难保证沥青混合摊铺的均匀性、密实性，这又加剧了对沥青道路的路用性能的影响。
2、施工过程中，摊铺温度、碾压的均匀性、面层厚度、压实度等是影响施工效果的关键因素，进而影响着道路的结构和低温抗裂、高温抗车辙等力学性能稳定。因此应当竭力确保施工效果，做到及时测定摊铺过程中路面的温度，并尽可能抵消低温环境的影响，是保证路面路用性能、行驶安全的关键。
3、目前常用的检测方法普遍以沥青路面施工建造完成后的钻芯抽样检测为主，方法费时、主观随机性大，重要是会对路面造成损害。无损检测方法是一个较佳选择，目前红外相机与探地雷达也是实验室常备的检测仪器，运用红外技术进行检测，可以既不对路面造成损害，又能收集到其温度数据，从而判断施工过程中路面的温度是否复合标准规范；同时，探地雷达也是一项无损检测技术，在对路面进行检测时，可以快捷地得到路面以下关于面层结构、均匀性的各项信息，借以评判路面施工的效果。
4、但是红外相机和探地雷达在单独使用时，则面临所测数据较为片面以及检测范围有限的问题，这则不能对施工过程中道路全区域进行全方位评判。因此考虑将红外相机与探地雷达两种基础设备结合起来，统一运用到实地检测过程中。针对沥青混合料摊铺均匀性、施工效果等的问题，以多设备结合的方法，国内外学者其实已经展开了大量的研究，数字图像技术的运用已经十分广泛，但目前研究成果多是对试验仪器进行改造，或者发明新的检测仪器，这耗费了较多时间与经济成本，而且新仪器的运用往往具有针对性，而不能广泛应用于路面施工过程；另外也有研究是利用现有的红外设备、探地雷达等进行检测，这则又主要集中在事后检测，而不能即使收集数据反馈问题，同时，在红外相机与探地雷达的运用上，并没互相联系，没有起到互相裨益的效果。机械地将红外相机与探地雷达结合使用，非但无法在沥青路面建设过程中对沥青混合料的摊铺均匀性等信息进行实时的评价与反馈，也无法更进一步完成对施工工艺的实时调整和纠偏，同时若不寻求新的检测与评价方法，则在时间节省、效率提高、宽幅检测等各方面都是有害无益的。
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种基于寒冷地区的沥青路面压实检测系统及方法，通过在摊铺过程中利用红外相机实时收集温度数据，并记录温度异常的区域和点位，并将这些数据传输给压路机对温度异常的区域和点位进行重点碾压，同时利用探地雷达对碾压后的温度异常的区域和点位进行无损检测，以提高碾压过程中沥青路面的均匀性与压实度。
2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
3、一种基于寒冷地区的沥青路面压实检测系统，包括：
4、红外成像模块，用于利用高灵敏度红外相机捕捉沥青路面的目标热辐射特征，生成高分辨率的红外线温度分布图；
5、定位模块，用于利用gnss定位系统获取摊铺机行驶位移随时间的变化图；
6、数据传输模块，用于将红外线温度分布图与摊铺机行驶位移随时间的变化图传输到数据处理模块；
7、数据处理模块，用于根据摊铺机行驶位移随时间的变化图的位置信息，利用主电脑在红外线温度分布图上进行位置标定，并将带有位置信息的红外线温度分布图中温度较低的区域或点位传输给压路机进行智能碾压；
8、探地雷达检验模块，用于利用探地雷达对碾压后的带有位置信息的红外线温度分布图中温度较低的区域或点位进行无损检验，并判断压路机碾压的均匀性、压实度。
9、进一步地，红外成像模块，用于利用高灵敏度红外相机捕捉沥青路面的目标热辐射特征，生成高分辨率的红外线温度分布图，具体过程为：
10、对于窄幅摊铺横断面，将高灵敏度红外相机布设在摊铺机上方位置并进行预调节，通过上下旋转将高灵敏度红外相机调整到能够检测到整个摊铺横断面的位置，捕捉沥青路面温度较低的区域或点位，生成高分辨率的红外线温度分布图；
11、对于宽幅摊铺横断面，将多个高灵敏度红外相机等间距布设在摊铺机上方位置，通过调整到使用最小数量的高灵敏度红外相机并能够检测到整个摊铺机横断面时，捕捉沥青路面温度较低的区域或点位，生成高分辨率的红外线温度分布图；其中，间距大小根据沥青路面的摊铺横断面进行调节。
12、进一步地，定位模块，用于利用gnss定位系统获取摊铺机行驶位移随时间的变化图，具体过程为：
13、首先对高灵敏度红外相机拍摄间隔进行调整，并将定位模块安装到摊铺机上，通过设置定位信息数据更新频率，利用gnss定位系统记录摊铺机实时位置、摊铺速度以及摊铺轨迹，最终利用摊铺机显示终端实时显示摊铺机运行速度、位移，生成摊铺机行驶位移随时间的变化图。
14、进一步地，数据传输模块包括pc端单元、无线路由器、本地wifi传输模块、本地服务器模块、wifi协议模块以及网络配置模块；
15、本地服务器模块通过本地wifi传输模块与无线路由器连接并传输信号，无线路由器通过wifi协议模块分别与红外成像模块的红外相机、定位模块连接并传输信号，红外成像模块通过本地wifi协议模块与pc端单元进行信号连接，定位模块通过本地wifi协议模块与pc端单元进行信号连接，pc端单元通过浏览器调出网络配置模块，并通过网络配置模块对连接的网络进行配置和网络信息设置；
16、其中，网络配置模块包括wifi名称显示单元、wifi密码输入单元、远程ip输入单元和远程端口单元，wifi名称显示单元用于显示用户连入的wifi名称，wifi密码输入单元用于供用户连接wifi时输入密码进行验证，远程ip输入单元用于供用户输入使用的设备的远程ip地址，远程端口单元用于用户输入对应的tcp端口号。
17、进一步地，数据处理模块包括主电脑、加速传感器、显示器、压路机。
18、进一步地，数据处理模块，用于根据摊铺机行驶位移随时间的变化图的位置信息，利用主电脑在红外线温度分布图上进行位置标定，并将带有位置信息的红外线温度分布图中温度较低的区域或点位传输给压路机进行智能碾压，具体过程为：
19、首先，数据传输模块分别将红外线温度分布图与摊铺机行驶位移随时间的变化图传输给主电脑，主电脑根据红外线温度分布图的目标热辐射特征与摊铺机行驶位移随时间的变化图的位置信息对红外线温度分布图进行位置标定，得到带有位置信息的红外线温度分布图；
20、其次，主电脑将带有位置信息的红外线温度分布图传输给压路机，压路机根据带有位置信息的红外线温度分布图中温度较低的区域或点位进行智能碾压，具体过程为：
21、在压路机碾压次数达到试验路段要求的碾压次数后，通过加速传感器采集压路机每一秒的振动频率、振动范围和强度，利用显示器对采集的数据进行分析，得到icv曲线值，并通过icv曲线值确定沥青路面的压实度是否稳定，若压实度稳定，则显示器显示绿色，并记录当前的icv曲线值为标定值；
22、同时，利用探地雷达对沥青路面进行检测，若检测的压实值合格，则根据标定值，对主电脑传输过来的带有位置信息的红外线温度分布图中温度较低的区域或点位进行多次碾压，直到显示器显示绿色，停止碾压。
23、进一步地，探地雷达检验模块，用于利用探地雷达对碾压后的带有位置信息的红外线温度分布图中温度较低的区域或点位进行无损检验，并判断压路机碾压的均匀性、压实度，具体过程为：
24、首先，根据带有位置信息的红外线温度分布图，在沥青路面中标定出覆盖不良点位的区域，并选取至少两条待测线，其中待测线至少包含一个不良点位，利用探地雷达对待测线进行检测，记录振幅与波形数据并绘制成雷达波谱图；
25、其次，制作不同的压实度公路沥青路面样件，其中样件中包含压实度为100％的样件且压实度为100％的样件为标准样件，获取各个样件的相对介电常数；
26、然后，根据各个样件的相对介电常数和压实度，计算不同压实度对应的压实度指数，并利用数据拟合软件对压实度与压实度指数对应关系进行拟合，得到拟合公式；
27、采用rayleigh模型计算沥青混合料毛体积相对密度，即：
28、
29、其中，gmb表示沥青混合料毛体积相对密度，ε表示沥青混合料介电常数，εs表示集料介电常数，εb表示沥青介电常数，pb表示沥青含量，gse表示集料有效密度，gb表示沥青密度；
30、根据沥青混合料毛体积相对密度以及其他体积参数，计算空隙率，即：
31、
32、其中，v表示空隙率，gmm表示沥青混合料最大理论相对密度；
33、最后，将标准孔隙率与计算的孔隙率进行对比，判断压路机碾压是否满足空隙率要求，若是，压实度合格；同时，根据雷达波谱图，判断波形与振幅是否一致，若一致，公路面层均匀性好。
34、进一步地，制作不同的压实度公路沥青路面样件，其中样件中包含压实度为100％的样件且压实度为100％的样件为标准样件，获取各个样件的相对介电常数，具体过程为：
35、利用金属板反射法测定沥青混合料的介电常数，并在探地雷达下方地面铺设金属板，收集探地雷达脉冲波的全反射信号，得到振幅a；将探地雷达脉冲波发射到沥青混合料样件并通过结构层界面反射到达表面的振幅a1，得到沥青混合料的相对介电常数，即：
36、
37、其中，ε表示沥青混合料的相对介电常数，a表示金属板反射电磁波振幅，a1表示沥青面层反射电磁波振幅。
38、进一步地，根据各个样件的相对介电常数和压实度，计算不同压实度对应的压实度指数，并利用数据拟合软件对压实度与压实度指数对应关系进行拟合，得到拟合公式，具体过程为：
39、获取各个样件相对介电常数，利用下述公式计算各个样件压实度指数，即：
40、
41、其中，c表示样件压实度指数，ε′表示样件相对介电常数，表示标准样件相对介电常数；
42、利用数据拟合软件对压实度指数与压实度进行指数拟合，得到拟合公式。
43、一种基于寒冷地区的沥青路面压实检测方法，包括以下步骤：
44、s1、利用红外相机捕捉沥青路面的目标热辐射特征，生成高分辨率的红外线温度分布图；
45、s2、利用gnss定位系统获取摊铺机行驶位移随时间的变化图；
46、s3、根据红外线温度分布图与摊铺机行驶位移随时间的变化图，采用主电脑对红外线温度分布图进行位置标定，得到带有位置信息的红外线温度分布图；
47、s4、利用压路机对带有位置信息的红外线温度分布图中温度较低的区域或点位进行碾压，完成碾压；
48、s5、采用探地雷达探测法对碾压后的带有位置信息的红外线温度分布图中温度较低的区域或点位进行无损检验，判断压路机碾压的均匀性、压实度。
49、本发明具有以下有益效果：
50、1.本发明利用红外相机设备检测施工过程中沥青路面温度，并且与点式温度计相比，可以精准复拍并极大地减少重复性工作，提高了作业效率；同时，将红外相机等间距布设在摊铺机上方，不仅能够实现全方位拍摄，而且能够更加准确、实时的监测到整个宽幅摊铺过程的沥青路面温度，此外还可以替代人工手持相机拍摄，减少劳动力，提高施工过程中监测人员的安全性。
51、2.本发明对摊铺机安装gnss定位系统，将摊铺机行驶随时间的变化图与红外线温度分布图传输给主电脑，通过摊铺机位移和拍摄图片时间的关系，确定拍摄图片的位置信息，实现对较低温度区域多次碾压与及时纠正，提高了施工过程中沥青路面的均匀性和压实度；
52、3.本发明利用探地雷达设备对碾压后的可能存在问题的区域进行无损检测，相比于传统施工后大范围无针对性随机取样检测，本发明合理利用红外相机设备检测到的问题点位和区域，利用探地雷达设备进行无损检测，缩小了检测范围，消除了大范围检测的弊端，减少了人力耗费与时间耗费，提高了作业效率；同时，针对特定区域进行检测，提到了检测效率。
1.一种基于寒冷地区的沥青路面压实检测系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于寒冷地区的沥青路面压实检测系统，其特征在于，红外成像模块，用于利用高灵敏度红外相机捕捉沥青路面的目标热辐射特征，生成高分辨率的红外线温度分布图，具体过程为：
3.根据权利要求1所述的基于寒冷地区的沥青路面压实检测系统，其特征在于，定位模块，用于利用gnss定位系统获取摊铺机行驶位移随时间的变化图，具体过程为：
4.根据权利要求1所述的基于寒冷地区的沥青路面压实检测系统，其特征在于，数据传输模块包括pc端单元、无线路由器、本地wifi传输模块、本地服务器模块、wifi协议模块以及网络配置模块；
5.根据权利要求1所述的基于寒冷地区的沥青路面压实检测系统，其特征在于，数据处理模块包括主电脑、加速传感器、显示器、压路机。
6.根据权利要求5所述的基于寒冷地区的沥青路面压实检测系统，其特征在于，数据处理模块，用于根据摊铺机行驶位移随时间的变化图的位置信息，利用主电脑在红外线温度分布图上进行位置标定，并将带有位置信息的红外线温度分布图中温度较低的区域或点位传输给压路机进行智能碾压，具体过程为：
7.根据权利要求1所述的基于寒冷地区的沥青路面压实检测系统，其特征在于，探地雷达检验模块，用于利用探地雷达对碾压后的带有位置信息的红外线温度分布图中温度较低的区域或点位进行无损检验，并判断压路机碾压的均匀性、压实度，具体过程为：
8.根据权利要求7所述的基于寒冷地区的沥青路面压实检测系统，其特征在于，制作不同的压实度公路沥青路面样件，其中样件中包含压实度为100％的样件且压实度为100％的样件为标准样件，获取各个样件的相对介电常数，具体过程为：
9.根据权利要求7所述的基于寒冷地区的沥青路面压实检测系统，其特征在于，根据各个样件的相对介电常数和压实度，计算不同压实度对应的压实度指数，并利用数据拟合软件对压实度与压实度指数对应关系进行拟合，得到拟合公式，具体过程为：
10.一种基于寒冷地区的沥青路面压实检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
