沥青路面病害调查及图像检测

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摘要

随着中国经济的不断发展，国力的日益富强，我国公路的事业也蒸蒸日上，其中高速公路的总里程数已经跃居世界第二。但是，伴随着公路事业的发展，道路病害这一世界性难题也不断凸显。路面病害的产生不仅仅大大缩短了公路的使用寿命，而且，随着病害的不断恶化，维护起来会更加的困难，维修的费用也会更加高昂。更严重的是，道路病害还有可能导致严重的交通事故，造成人身的伤亡。正因为如此，我们要给予病害研究足够的重视。

本文针对沥青路面病害的种类和成因分析，结合长安大学本部校园内沥青路面，在进行实地交通调查和病害拍照后，进一步分析病害与各种交通因素的关系。最后，采用无损检测的中的图像检测技术，基于matlab软件平台，对采集到的路面病害照片进行相关的分析。

关键词：沥青路面病害，实地拍摄，图像检测

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ABSTRACT

With the development of the China, the industry of transportation in China is becoming more and more prosperous and its freeway mileage becomes the second longest in the world. However, along with the increase of the road mileage, the road surface distress, which is the worldwide problem, is worsening, too. The pavement surface distress will not only do great harm to the road’s application, but also increase the fees of maintaining. What is more, it can result in dangerous accident.

Therefore, it is necessary to do some research on the problem, and this thesis will just do so. Besides introduce some basic knowledge of the asphalt road distress, the author will also apply this professional knowledge to the real asphalt road. Here the author will bringthe asphalt pavement in the main campus of Chang’an University. Based on these real pavements, I will do some research on the connections between the reasons and the Asphalt pavement surface distress. At last, the author will introduce the Nondestructive Testing (NDT), basically, and use digital image processing to deal with the road distress.

KEY WORDS：Asphalt pavement surface distress, Field shooting

, Digital Image Processing

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目录

第一章绪论 (1)

1.2 我国沥青公路的发展状况 (1)

1.3 课题研究意义 (2)

1.4 检测方法简介 (2)

1.5小结 (3)

第二章沥青路面概况 (4)

2.2沥青路面概念 (4)

2.3沥青路面优点 (4)

2.4 对沥青路面的要求 (5)

2.5 小结 (5)

第三章沥青路面病害及检测技术 (6)

3.1沥青路面病害介绍 (6)

3.2 沥青路面病害产生原因 (6)

3.2.2病害产生的外因（施工后原因） (7)

3.3常见病害的种类 (8)

3.3.1裂缝 (8)

3.3.2表面坑槽 (9)

3.3.3车辙 (10)

3.3.4表面磨光 (10)

3.4病害产生的不良后果 (10)

3.5路面检测技术总体介绍 (11)

3.5.1有损检测 (11)

3.5.2无损检测 (11)

3.5.3两种检测的对比 (11)

3.6无损检测的类型 (12)

3.6.1图像检测技术 (12)

3.6.2雷达检测技术 (12)

3.6.3激光检测技术 (13)

3.6.4路面检测车 (13)

第四章基于matlab的图像检测及病害处理 (14)

4.1matlab简介 (14)

4.2MATLAB实现图像处理过程 (14)

4.2.1图像处理基本操作 (16)

4.2.2图像基本预处理 (16)

4.3关于路面光滑度的图像检测 (18)

4.3坑槽与裂缝图像检测 (20)

4.4裂缝具体介绍极其宽度检测 (21)

4.4.1裂缝分类 (21)

4.4.2裂缝图像处理及宽度计算 (22)

4.5总结 (25)

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致谢..................................................... 错误！未定义书签。参考文献.. (27)

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第一章绪论

1.1沥青路面历史

约在公元600年前，巴比伦修了第一条沥青路面，但是这种技术不久就失传了。在1712年以瑞士发现岩沥青为契机，随后在德、法等国相继发现。1850年前后，法国首先把岩沥青用于道路路面，1854年在巴黎修筑了接近现在的薄层沥青路面，可以称之为热铺岩沥青路面之始。当时被利用的岩沥青，是渗透有6~10%沥青成分的石灰岩，把它碎成细粒，加热摊铺碾压，既成沥青路面。最大粒径为2.5mm，通过0.074mm的粉粒达到40%以上，成为当时先进的路面结构。

美国到1850年以后才从法国、瑞士输入大量岩沥青，以东部为中心开始修筑岩沥青路面，至1900年在纽约市有记录可查者仅为25000m2。1871年E.J.Desdment在纽约市把砂、碎石、特尼里特湖沥青用以铺筑沥青路面获得成功，并且获得施工专利，这是近代热铺湖沥青路面之始。1872年华盛顿市把过去岩沥青路面施工法和应用石灰石粉、砂、掺以湖沥青及石油残渣油的施工法做比较，证明两者都能适应当时的交通要求。这可以说是岩沥青与湖沥青修筑试验路面的先例。试验路使用情况成为路面材料从岩沥青转为湖沥青的依据，这也是石油残渣油应用于路面的开端。

1885年发明以汽油为动力燃油的汽车，1887年发明气压轮胎，汽车工业兴起。由于汽车荷载与马车不同，为了适应荷载的需要，当年美国又在石粉、砂、湖沥青混合料中加入了碎石，发明了Warrenitebitulithic路面，即下层为粗级配沥青混凝土与上层沥青砂两层摊铺一层碾压而成的双层式沥青混凝土路面，这是沥青混凝土路面的由来。到1905年美国Topeka市产生了Topeka路面作为磨耗层，使沥青路面结构更趋完善。 1911年美国最高法院作出裁决，允许各汽车厂可以自由制造汽车，交通运输正式进入汽车交通时代，对路面提出了更高的要求。为此，1920年出现了沥青混凝土最初试验法——Hubbard-Field方法。1930年生产了沥青路面摊铺机，1934年开始修建高速公路，从此，沥青路面成为现代高等级路面的主要形式。

我国在1935年使用进口沥青在南京附近沥青路面试验路段；1941年又在滇缅公路修筑了沥青双层表面处治155km；战争胜利后又在宁杭公路修筑了沥青贯入式及双层沥青表面处治等沥青路面。到1949年前夕我国公路上有高级、次高级路面总计约315km。

1.2 我国沥青公路的发展状况

新中国建立后公路建设有了较大的发展，在20世纪80年代以前，我国公路建设速

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1.3 课题研究意义

近年来，为适应社会经济发展的需求，公路在我国发展迅速。沥青路面青路面因为具有施工时间短、行车舒适、适应性强、养护维修方面等优点而被广泛采用，是我国长远发展的未来趋势。虽然我们对沥青路面有高温稳定性、低温抗裂性、耐疲劳性、水稳定性、良好的平整性和抗滑性等设计要求，但由于沥青混凝土材质本身的差异，气候,以及受设计和施工水平的影响,沥青路面常常出现开裂、泛油、松散、坑槽等病害。对人民出行的舒适度和安全性产生很大影响。沥青路面病害具有极大的危害性，既然不能完全避免，那么就需要我们及早发现和维护，这样不仅仅能延长道路的使用寿命，节约大量的金钱，而且能够预防交通事故的产生。

如今公路的告诉发展发展也给道路养护部门提出了更高的要求，现阶段道路养护、路况监测、道路数据采集和使用性能评价等方面的技术和手段，远远落后于高速公路发展要求。所以，发展高效可靠的检测方法具有重要意义。

1.4 检测方法简介

以往传统的检测方法是有损检测的。这种方法随机选点，钻孔取样、进行室内分析处理，从中获取需要的各种参数。然后，科研人员可以从参数和当地交通流参数中结合分析，总结出路面病害的原因。但是，这种常规方法存在很大的局限性：首先被测点是随机选择的，因而检测结果往往缺乏代表性。同时，由于检测点的密度稀，有些有缺陷的不良区段极易漏检，给后续工程留下隐患。

随着科学技术的不断发展，检测技术不断升级，路面无损检测也就应运而生。也可以预见出无损检测在今后的应用的光明前景。相比于局限性大、缺乏时效性的有损检测，而无损检测技术具有准确、快速等特点，主要应用于施工质量的检测与控制，能及时发现工程质量隐患，有效地防止路过早破坏。其主要分为图像检测技术、雷达检测技术、激光检测技术、路面检测车等。这里，我们使用无损检测中的图像检测技术对路面病害进行分析。

数字图像处理，即用计算机对图像进行处理。其研究源于两个主要的应用领域：一是为了便于人们分析而对图像信息进行改进；二是为使计算机自动理解而对图像数据进行存

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1.5小结

经过上面的介绍，我们对沥青路面有了一个大致的了解，本文针对沥青路面的病害做出系统的研究，并通过对长安大学校内路面病害的实际调查，通过matlab软件进行图像处理。下面，我们就展开对沥青路面病害的研究和讨论。

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第二章沥青路面概况

2.1我国公路事业概况

新中国建立后公路建设有了较大的发展，在20世纪80年代以前，我国公路建设速度、质量与发达国家相比还是有着相当大的差距，进入20世纪90年代后我国公路建设数量和质量均有了大幅度的提高。与发达国家相比差距正在缩小。到2000年底我国公路里程已经达到167.98万公里，到2001年底我国高速公路里程达到19453公里居世界第二位。

但是伴随着道路里程的不断增加，路面病害的问题也不断的凸显。路面病害的出现会导致很多问题，不仅仅带来道路维护费用上的提高和浪费，而且会引起严重的交通事故，给人民生活带来种种不便。本文也就针对这问题，做出一个病害成因的研究和讨论。在讨论路面病害之前，我们需要对沥青路面有一个大体的认识。

2.2沥青路面概念

以沥青为结合料，与经过周密配制的粗细集料均匀混拌后筑成的路面为沥青路面。从力学的角度看，由于沥青路面的弹性模量比较低，所以，被称为弹性路面。

2.3沥青路面优点

沥青路面因为其特殊的级配混合方法，所以又很多优点，比如：

沥青路面具有足够的力学强度；

沥青路面与汽车轮胎的附着力好；

沥青路面因为其特有的级配方法，所以有高度的减震性；

沥青路面以为其级配筑成的特点。

正因为沥青路面的诸多优点，所以它被广泛的应用于各种高等级的公路，作为路面结构的主要形式。

尤其是近年来科学技术的不断发展，加之沥青路面新技术的不断涌现，很好的客服了传统沥青路面的缺点，比如改善了传统沥青路面温度敏感性高的不足，发明了各种路面病害的检测方法，很好的做到了早发现病害，抑制早期病害的不断恶化。

因此，可以预见日后的沥青路面的事业的蒸蒸日上。

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沥青路面面临着巨大的交通流，同时也承担着国家经济发展的重任，我们设计的时候需要把握沥青路面的基本要求。

高温稳定性

低温抗裂性

水稳定性

耐疲劳性

良好的平整性

良好的抗滑性

2.5 小结

经过上面的介绍，我们对沥青路面有了一个大致的了解，但是我们不能忽略路面病害的存在。作为路面结构的主要形式，沥青路面广泛应用于各种等级道路的建设。因此，本文也就针对沥青路面的病害做出系统的研究，并通过实际的交通调查来对病害做出研究和分析。下面，我们就展开对沥青路面病害的研究和讨论。

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第三章沥青路面病害及检测技术

3.1沥青路面病害介绍

我国筑路事业发展飞速，尤其是高速公路事业的发展从1988年第一条高速公路—沪嘉高速建成通车以来，我国公路事业进入了以建设高速公路、一级公路等为主的新时代。到目前为止，我国的高速公路总里程数已超过六万公里，仅次于美国，列居世界第二。

但是，我国的公路建设仍然赶不上汽车运输事业的发展。而且，我国公路事业起步较晚，相关的技术还不是很成熟，加之很多道路修筑是所谓的“形象，面子工程”，很多单位对于道路的设计照搬照抄，不考虑当地实际的自然车流情况，造成公路质量不高。而且，我国超载现象严重，路面病害十分普遍。从路面车辙、裂缝，到路面叽浆、坑槽。当你漫步道路上时，随便注意一下脚下的路面，那些病害就映入眼帘。

不仅仅在我国沥青路面病害严重，国外也不例外，因此路面病害是十分普遍的问题----只要道路建成，就会出现病害。人们能上天入地，却不能抑制病害的发生。因此补救的办法就是早发现，早治疗。要有效的遏制病害的不断恶化，延长道路的使用寿命。

3.2 沥青路面病害产生原因

沥青路面病害产生的原因很多，既有路面自身的设计施工等内因，也有筑成后路面车流量的外因。

3.2.1 病害产生的内因（自身施工原因）

病害产生的内因，主要是路面修筑等自身的原因，主要有积水、层间污染、理清料的继配这些原因，而水是路面病害的主要杀手。下面，本文就依据这些内因。

1）路基路面的排水

水是造成路面病害的主要一个原因，因为水的存在，造成了沥青路面结构的松散和破坏。

2）筑路时的层间污染

沥青道路是分层的，它有路基，路面则铺筑与路基上面。而现实中，我们会发现，很多道路的修筑都是第一年压筑好路基，然后在来年进行沥青路面的铺筑。殊不知这样很容易造成层间的交叉污染。

而层间污染导致沥青层与基层的脱离，不能成为一个整体。

3）筑路材料的级配

用天然砾石或机轧碎（砾）石按最佳级配原理将粗、细料及粘土进行配料,拌和铺筑的路面,又称级配碎、砾石路面。

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本文主要论述的是路面病害产生的外部原因，即路面筑成后病害产生的原因。这些原因繁多、复杂，并且相互影响。本文就对其做出相应的分析，为以后的实例分析提供一个可靠的理论基础。这些原因分别是车流量、坡度、超载、交通流的渠化、车速、温度和水。

1）车流量

总的来说，车流量对沥青路面病害的产生有着很大的作用，因为车流量大的话，车辆的轮胎和路面作用的频率就会增加，也就是说，车辆对路面的作用力也会随之增加。而沥青路面病害的产生，正是由于这些作用力。所以很容易想象，同等条件下的路面，车流量大的路面病害一定会比车流量小的路面多。

因为同一路段上，车流量是守恒的，所以，以下部分外因就是在假设车流量守恒的前提下，别的因素造成的沥青路面的病害。

2）坡度

大量的调查发现，我国沥青路面的车辙与裂缝大量的发生在长大纵坡路段，由于我国许多载重车辆的车况较差，上坡能力很差，上坡的时候，车速降低很快，是车辙裂缝迅速产生。

根据流变学的波斯曼（Bolztmann）叠加原理，我们可以得出这么一个结论，越是轴载大的载重车，在爬坡的时候速度越慢，车速越低，换算的重载车辆数也就越多，这样，轴载和车速的叠加影响就更大了。

同时，下坡的时候，车速自然的提升，这时候车轮与路面的各种应力也随之提高，对路面的损害也相应的增大。

3）超载

沥青路面设计的时候都是根据一定的调查，这里面的调查不乏车辆载重的调查，而且，道路造价也决定了路面的材料，从侧面影响了路面的承重性能。所以路面的承载能力是有限的。

但是，随着经济的不断发展，在利益的驱动下，超载屡禁不止，它已经成为一个世界型的问题。

虽然沥青路面是柔性路面，但是正他的承载能力是有一定限度的，而超载车辆有屡禁不止，所以，超载是路面病害的一大主要原因。

4）交通流的渠化

交通流的渠化虽然能很好的引导交通，但是，我们不能不注意到他的不良影响。渠化的交通流长时期使用一个固定的路面，长时期的施加各种应力于路面。但是，沥青路面也是有一定的承载限度的。因此，在长期的折磨下，渠化的路面病害较之正常路面要

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经过实际调查我们可以发现，一般渠化的道路车辙较明显，裂缝较多。在高速公路上，我们同样可以发现，正常的行车道路面上的病害要远多于超车道路面的病害，这与行车道使用率高是密不可分的。

当车辙到达一定的深度时，由于槽内积水，极易发生汽车的漂滑而导致交通事故。5）车速

汽车荷载的压应力和高速行驶产生的真空吸力形成剪应力的反复泵吸作用，这样就会使沥青膜从剥离发展到松散、掉粒、坑槽。而损坏的程度与负载的大小、频度息息相关。

同样，车速对于车辙的形成也是息息相关的，在山区、丘陵区的连续大纵上坡路段，由于许多重载车的车况较差，车辆爬坡能力差而影响速度，使荷载作用时间成倍延长，按时间变形的积累原理，或者温度时间换算法则，车速降低与温度升高时等同的。

6）温度

在低温下，沥青路面接近于弹性体，随着温度的升高，特别是负载时间增长，或者负载重复次数的增多，沥青路面逐渐接近塑性体。

沥青路面的材料在低温下容易产生收缩变形，弹性模量相应增大，而出现脆性状态，因此在寒冷地区沥青路面会产生低温开裂。

而在高温下，由于沥青材料对温度变化的敏感性强，在气温高的条件下容易软化，路面的强度与刚度，随着温度升高显著下降，温度越高，沥青混合料的劲度模量越低。在高温季节和行车负载的反复作用下，路面容易产生车辙、泛油等病害。

7）水

水对沥青路面的影响主要表现在沥青路面在水的作用下会使沥青与矿料分离，还会将沥青中某些可溶性物质冲走，溶蚀路面。路面在长期浸水后，也会因为水含量的增加而发生体积膨胀，强度降低。

而且，水在裂缝，坑槽等病害的配合作用下，对路面的损害是很巨大的。

3.3常见病害的种类

路面病害有不同的种类，大致上可以分为裂缝、车辙、坑槽、表面磨光等病害。各个病害都有其特点，下面我将对病害做出相应的定义和分析。由于条件有限，本文也主要对容易观察的裂缝这一病害做出主要分析。

3.3.1裂缝

沥青路面开裂是各国道路界普遍关心的问题，因为他到现在了还是各国沥青路面最普遍的破损现象之一。裂缝的产生给水的破坏提供了先决的有利条件，水的进入，则造

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沥青路面上，裂缝随处可见，但大体上我们可以分为三种裂缝：纵向裂缝，横向裂缝，网状裂缝。

1）横向裂缝

横向裂缝指的是垂直于行车方向的裂缝。裂缝粗细不一，有横穿整个路幅的，也有仅是局部的。

横向裂缝又可以分为荷载型裂缝与非荷载型裂缝。

荷载型裂缝顾名思义就是因为施工设计，或者车流量的超载等原因导致沥青层或半刚性基层内因为过度疲劳而断裂。

非荷载型裂缝又可分为基层反射型裂缝和低温裂缝。反射型裂缝就是路基先产生裂缝然后反射到路面。温度裂缝则因为温度骤降（比如南方持续高温几天后突然骤降大雨，或者北方突然韩流来袭时），这时候，沥青表层骤然收缩，收缩产生的应力来不及松弛也会导致裂缝。

2）纵向裂缝

纵向裂缝就是平行于行车方向的裂缝。其产生原因有两种可能性。

一是沥青面层分路幅摊铺时，两幅衔接处未处理好，这时候在车辆载荷和其他因素的反复作用下，路面逐步开裂。

二是由于路基压实度不均匀或者由于路基边缘受水侵蚀产生不均匀沉陷而引起。3）网状裂缝

网状裂缝即那些横纵相互交错的裂缝，主要原因是由于路面的整体强度不足而导致。也可能是路面设计不合理，路基压实度不足，路面材料级配比不当等。

纵向裂缝横向裂缝网状裂缝

图3.1常见裂缝

3.3.2表面坑槽

表面坑槽就是路面上出现的坑槽，出现坑槽后，后果很严重。

在雨水天气，或者其他有水的状态中，坑槽中会积水，积聚的水通过渗透作用渗透到路基，造成了沥青路面结构的松散和破坏。继而发生前面所描述的水对路面的损害。

而且，坑槽的存在对路面行车造成舒适度的下降，车轮经过时，会有颠簸感，如果坑槽很大，行车速度很大的话，甚至造成严重的安全隐患。

最后，坑槽的出现，车流经过的时候，车轮与地面的作用力会发生突变，这种突变的作用力回促使坑槽继续恶化，病害持续严重。

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图3.2坑槽

3.3.3车辙

车辙等沥青路面的流体形变是国际上最常见的沥青路面损坏现象。根据国际上的数字统计，在沥青路面的维护中，有80%的费用用于车辙的修复。

与其他的路面病害相比，车辙的危害最为严重，而且车辙一旦形成，就表明路基路面都发生了器质性的变化，所以维修起来十分不便，费用也十分昂贵。

当车辙达到一定的深度的时候，就很容易产生辙槽内的积水，积水一旦产生会造成两种后果：一是水对路面的损害；二是由于车辙内的积水，使路面的摩擦系数大大降低，就极易引发汽车漂滑而导致严重的交通事故。

车辙的形成原因也有很多，除了路面沥青的级配比，路面温度之外，还和各种交通流数据有关，比如车流的荷载，车流的速度，车流流量，车流的渠化等等。

虽然车辙是路面病害的主要一员，但是车辙检测需要路面弯沉仪等专业的设备，而且市区内不易观察到，所以本论文也就不主要对车辙进行分析。只是进行了简要的分析和通过下雨后的积水观察到浅的车辙等。

3.3.4表面磨光

在沥青路面的使用过程中，由于车流量的反复摩擦作用，路表会被逐渐磨光，使路面的摩擦系数大大降低，从而造成沥青路面层的表面光滑，造成车祸，尤其是在雨季，在雨水的“资助”下，将更加危险。

3.4病害产生的不良后果

病害产生后，后果是很严重的。

首先，病害的产生破坏的路面行车的舒适度。高速行驶的车辆，在经过路面裂缝的时候会有明显的震动感。而且，高速行驶的车辆，在经过车辙时候也会有震动感，而这些震动会是交通事故的一大隐患。

其次，这些病害的存在还大大影响了车辆行驶的速度，行车时间的增加会带来环境的污染也会造成金钱的浪费。

再次，这些病害的存在还大大降低了行车的安全行。因为车辆的高速行驶，稍微一点儿的颠簸就会造成严重的后果。

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综上，路面病害的危害十分严重。对我国社会的发展是十分不利的。

3.5路面检测技术总体介绍

如前面所述，路面病害的普遍性和严重性对我们敲响了警钟。既然不能完全的避免，那么就要求我们能及早的发现和维护，这样不仅仅能延长道路的使用寿命，节约大量的金钱，而且能够预防交通事故的产生。

3.5.1有损检测

以往传统的检测方法是有损检测的。这种方法随机选点，钻孔取样、进行室内分析处理，从中获取需要的各种参数。然后，科研人员可以从参数和当地交通流参数中结合分析，总结出路面病害的原因。

但是，这种常规方法存在很大的局限性：首先被测点是随机选择的，因而检测结果往往缺乏代表性。同时，由于检测点的密度稀，有些有缺陷的不良区段极易漏检，给后续工程留下隐患。在道路投入使用后的日常养护管理中，虽对路面出现的问题可及时发现，但对道路内部存在的隐性灾害，如：路面下的空洞、积水、脱空等却没有有效的检测手段。

3.5.2无损检测

随着科学技术的不断发展，检测技术不断升级，路面无损检测也就应运而生。也可以预见出无损检测在今后的应用的光明前景。

无损检测技术主要应用于施工质量的检测与控制，能及时发现工程质量隐患，有效地防止路过早破坏。在道路建成后的养护管理阶段随着使用时间的增加，路面使用性能会逐渐劣化，但劣化的速率是不均匀的。前期较缓慢，随着损伤累积，后其劣化速率加快，相应地，在不同时期回复路面使用性能所需要的费用也明显不同。采用先进、高效的路面检测评价技术对路网进行跟踪检测和分析评价，可以深入认识路面使用性能劣化的基本规律从而为优化养护方案、实现科学决策提供依据。总之，路面检测与评价技术在检测和控制施工质量、提高公路养护管理科学化水平等方面都具有十分重要的地位和作用。

3.5.3两种检测的对比

通过上面的描述，我们可以清楚的对比出两种检测方法的优劣。

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有损检测局限性大，而且缺乏时效性。

而无损检测技术具有准确、快速等特点，在道路工程中的应用愈来愈广泛的在道路建设阶段。

3.6无损检测的类型

常用的无损检测很多，但常用的有这些——图像检测技术、雷达检测技术、激光检测技术。

3.6.1图像检测技术

随着计算机技术的不断发展和处理器的不断优化，利用图像处理路面病害的技术不断产生。

一幅图像可以定义为一个二维函数f(x, y)，这里x, y是空间坐标，而在任何一对空间坐标(x, y)上的幅值f称为该点图像的强度或灰度。当x, y和幅值f为有限的、离散的数值时，称该图像为数字图像。数字图像的处理是指借用数字计算机处理数字图像。

而当前较先进的路面病害测试方法就是路况数字成像系统。该系统利用高速数字录像机采集到路面及路面周围的环境，对其进行数字化录像。采集到的图像再通过专用程序处理、分析，就能得到病害的相关信息参数。

这种图像检测方法基本不受速度限制, 安全性和工作效率大大提高, 统计结果更为客观、准确。但是，实际的运用中，由于有大量的图片需要处理，我国软件方面的有些不足，我国在采集到路面图像之后的处理工作量很大。

3.6.2雷达检测技术

路面各结构层材料的电介质常数明显不同，因此，电介质常数突变处，也就是两结构层的界面。根据测知的各种路面材料的电介质常数及波速，则可计算路面各结构层的厚度或给出含水量、损坏位置等资料。

雷达检测的基本原理就是利用路面的这种特殊结构。装有探地雷达的车在路上以一定的速度行驶时，探地雷达发射电磁脉冲，并在较短时间内穿透路面，脉冲反射波被无线接收机接收，数据采集系统记录返回时间和路面结构中的不连续电介质常数的突变情况。

探地雷达检测技术能够通过接收到的雷达电波的反射时间沥青路面厚度，也能够检测出裂缝、坑槽、车辙等病害。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊3.6.3激光检测技术

激光技术，主要是利用激光的优异特性，将它作为一种良好的光源，配以相应的光电元件来实现。

用于路面检测的时候，专业设备向路面发出激光，通过测试激光束反射回读数器的角度来测试路面。这个距离信号同测试车上装的加速度计信号进行互差，消除测试车自身的颠簸，输出路面真实断面信号。

然后通过相应的信号处理技术和相关的软件，对采集的激光信号处理分析，得出路面的病害情况。

3.6.4路面检测车

路面集成检测车就是将各种无损检测设备集成到一个特制的车上，检测车行驶在道路上的同时，车上的各种检测设备也同步工作，并用车辆上搭载的处理和存储设备，对检测车行驶的路段的路况进行路况采样，并对其进行分析。

具体来说，检测车上可以装配有多个摄像机对地面进行扫描，同时可以配备有激光和雷达传感器对道路状况进行探测。这样的话，一辆检测车行驶下来就可以检测到路面的多种信息。而且由于检测车的高度集成，不同的检测设备同时工作，可以有效的弥补各自的不足，大大的提高了路面无损检测的精度和检测的效率。

可见集成路面检测车的性能是多么的卓越，美国、日本、丹麦、法国、加拿大、澳大利亚等国也已有类似的检测车，而且应用的广泛。虽然检测车的优点很多，但是由于造价昂贵，而且我国的现有技术比较落后，所以在我国只是处于研究阶段，并没有广泛的应用。

图3.3长安大学高速检测车

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第四章基于matlab的图像检测及病害处理

4.1matlab简介

MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的计算机软件，经过多年的逐步发展与不断完善，现已成为国际公认的最优秀的科学计算与数学应用软件之一，是近几年来在国内外广泛流行的一宗可视化科学计算软件。它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图像显示于一体，构成了一个方便的、界面友好的用户环境，而且还具有可扩展性特征。MathWorks公司针对不同领域的应用，推出了信号处理、控制系统、神经网络、图像处理、小波分析、鲁棒控制、非线性系统控制设计、系统辨识、优化设计、统计分析、财政金融、样条、通信的多个具有专门功能的工具箱，这些工具箱是由该领域内的学术水平较高的专家编写的，无需用户自己编写所用的专业基础程序，可直接对工具箱进行用。同时，工具箱内的函数源程序也是开放性的，多为M文件，用户可以查看这些文件的代码并进行更改，MATLB支持用户对其函数进行二次开发，用户的应用程序也可以作为新的函数添加到相应的工具箱中。MATLAB中的数字图像是以举着形式表示的，这意味着MATLAB强大的矩阵运算能力用于图像处理非常有利，矩阵运算的愈发对MATLBA中的数字图像同样适用。

4.2MATLAB实现图像处理过程

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图像处理工具是由一系列支持图像处理操作的函数组成的。所支持的图像处理操作有：图像的几何操作、邻域和区域操作、图像变换、图像恢复与增强、线性滤波和滤波器设计、变换（DCT 变换等）、图像分析和统计、二值图像操作等。

MATLAB图像处理工具箱支持四种图像类型，分别为真彩色图像、索引色图像、灰度图像、二值图像，由于有的函数对图像检测类型有限制、这四种类型可以用工具箱的类型转换函数相互转换。MATLAB可操作的图像文件包括BMP，HDF，JPEG，PCX，TIFF，XWD等格式。下面是基于MATLAB实现图像处理的大致流程。

图4.1图像检测流程图

由上面的流程图4.1我们可以看出，整套路面病害的图形处理下来，几乎囊括了图像处理的所有应用知识点。但时间有限，本文也仅仅是对所采集的图样进行简单的处理，并没有涉及采集图样的噪声处理和相关参数获得的深层知识。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊4.2.1图像处理基本操作

图像的读写与显示操作：用imread（）读取图像，imwrite（）输出图像，把图像显示于屏幕有imshow（），image（）等函数。Imcrop（）对图像进行裁剪，图像的插值缩放可用imresize（）函数实现，旋转用imrotate（）实现。

4.2.2图像基本预处理

图像的基本预处理功能包括：灰度变换，图像取反，直方图的统计，灰度图像的二值化处理

1）灰度图像

灰度图像的阵列标示法即设连续图像f(x，y)按等间隔采样,排成M *N阵列，如下式（1）所示：

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（1）图像阵列中每一个元素都是离散值，称为像素(Pixel)。在数字图像处理中，一般取阵列N和灰度级G都是2的整数幂，即取N=2''及G=2''。对一般实验室电视图像，N 取256或512，灰度级G取64级(m=6bit)至256级(m=8bit)，即可满足图像处理的需要。

彩色图像转化为灰度图像，关键是根据R、G、B分量来计算灰度值，不同的计算方法，其结果也有所不同。

最简单的计算灰度值的方法是直接求R、G、B分量的平均值。即：

3

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当然，根据重要性及其它指标，将三个分量以不同的权值进行加权平均。由于人眼对绿色的敏感最高，对蓝色敏感最低，因此，按下式对RGB三分量进行加权平均能得到较合理的灰度图像。即：

f(i, j)=0.11R(i, j)+0.59G(i, j)+0.3B(i, j) 2）二值化图像

二值图像表示法在数字图像处理中，为减少计算量，常将灰度图像转为二值图像处理。所谓二值图像就是只有黑白两个灰度级，即像素灰度级非l即O，其数字图像可用每个像素lbit的矩阵表示。

当得到灰度图像时候，我们这时候可以设定一个灰度的阈值，大于这个阈值，图像为黑色，小于这个阈值，图像为白色。