【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及属于城市交通道路工程养护，具体涉及一种阵列式电极共面电容成像的沥青层隐性病害检测方法及装置。
技术介绍
1、沥青路面是一种噪声低、舒适性好、养护方便的常用道路结构，在高速公路、市政道路和桥梁道路中都有应用。早期沥青路面层通常会出现各种隐性病害，如内部裂缝、空洞、水损害等。路面结构内部病害不易察觉，难以检测和修复，但对保持沥青路面的长期使用性能至关重要。这些隐性病害在环境、交通等多种因素的作用下，会迅速发展为更严重的宏观缺陷。这些不利因素包括桥梁沥青路面交通量大和环境应力(即剧烈的高低温变化和高湿)。最后，宏观病害的形成可能会危及人车安全。因此，及时检测和预防性养护对道路工程具有重要意义。
2、服役沥青层快速检测主要通过无损检测，无损检测方法因其无损、便携性强、检测速度快等优点，在沥青层内部病害识别方面已被路面养护领域广泛接受。目前流行的无损检测技术包括探地雷达、超声波技术和红外热像仪。探地雷达根据波形、双向行程时间、强度等参数，可以检测和识别沥青路面中不可见缺陷的位置和几何形状，如专利申请cn112030655a公开的一种混凝土路面裂缝修补方法，使用探地雷达对路面裂缝进行检测以实现裂缝修补，然而该装置对不可见损伤的检测可靠性主要依赖于雷达工程师对波形图像的主观判断。超声波技术通过弹性波的特征参数(即时间、波速、波形、波幅)和模量的缩减量可以间接检测出隐性损伤。但是由于沥青混合料的非均质性和大孔隙率，超声波技术在沥青混合料内部病害检测比较困难。此外，它通常仅限于室内测试，并且由于检测设备需要与路面密切接触
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提高检测效率、直观性强的阵列式电极共面电容成像的沥青层隐性病害检测方法及装置。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、一种阵列式电极共面电容成像的沥青层隐性病害检测方法，包括以下步骤：
4、基于阵列式电极共面电容传感器的电极激励方案，计算沥青层被测区域的敏感场分布矩阵；
5、基于所述电极激励方案，将阵列式电极共面电容传感器放置于沥青层被测区域的不同位置，采集沥青层被测区域的共面电容测量值；
6、基于所述共面电容测量值构建沥青层被测区域的电容分布矩阵；
7、基于所述共面电容测量值构建沥青层被测区域的电容分布矩阵，采用电容层析重构算法重构和绘制沥青层的相对介电常数分布图；
8、基于所述相对介电常数分布图，获取隐性病害的大致位置、形状细节以及相对深度。
9、进一步地，所述电极激励方案包括阵列式电极共面电容传感器中包含激励电极和接收电极的电极对的选择，所述电极对包括共线、对角和最远电极对。
10、进一步地，计算所述敏感场分布矩阵包括：
11、基于阵列式共面电容传感器中各电极对的电场强度和灵敏度矩阵分布，叠加构建获得沥青层被测区域的灵敏度分布；
12、对沥青层被测区域进行层划分，绘制被测区域各层的敏感场分布，确定最佳敏感层及对应的所述敏感场分布矩阵。
13、进一步地，所述各电极对的电场强度采用有限元法求解获得。
14、进一步地，所述电容分布矩阵的构建包括：
15、基于阵列式电极共面电容传感器，采用所述电极激励方案，在充满空气和无缺陷的沥青层分别采集对应的空场电容值和满场电容值，利用所述空场电容值和满场电容值对所述共面电容测量值进行归一化，以归一化后的电容值构建所述电容分布矩阵。
16、进一步地，所述电容层析重构算法为卡尔曼滤波算法。
17、进一步地，根据相对介电常数分布图中的颜色差异确定所述隐性病害的大致位置和形状细节。
18、进一步地，所述隐性病害的相对深度确定具体为：
19、利用隐性病害中心的相对介电常数值极值确定不同病害之间的相对深度。
20、本专利技术还提供一种阵列式电极共面电容成像的沥青层隐性病害检测装置，包括敏感场分布计算单元、共面电容分布采集单元和计算机处理单元，其中，
21、所述敏感场分布计算单元用于计算沥青层被测区域的敏感场分布矩阵，确定最佳敏感层，所述敏感场分布矩阵基于阵列式共面电容传感器中各对电极的电场强度和灵敏度矩阵分布，叠加构建获得；
22、所述共面电容分布采集单元，用于基于阵列式电极共面电容传感器采集沥青层被测区域的共面电容测量值；
23、所述计算机处理单元用于基于所述共面电容测量值构建沥青层被测区域的电容分布矩阵，并基于所述敏感场分布矩阵和电容分布矩阵，采用电容层析重构算法重构沥青层的相对介电常数分布图，确定隐性病害的大致位置、形状以及相对深度。
24、本专利技术还提供一种阵列式电极共面电容成像的沥青层隐性病害检测装置，包括病害检测模块、数据采集模块、数据处理模块和病害识别模块，其中，
25、所述病害检测模块包括阵列式共面电容传感器，用于放置在沥青层不同位置处以进行静态检测；
26、所述数据采集模块包括lcr数字电桥，用于采集基于阵列式电极共面电容传感器获取的各对电极的共面电容测量值；
27、所述数据处理模块用于计算沥青层被测区域的敏感场分布矩阵，并基于所述共面电容测量值构建沥青层被测区域的电容分布矩阵，采用电容层析重构算法重构和绘制沥青层的相对介电常数分布图；
28、所述病害识别模块用于基于所述相对介电常数分布图，获取隐性病害的大致位置、形状细节以及相对深度。
29、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
30、(1)本专利技术通过阵列式电极共面电容成像采集沥青层被测区域的共面电容，重构被测区域的相对介电常分图，可以通过被测区域的相对介电常分布，快速确定沥青层隐性病害的大致位置、形状和相对深度，实现沥青层隐性病害的快速精确检测，为路面预防性养护和长期性能评价提供可靠依据。
31、(2)本专利技术可以直接获取沥青层隐性病害的相对介电常数可视化图像，根据相对介电常数分布图中的颜色差异以及相对介电常数值极值，确定隐性病害的大致位置、形状细节和不同病害之间的相对深度，能直观、有效地区分空洞、水损等病害类型。
32、(3)本专利技术采用归一化的共面电容值重构被测区域的相对介电常分图，减少电容异常带来的影响，提高可靠性。
33、(4)本专利技术基于阵列式电极共面电容成像采集沥青层被测区域的共面电容，解决单对电极电容传感器需要进行移动扫描、扫描速度太慢、难以应用于实际检测等技术问题，通过静态扫描提高检测效率。
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1.一种阵列式电极共面电容成像的沥青层隐性病害检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的阵列式电极共面电容成像的沥青层隐性病害检测方法，其特征在于，所述电极激励方案包括阵列式电极共面电容传感器中包含激励电极和接收电极的电极对的选择，所述电极对包括共线、对角和最远电极对。
3.根据权利要求1所述的阵列式电极共面电容成像的沥青层隐性病害检测方法，其特征在于，计算所述敏感场分布矩阵包括：
4.根据权利要求3所述的阵列式电极共面电容成像的沥青层隐性病害检测方法，其特征在于，所述各电极对的电场强度采用有限元法求解获得。
5.根据权利要求1所述的阵列式电极共面电容成像的沥青层隐性病害检测方法，其特征在于，所述电容分布矩阵的构建包括：
6.根据权利要求1所述的阵列式电极共面电容成像的沥青层隐性病害检测方法，其特征在于，所述电容层析重构算法为卡尔曼滤波算法。
7.根据权利要求1所述的阵列式电极共面电容成像的沥青层隐性病害检测方法，其特征在于，根据相对介电常数分布图中的颜色差异确定隐性病害的大致位置和形状细
8.根据权利要求1所述的阵列式电极共面电容成像的沥青层隐性病害检测方法，其特征在于，所述隐性病害的相对深度确定具体为：
9.一种阵列式电极共面电容成像的沥青层隐性病害检测装置，其特征在于，包括敏感场分布计算单元、共面电容分布采集单元和计算机处理单元，其中，
10.一种阵列式电极共面电容成像的沥青层隐性病害检测装置，其特征在于，包括病害检测模块、数据采集模块、数据处理模块和病害识别模块，其中，
...【技术特征摘要】
1.一种阵列式电极共面电容成像的沥青层隐性病害检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的阵列式电极共面电容成像的沥青层隐性病害检测方法，其特征在于，所述电极激励方案包括阵列式电极共面电容传感器中包含激励电极和接收电极的电极对的选择，所述电极对包括共线、对角和最远电极对。
3.根据权利要求1所述的阵列式电极共面电容成像的沥青层隐性病害检测方法，其特征在于，计算所述敏感场分布矩阵包括：
4.根据权利要求3所述的阵列式电极共面电容成像的沥青层隐性病害检测方法，其特征在于，所述各电极对的电场强度采用有限元法求解获得。
5.根据权利要求1所述的阵列式电极共面电容成像的沥青层隐性病害检测方法，其特征在于，所述电容分布矩阵的构建包括：
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