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紅外熱成像技術(shù)能夠直觀(guān)并快速地檢測物體內部的缺陷，利用整體溫度差異來(lái)反映局部缺陷。使用紅外熱成像儀可以直觀(guān)快速地檢測出道路存在部分隱性病害的問(wèn)題，幫助人們及早做出預防性養護。

目前，紅外熱成像技術(shù)在其他領(lǐng)域的無(wú)損檢測中，應用已經(jīng)比較成熟，但在道路工程中的應用并不完善。相較于以往在道路工程中的其他檢測方法，紅外熱成像技術(shù)有著(zhù)直觀(guān)、非接觸、輕便、快捷等優(yōu)勢，目前在道路工程中主要應用于溫度離析檢測、路面脫空檢測、透水率檢測以及公路監控等方面。

紅外熱成像技術(shù)的基本原理

檢測時(shí)，紅外熱像儀的物鏡收集被測物體向外輻射的紅外線(xiàn)能量，掃描器將能量匯集至紅外探測器上，將其轉化為電信號，再經(jīng)過(guò)放大器和信號處理器輸出反應物體表面溫度場(chǎng)分布熱像圖的電子信號，最后在終端顯示器上顯示紅外熱像圖。為了便于計算機的運算及存儲，首先需要將圖像數字化，其基本單位為像素，像素亮度以灰度表示，分為256階。圖像處理就是將圖像的灰度分布視為一連串整數的集合，經(jīng)過(guò)一系列運算之后進(jìn)行特定的分析加工處理，與此相關(guān)的研究?jì)热萆醵?，包括圖像的模數轉化、圖像的表示與描述、圖像特征比對等。圖像特征比對的目的是使具有相同或相似特征的物體產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，以便于圖像的辨認和分類(lèi)，比對時(shí)，將物體的特征與計算機中預存的原型對比，若相似度或者非相似度小于或大于預設閾值，則二者比對成功。黃新等通過(guò)試驗研究發(fā)現，物體正面輻射的能量最大，但隨著(zhù)觀(guān)測角度從0°～90°的變化，紅外熱像儀與建筑的距離逐漸增大，大氣透過(guò)率隨之減小，紅外熱像儀接收到的能量也逐漸減少，這樣便會(huì )導致測溫結果產(chǎn)生誤差，從而降低圖像的利用價(jià)值。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現，當仰角在45°之內，且水平傾角在30°內時(shí)，拍攝觀(guān)測到的圖像最清晰，利用價(jià)值最高。雖然現在已知的紅外熱成像儀的檢測方法已經(jīng)有了很大的進(jìn)步，但就目前技術(shù)手段來(lái)說(shuō)，數據處理仍然不是很精確，MASER等通過(guò)建立簡(jiǎn)單的物理模型，以及對這些模型進(jìn)行參數化研究來(lái)校驗紅外熱像儀的數據，并將其作為解釋各種條件下的信號響應的有效手段。

紅外熱成像儀在道路工程中的研究目前，我國針對各類(lèi)路面病害的檢測方法有很多種，且各有優(yōu)劣。紅外熱像儀以其便捷、較快速、無(wú)損的檢測特性，能夠高效準確地檢測、監測路面病害情況，提高道路工程的施工質(zhì)量。檢測溫度離析溫度離析是指由于瀝青混合料攤鋪溫度不均引起的路面質(zhì)量差異，嚴重離析的路面壽命甚至能減少50%。一些常見(jiàn)的路面早期病害，如局部嚴重轍槽、裂縫、局部泛油、坑槽、唧漿、表面破損、松散、新鋪瀝青混凝土路面的構造深度不均等，這些病害均與溫度離析有關(guān)。瀝青混凝土在攤鋪過(guò)程中有一定的溫度限制，溫度偏低，會(huì )導致瀝青不易壓實(shí)；溫度過(guò)高，則瀝青容易老化。為了改善路面施工質(zhì)量，減少早期病害的出現，必須減少溫度離析的發(fā)生。因此，在施工過(guò)程中對混合料的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測是很有必要的。

用紅外熱成像儀檢測溫度離析具有天然的優(yōu)勢，紅外熱像儀通過(guò)確定最佳拍攝距離，對瀝青混合料施工出站和進(jìn)場(chǎng)、攤鋪作業(yè)等各個(gè)環(huán)節進(jìn)行溫度檢測，判斷瀝青混合料在施工作業(yè)過(guò)程中的溫度離析情況。

胡力群等在研究中提出了溫度離析度的概念，溫度離析度是評價(jià)瀝青混合料溫度離析的重要指標，涵蓋了溫差和低溫區域的面積，并考慮了瀝青混合料的最低碾壓溫度。

李美華通過(guò)研究得出: 瀝青混合料碾壓溫度越高，密度越大，空隙率越小; 瀝青混合料溫度變化越大，溫度離析越嚴重，其密度、空隙率指標就越低。另外值得一提的是，紅外熱成像儀只局限于檢測路面表面溫度，路面內部溫度需要現場(chǎng)實(shí)測。

劉書(shū)堂通過(guò)運料、攤鋪、碾壓3個(gè)過(guò)程中瀝青混合料溫度紅外檢測的試驗研究，得出溫度離析在不同過(guò)程中經(jīng)常出現的位置，并針對不同類(lèi)型的溫度離析提出改善溫度離析的方案。

李強等的研究表明，用紅外熱像儀可以準確測量出發(fā)生在卸料車(chē)上、攤鋪機進(jìn)料口處、攤鋪機螺旋布料器大軸后的溫度離析，并且準確找出路面溫度離析的區域，從而采取相應的措施加以改善。

李秀鳳利用有限元研究方法對路表溫度場(chǎng)進(jìn)行數值模擬，確定了路表溫度場(chǎng)的變化規律，以及缺陷形狀與表面溫度場(chǎng)分布的初步定性關(guān)系，并用紅外熱像儀探測路表溫度場(chǎng)，證明了紅外檢測的可行性。

CHEN等采用紅外熱成像技術(shù)和方差分析統計方法研究了瀝青路面檢修孔處溫度變化的差異，結果顯示，在檢修孔和非檢修孔處的瀝青混凝土溫差為24～58℃，表明紅外熱成像技術(shù)可以根據瀝青混凝土的溫度均勻性來(lái)衡量路面施工質(zhì)量，為路面施工與檢測、監測提供了一種快速、經(jīng)濟的解決方案。

JONSSON等研究發(fā)現，在潮濕、下雪或結冰的路面條件下，紅外熱像儀的地表溫度讀數比傳統的地面傳感器獲取的數據更可靠，并通過(guò)檢查車(chē)輪軌道間的溫度如何不同于參考的干燥路面條件來(lái)檢測道路狀況的變化。

目前，瀝青混合料溫度離析的檢測方案仍有很多種，但采用紅外熱成像儀對瀝青混合料生產(chǎn)及瀝青路面施工過(guò)程中的溫度進(jìn)行追蹤檢測，可以直觀(guān)反映出瀝青混合料在生產(chǎn)、施工過(guò)程中的溫度變化以及溫度離析情況，并能快速、無(wú)損地檢測出溫度離析發(fā)生的位置，對路面質(zhì)量的控制有較大的研究意義。

檢測脫空病害瀝青混凝土路面的脫空現象是常見(jiàn)危害，其指的是路面結構層的不連續接觸現象，通常表現為因混凝土面層與路基或瀝青層之間的分離而產(chǎn)生的空隙。同時(shí)，脫空的存在也是瀝青混凝土路面產(chǎn)生其他病害的誘因之一。

大量的理論和試驗證明，運營(yíng)中的瀝青混凝土路面，其基礎的局部脫空現象是客觀(guān)存在的，特別是瀝青混合料修筑的水泥混凝土路面。且根據道路試驗觀(guān)測結果證明：在水泥混凝土路面縫邊、板腳處，由于唧泥所引起的水泥混凝土板下脫空現象大量存在。由此可以推斷在瀝青混凝土路面同樣會(huì )出現類(lèi)似情況。

瀝青混凝土路面板底脫空帶來(lái)的影響十分嚴重，瀝青混凝土路面板脫空時(shí)的受力狀態(tài)與懸臂板結構類(lèi)似，在運動(dòng)荷載作用下會(huì )產(chǎn)生過(guò)量的撓曲變形和拉應力，而降低路面的疲勞壽命，使路面被迫過(guò)早地進(jìn)行維修或重建；其次，瀝青混凝土路面板底脫空后，路面板錯臺和斷裂等病害會(huì )相繼出現，從而造成病害路面車(chē)輛行駛質(zhì)量不佳，嚴重損耗車(chē)輛，并使運輸成本增加，有時(shí)甚至會(huì )誘發(fā)嚴重的交通事故。

目前，使用紅外熱成像技術(shù)在瀝青混凝土路面檢測的實(shí)例并不多見(jiàn)，但紅外熱成像技術(shù)在檢測其他方面的脫空病害時(shí)已經(jīng)進(jìn)行了許多試驗，圖2為紅外熱成像脫空檢測的結果，說(shuō)明其可以應用在瀝青路面的檢測中。

高才坤等用紅外熱成像法檢測脫空，檢測時(shí)，鋼筋混凝土面板和墊料層的熱導率遠比空氣介質(zhì)的高，根據熱傳導性能的差異，可以根據升溫、降溫的快慢來(lái)判斷是否脫空，所以用紅外熱成像技術(shù)檢測脫空病害存在著(zhù)良好的物理條件；并且還提到該方法同樣可以應用于公路、鐵路、水電等混凝土施工項目的質(zhì)量檢查中,推廣應用前景廣闊。

張永健等采用紅外熱成像檢測法檢測路面脫空，并通過(guò)鉆孔校驗試驗證實(shí)了紅外熱像與混凝土路面結構底部結構狀況之間具有一定的相關(guān)性，體現了紅外熱成像儀檢測脫空病害的可行性。當該技術(shù)成功應用于高速公路舊路面改造工程中時(shí)，可準確地對混凝土路面脫空進(jìn)行探測，提高工作效率。

在最佳試驗條件和環(huán)境條件下，使用被動(dòng)熱激勵的紅外熱成像儀能夠有效地檢測出所有淺層脫層缺陷，并可以確定淺分層缺陷的區域范圍，KEE等研究發(fā)現，夜間冷卻效應可用于檢測淺層和深層分層，比白天加熱效應的圖像更為清晰，并且紅外數據沒(méi)有具體的標準限制，因為數據在一定溫度范圍內是可變的。

NEHDI等通過(guò)研究得出：與以視覺(jué)直觀(guān)檢查(VI)為主的傳統無(wú)損檢測方法相比，紅外熱像儀利用遙感和數據處理技術(shù)，以混凝土表面溫度對比的形式得到橋面分層圖；探地雷達以短暫脈沖電磁能量為媒介探測混凝土橋面腐蝕位置和程度，得出狀態(tài)圖。兩者結果具有較好的一致性，從而證明了紅外熱像儀的有效性及良好的發(fā)展前景。

HIASA等通過(guò)對數據進(jìn)行數學(xué)處理和迭代試驗，并結合有限元模型模擬計算，得出一種較為符合當前紅外熱成像測量數據閾值分析處理的方法。這種方法可以較為直觀(guān)地檢測出1.27～2.54

cm深度的混凝土板的分層區域。值得一提的是，分層區域的邊界條件會(huì )影響分析數據的準確性，但在真實(shí)環(huán)境中可以忽略，盡管該方法具有一定的局限性，但是對于實(shí)現紅外熱成像數據的自動(dòng)分析以及監測檢測分層區域的效率提升上有很大幫助。

SUN等利用紅外熱像儀對深埋隧道的低鼓缺陷展開(kāi)分析，并通過(guò)對隧道斷面變形的監測提出微斜巷道低鼓的破壞機理。

用紅外熱成像法檢測路面脫空病害的基本原理為：在陽(yáng)光照射下，面板吸收來(lái)自陽(yáng)光的輻射熱量，存在脫空的面板區域的空氣熱傳導性能差，溫度升高較快，非脫空區的面板的熱量易向壩體深部傳導，溫度升高較慢；在夜間，不論是脫空區還是非脫空區，其白天吸收的熱量通過(guò)面板向空氣輻射，面板溫度下降；脫空區面板下層空氣熱傳導率低，不易得到壩體熱量補充而使該部位溫度相對較低；非脫空區的面板由于其下的墊層料熱傳導率比空氣的高，更易得到壩體熱量補充而使該部位溫度相對較高。

紅外熱成像技術(shù)在檢測路面脫空上，有著(zhù)熱導介質(zhì)等天然的物理條件，目前有研究者正在利用一些有損檢測方法來(lái)驗證無(wú)損檢測方法的準確性，種種現象證明紅外熱成像技術(shù)在道路工程上有著(zhù)廣闊的應用前景。

檢測瀝青透水性瀝青路面在使用過(guò)程中，地表水由裂縫或空隙自然滲入，又或是因某些其他因素被動(dòng)進(jìn)入路面結構。由于這些滲入水的存在，集料表面瀝青會(huì )發(fā)生乳化或剝離現象，會(huì )使瀝青混合料結構松散，甚至形成更為嚴重的唧漿和坑槽病害。路面滲水若不被及時(shí)發(fā)現，則會(huì )加快功能性病害向結構性病害的發(fā)展，因此，在早期快速準確地檢測和評價(jià)瀝青路面的透水性也就至關(guān)重要。

目前，一些學(xué)者通過(guò)研究空隙率、滲水系數與表面溫度差的關(guān)系，得出瀝青路面的透水性與表面溫差具有較好的相關(guān)性，這為用紅外測溫技術(shù)評價(jià)路面的透水性提供了理論依據。

李志棟等通過(guò)分析路表溫度場(chǎng)與透水性的相關(guān)性，開(kāi)發(fā)了一種瀝青路面透水性紅外差熱檢測儀，得出通過(guò)用紅外測溫技術(shù)檢測路面溫度差異，進(jìn)而評價(jià)瀝青路面透水性是可行的。

用紅外熱成像技術(shù)進(jìn)行檢測，可以對路面的透水性進(jìn)行識別和評價(jià)，對阻止路面的進(jìn)一步惡化具有重要意義。

高速公路監控中的應用紅外熱成像技術(shù)在道路工程中應用廣泛，除對道路的施工、養護等有檢測作用外，在道路日常監控中也有巨大的用處。在晴朗的白天，普通監控系統足以應對道路中的監控，但在有雨、雪、霾等天氣及光線(xiàn)較弱的夜間就無(wú)能為力。紅外熱成像技術(shù)可排除外界自然環(huán)境的影響，其利用紅外探測器，將道路上行駛的目標與背景轉化成灰度圖像坐標系，通過(guò)灰度值的大小反應視覺(jué)場(chǎng)中的信息。場(chǎng)景中行人、動(dòng)物等生物的輻射溫度要比物體的輻射溫度高，成像的灰度也相對較高，圖像中呈現的背景較亮；輻射的溫度越低，成像的灰度越小，圖像中呈現的背景越暗。

康雪雪等根據此原理設計了基于車(chē)載紅外夜視儀的道路行人檢測與識別方法，能得到同一時(shí)空的目標與背景在灰度圖像坐標系的相對位置，再利用灰度差異進(jìn)行一些前期處理，就可對目標進(jìn)行識別，并可在危險距離內對司機發(fā)出警報。該研究擴大了司機的行駛視野、能對潛在危險進(jìn)行預警，在提高汽車(chē)輔助安全駕駛性能方面有著(zhù)一定的實(shí)用價(jià)值和重要理論意義。

劉衛平等在車(chē)輛輔助駕駛中提到，將紅外熱成像技術(shù)和微光技術(shù)相結合，利用機械設計和光學(xué)設計，將紅外熱成像儀固定在車(chē)輛表面，經(jīng)過(guò)電路處理將視頻輸出到液晶顯示屏上，司機可通過(guò)液晶顯示屏的道路圖像輔助駕駛，并且使用時(shí)避免了頭盔式微光夜視儀需戴在頭上的缺點(diǎn)，克服了長(cháng)期使用產(chǎn)生疲勞的問(wèn)題。

紅外熱成像技術(shù)應用于高速公路的監控，具有監控質(zhì)量不受自然環(huán)境影響的優(yōu)勢，能更好地對高速公路進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，提高駕駛安全系數，對保障駕駛員、乘客以及行人的生命財產(chǎn)安全具有非常重要的意義。

結語(yǔ)與展望

1紅外熱成像儀可以精確直觀(guān)地檢測出瀝青路面施工攤鋪過(guò)程或者轉運混合料過(guò)程中發(fā)生溫度離析的地方，從而幫助人們采取措施預防早期危害的發(fā)生。

2紅外熱成像同樣能直觀(guān)地檢測出路面發(fā)生脫空危害的部位，能很好地遏制因脫空帶來(lái)的次生危害。

3基于紅外熱成像技術(shù)的紅外透水性檢測儀能通過(guò)檢測瀝青路面溫度差異來(lái)評價(jià)路面的透水性，較傳統的定點(diǎn)式滲水儀有更為絕對的優(yōu)勢。

4紅外熱成像技術(shù)在監控中的應用也取得了顯著(zhù)的成果，相較以往的傳統攝像頭，所能帶來(lái)的效益有了很大的提升。

5未來(lái)，現代紅外熱成像儀在道路工程中的研究應朝著(zhù)以下幾方面發(fā)展：將檢測效果由定性轉變?yōu)槎?；與其他無(wú)損檢測技術(shù)相結合，優(yōu)化檢測方案；采用適合不同環(huán)境變量下的多樣化激勵方式，以實(shí)現更快速、精確的檢測；信息處理方式上要更加精確，并且處理模式上應由人工向智能方向發(fā)展。