红外热成像技术在沥青路面温度监测的应用研究

李进1，陈文2，杨岂2

1.重庆交通大学 土木工程学院，重庆  400041）

2.四川省交通建设集团责任有限公司

摘要：为探究红外热成像技术在沥青路面施工中的应用方式与效果，本文通过分析红外热成像仪在沥青混凝土施工现场进行温度监测中精度影响因素，主要探究了辐射率的影响并标定了沥青混合料的辐射率为0.92，通过热成像仪分析了拍摄距离对沥青混合料温度检测精度影响并标定最佳拍摄距离为1m。

关键词：沥青路面；红外热成像仪；辐射率。

图文分类号：U416.217

1红外热成像仪在沥青路面施工中的应用

在我国，随着对沥青混合料施工中温度离析问题认知的提高和研究的深入，红外热像仪逐渐应用于沥青路面施工中。长安大学张成研究了红外热像仪在沥青混合料路面施工过程的应用，结合工程现场实测数据，提出了沥青混合料离析的评价方法[1]。台湾学者采用先进仪器红外热像仪，检测沥青混合料各个位置特别是特殊位置的温度分布情况[2]。在现场使用红外热成像仪的过程中，影响热成像仪测温精度主要有环境温度、工作环境相对湿度、目标物辐射率和拍摄距离，而通过手持式气象仪可以监测试验过程中环境温度和相对湿度，并在使用热成像仪前将仪器内参数设置为相应值。本文将通过对混合料辐射率的标定和最佳拍摄距离的确定来探究红外热成像仪在沥青路面施工温度监测中的应用方式与效果,研究过程中所使用的仪器为广州飒特红外技术有限公司生产的型号为SAT-S280的红外热成像仪。

2红外热成像仪参数标定

1.1沥青混合料辐射率的标定

红外热成像仪测温原理是根据接受到辐射能量的大小判断物体表面温度值。在红外热成像仪使用中物体辐射率设置偏大，监测温度值会小于实际值，反之则会大于实际值。所以辐射率值的设定直接影响了红外热成像仪温度检测的准确性，有必要对本文中所检测的沥青混合料的辐射率进行标定。

利用热成像仪监测现场施工所用SMA-13沥青混合料在铺筑过程中的温度场，记录4四点的位置，选择在温度检测中测量结果更为精确的接触式温度计，型号为TP101的插入式温度计对四点温度同时进行检测。后续通过SAT-S280红外热成像仪配套红外热成像仪图片处理软件SatlrWizard对图片进行分析与处理，沥青混合料辐射率在正常实验条件下辐射率在0.88-0.96之间，分别设置辐射率为0.88、0.90、0.92、0.94、0.96，并记录四点温度检测值和插入式温度计实测值，如图1所示：

图1各辐射率下检测温度与实测值/℃

将各辐射率下监测值与实测值进行对比发现，当设置辐射率为0.92时红外热成像仪检测值更加接近插入式温度计实测值，本文后续使用热成像仪时辐射率皆取0.92。

1.2红外热成像仪最佳拍摄距离的确定

为了研究红外热成像仪温度监测值随拍摄距离的变化规律，在沥青路面铺筑过程中，保证监测实际温度一致，使用红外热成像仪拍摄一横断面不同拍摄距离温度场。分析各点温度监测值可以看出，同一横断面上理论上温度一样的点，随着拍摄距离的增加，由于受到空气中水蒸气和烟尘的干扰，测点温度监测值逐渐减小。为了提高热成像仪温度检测的准确性，有必要对热成像仪最佳拍摄距离的确定进行研究。

本文在室内进行最佳拍摄距离确定探究试验，为了控制所监测混合料温度不发生较大变化，根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）规定[3]，将拌合站取回的沥青混合料放入恒温150℃烘箱1小时，并用水银温度计检测多点温度皆在150±0.5℃后进行温度检测；分别距离混合料0.25m、0.5m、0.75m、1m、1.25m、1.5m使用红外热成像仪进行温度测量，取混合料区域最高温、最低温和平均温度三个指标进行对比，试验结果如下：

在检测过程中最高温度和最低温度不够稳定，有一定的不确定性，不宜作为区域温度评定指标；当热成像仪离拍摄目标过近时，高温的沥青混合料会影响仪器的正常工作性能，进而影响温度检测的准确性；当拍摄距离超过1m后，受空气中杂质或其他环境干扰较大，检测温度相较于实际会偏低；在拍摄距离为0.5-1m时，平均温度具有较强的代表性和稳定性。所以确定1m为本文后续使用红外热成像仪进行沥青路面降温特性研究的最佳拍摄距离。

1.3红外热成像仪在路面温度检测中的应用

热成像仪在监测沥青路面温度中有快捷、安全、代表性强的优点，它可以通过红外探测仪接收到目标物辐射的能量值，通过放大和环境温度补偿和修正，后台计算屏幕内所有像素点温度值，然后经过中央处理器编译驱动后将所监测目标物温度场显示到屏幕上。且能检查并计算所拍摄区域内最高温度，最低温度和平均温度，温度平均相较于其他测温方式所测得的某一点温度值具有更强的代表性，所以将热成像仪作为一种沥青路面施工中温度检测的手段具有较高可行性。利用热成像仪图片储存与查看功能，在拍摄结束后读取图片，使用区域分析功能并计算图中特定区域平均温度，作为每个时刻温度代表值，可以作为一种监测沥青混合料温度的手段。

3结论

为了探究热成像仪在沥青路面温度监测中的应用研究，得到以下结论:

（1）通过红外热成像仪和插入式温度计标定沥青混合料辐射率为0.92，试验验证红外热成像仪最佳拍摄距离为1m。

（2）验证了热成像仪在沥青路面手工中温度检测的优越性。

参考文献

[1]张成. 红外热像仪在沥青路面施工质量过程控制中的应用[D].长安大学,2010.

[2]Lisa C Y. Assessment of asphalt concrete pavement quality by using infrared  thermal imaging technology[J]. Journal of Marine Science and Technology (Taiwan), 2015, 23(3): 331-338.

[3]交通运输部公路科学研究所. 公路工程沥青及沥青混合料试验规程: JTG E20-2011[S]. 北京: 人民交通出版社, 2011.