Содержание к диссертации
Введение
1 Глава Обзор и анализ систем автоматического управления и контроля строительства автомобильных дорог с твердым покрытием
1.1. Роль и перспективы развития автомобильных дорог в Российской Федерации б
1.2. Проблемы качества асфальтобетонного покрытия автодорог 12
1.3. Методы и технические средства контроля качества уплотнения асфальтобетона 15
1.4. Методы и технические средства управления процессом уплотнения асфальтобетона при строительстве дорог 27
1.5. Типология томографов на обратнорассеянном излучении 38
Выводы 44
2 Глава Физические основы формирования модели информационного обеспечения 46
2.1. Физические предпосылки к синтезу модели 46
2.2. Структура моделирующего алгоритма 54
2.3. Интерфейсы компьютерной модели реконструкции асфальтобетонного полотна автомобильной дороги 73
Выводы 81
3 Глава Методы и технические средства информационного обеспечения автоматизированного управления процессом уплотнения асфальтобетона
3.1. Реконструкция структуры дорожного полотна средствами рентгеновской томографии на обратнорассеянном излучении 82
3.2. Исследование влияния количества итераций на результат томографической реконструкции 92
3.3. Исследование влияния энергетического диапазона на результаты томографической реконструкции 94
3.4. Исследование интенсивности исходного излучения на результаты томографической реконструкции 97
3.5. Исследование разрешающей способности томографической реконструкции дорожного покрытия 101
Выводы 107
4 Глава Разработка системы автоматизации процесса уплотнения асфальтобетона с использованием радиационных методов информационного обеспечения 109
4.1. Принцип работы узкоколлимированного рентгеновского сканера томографа на обратнорассеянном излучении 109
4.2. Исследование динамических характеристик автоматизированной системы управления процессом уплотнения 111
4.3. Техническая разработка узкоколлимированного рентгеновского сканера для томографа на обратнорассеянном излучении 117
4.4. Технические средства используемые в составе системы автоматизации процесса уплотнения асфальтобетона 128
4.5. Разработка структуры автоматизированной системы управления процессом
уплотнения асфальтобетона на основе компьютерной томографии и плотпометрин 132
Выводы 138
Общие выводы 140
Литература 141
Приложения 150
- Роль и перспективы развития автомобильных дорог в Российской Федерации
- Физические предпосылки к синтезу модели
- Реконструкция структуры дорожного полотна средствами рентгеновской томографии на обратнорассеянном излучении
- Принцип работы узкоколлимированного рентгеновского сканера томографа на обратнорассеянном излучении
Введение к работе
Актуальность работы.
Создание инфраструктуры дорожной сети государства имеет не только экономическое, геополитическое, но и стратегическое значение. По состоянию инфраструктуры дорог судят о экономической и политической мощи государства. Поэтому не случайно разработана Федеральная целевая программа «Модернизация транспортной системы России (2002-2010гг.)» строительства новых, реконструкции и ремонта старых дорог.
Неудовлетворительное состояние дорожных покрытий на значительной части автомобильных дорог страны вызывает увеличение стоимости перевозок, что в свою очередь увеличивают непродуктивные расходы российских производителей и потребителей, снижают конкурентоспособность отечественных товаров, особенно производимых в регионах, удаленных от границ Российской Федерации.
Основной проблемой является улучшение состояния дорожных покрытий с целью повышения их долговечности и допустимой нагрузки. Строительство современных дорог сегодня невозможно без применения наукоемких, высоко-производительных автоматизированных дорожностроительных комплексов управления технологическим процессом уплотнения асфальтобетонного покрытия дорог, позволяющих контролировать структуры дорожных одежд и повышать их дорожно-эксплуатационные характеристики.
В этой связи можно считать актуальной задачу создания автоматизированных технических средств, обеспечивающих повышение качества дорожного покрытия.
Цель работы.
Цель диссертационной работы заключается в разработке автоматизированной системы управления технологическим процессом уплотнения асфальтобетона на базе информационного обеспечения, включающего интегрированную систему томографа и рентгеновского плотномера.
Методы исследования.
В работе использовались методы статистического моделирования, математической статистики и компьютерного эксперимента, теория автоматического дискретного управления и оптимизации. Результаты подтверждены экспериментальными исследованиями.
5 Научная новизна работы.
Научная новизна диссертационной работы заключается:
Создание и оптимизация алгоритма итерационной реконструкции структуры асфальтобетона в процессе его уплотнения; Разработка структуры системы автоматизации процесса уплотнения асфальтобетона с использованием рентгеновского томографа и плотномера.
Разработка математической модели для томографической реконструкции распределения плотности асфальтобетона на основе регистрации рассеянного рентгеновского излучения; Исследование влияния характеристик рентгеновского излучения на эффективность реконструкции распределения плотности асфальтобетона в процессе уплотнения;
Практическая ценность работы.
Практическая ценность работы заключается в разработке автоматизированного комплекса управления технологическими процессами уплотнения асфальтобетона на базе информационного обеспечения, включающего интегрированную систему разработанного томографа и плотномера.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на: 3-й Международной конференции «Диагностика трубопроводов», Москва, 2001 г., научно-технических конференциях МАДИ (ГТУ), научно-технической конференции МИФИ (ГУ), 2004 г.
Публикации.
Основные научные результаты диссертации опубликованы в 6-ти статьях.
Структура и объем диссертационной работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов по работе, списка используемой литературы, приложений, документов по практическому использованию результатов диссертации в практике и изложена на 153 стр. машинописного текста, включая 110 рисунков, 7 таблиц, список используемой литературы содержит 135 наименований , 4 приложения.
Роль и перспективы развития автомобильных дорог в Российской Федерации
Строительство дорог с твердым покрытием, помимо народнохозяйственного, имеет и огромное экономическое и геополитическое значение. В этих условиях хорошо развитая транспортная инфраструктура государства с развитой экономикой, связанной устоявшимися межгосударственными связями и торгово-промышленной интеграцией приводит к возрастающим транспортным перевозкам больших грузопотоков, большая часть которых ложится на автомобильные перевозки. При этом постоянно растет скорость движения и перемещения грузов любой категории и тоннажа, что в свою очередь приводит к изменению требований, предъявляемых к качеству дорожного покрытия и технологическим параметрам укладки асфальтового дорожного полотна.
Анализ структуры и характеристик сети автомобильных дорог Российской Федерации показывает, что она не обеспечивает в необходимой степени интересы государства, потребности экономики и населения, в частности: 1. до настоящего времени не завершено формирование опорной сети федеральных автомобильных дорог, связывающих все экономические регионы Российской Федерации, как между собой, так и с центральной частью страны; 2. имеет место незавершенность системы рокадных автомобильных дорог, а также автомагистралей, связывающих российские морские порты бассейна Северного ледовитого океана, Балтийского, Черного и Каспийского морей, что является отрицательным фактором в плане обеспечения национальной безопасности страны; 3. сформировавшаяся в 60-х — 80-х годах XX века древовидная конфигурация сети автомобильных дорог общего пользования не способна рациональным образом удовлетворить потребности товаропроизводителей, так как приводит к значительным потерям финансовых и материальных ресурсов, связанных с перепробегом автотранспорта; 4. протяженность автомобильных дорог с твердым покрытием в Российской Федерации составляет 50,7 % от потребности, около тридцати девяти тысяч населенных пунктов не имеют связи по автодорогам с твердым покрытием с транспортной системой страны. В результате, около десяти процентов населения страны в период весенней и осенней распутицы остается практически отрезанным от транспортных коммуникаций; 5. прочностные характеристики дорожных одежд и мостовых сооружений на сети автомобильных дорог общего пользования не позволяют осуществлять повсеместное бесперебойное движение тяжеловесных транспортных средств; 6. значительная часть мостовых сооружений на сети автомобильных дорог общего пользования находится в неудовлетворительном транспортно-эксплуатационном состоянии. Так, на федеральных автодорогах свыше тысячи мостовых сооружений требует неотложного ремонта, а три тысячи требует проведения профилактических работ.
Из вышеизложенного следует, что сеть автомобильных дорог общего пользования является национальным богатством страны, которое необходимо беречь, приумножать и эффективно использовать. Бездорожье и неудовлетворительное транспортно-эксплуатационное состояние дорог общего пользования препятствуют подъему экономики России.
Вместе с тем, задание по вводу в действие территориальных автодорог в 2002 году не выполнено. При задании в 5500 км введено в эксплуатацию 3154,8 км, в том числе: за счет средств субвенций и субсидий завершено строительство и введено в действие 1051 км автодорог и 6948,1 п.м. мостовых сооружений; за счет средств бюджетов субъектов Российской Федерации завершено строительство и введено в действие 2103,8 км автодорог и 14966,5 п.м. мостов и путепроводов на них. Результат - снижение протяженности ввода в действие дорог общего пользования против уровня 2001 года (в целом, за счет всех источников финансирования завершено строительство и введено в действие 3663,4 км дорог общего пользования и 32,7 тыс. п.м. мостовых сооружений на них). В связи с этим главной задачей на 2003 год было определено устранить отставание предыдущего года и продолжение работы по обеспечению работы подпрограммы «Автомобильные дороги» Федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России (2002-2010 гг.)» [46].
Основной целью Подпрограммы «Автомобильные дороги» федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России (2002-2010 годы)» (далее - Подпрограмма) является создание условий для улучшения социально-экономического положения страны и освоения новых территорий, укрепления обороноспособности и экономической безопасности государства, повышения конкурентоспособности отечественных товаров за счет снижения транспортных издержек при перевозках автомобильным транспортом и поэтапного развития автомобильных дорог в соответствии с темпами автомобилизации страны. В ее основу заложен принцип развития международных и российских транспортных коридоров: Балтика - Центр — Юг, Западная граница - Центр - Урал, Север - Юг, Северо-Запад - Урал, Западная Сибирь - Дальний Восток и другие. Этим коридорам принадлежит центральная роль в решении транспортных проблем, связанных с расширением межгосударственных и межрегиональных экономических, культурных и других связей, а также с усилением оборотной мощи страны.
Реализацию Подпрограммы осуществляет Росавтодор. Подпрограмма рассчитана на девять лет и должна быть реализована в два этапа.
На первом этапе (2002-2005 гт.) будут выполнены работы, направленные на обеспечение функционирования дорожной сети, уменьшение отставания по срокам ремонтов автомобильных дорог с одновременным повышением их технического уровня и пропускной способности. Продолжится реализация проектов строительства и реконструкции автомобильных дорог в районах, наиболее перегруженных движением автодорожных узлов, а также строительства дорожных объектов, обеспечивающих геополитические интересы и безопасность государства. Диаграммы темпов развития сети автомобильных дорог согласно планов правительства представлены на Рис. 1.1. и Рис. 1.2.
Физические предпосылки к синтезу модели
Физика взаимодействия гамма и рентгеновского излучения с веществом к настоящему времени достаточно изучена, разработаны эффективные методы моделирования и аналитического расчета задач взаимодействия излучения с веществом [27].
Вклад многократнотнорассеянных фотонов, от общего количества попавших в детектор не превышает как правило 5-8%, тем не менее возможно применение аналитического описания связи интенсивности регистрации фотонов с распределением линейных коэффициентов комптоновского рассеяния и поглощения. Поэтому, основным преимуществом такого подхода является возможность решения обратной задачи - оценки распределения линейного коэффициента комптоновского рассеяния (плотности) по распределению обратнорассеянных фотонов.
В основе физических методов томографии [1] на обратнорассеянном излучении лежит существование зависимости полевых характеристик обратнорассеянного излучения от линейных коэффициентов фотопоглощения ((Jp) и комптоновского рассеяния (цс), которые определяются атомным номером вещества ( Z ), плотностью ( р ), энергией фотона ( Е ). Отношение линейного коэффициента фотопоглощения (рассеяния) к плотности называется массовым коэффициентом поглощения (рассеяния). При этом формула (2.1.1.) массового коэффициента поглощения идентична формуле (2.1.2.) массового коэффициента рассеяния.
Массовый коэффициент фотопоглощения характеризуется сложной зависимостью от атомного номера вещества, в то время как массовый коэффициент рассеяния пропорционален отношению атомного номера к атомному весу и определяется выражением ( 2.1.2. ). Так как отношение Z/A (где А- число Авогадро) для легких элементов равно приблизительно 1/2 (за исключением водорода), можно считать, что он не зависит от атомного номера. Данное обстоятельство позволяет сделать некоторые допущения и принять ограничения для количественных характеристик. В соответствии с этим, вещество далее будем рассматривать в качестве аморфной совокупности атомов, находящихся в их нормальных состояниях. Место, где произошел элементарный акт взаимодействия фотона с веществом, рассматривается как место поглощения энергии. Виды взаимодействия в значительной мере определяются энергией - важнейшей характеристикой элементарных частиц.
Имеется целый ряд процессов взаимодействия гамма-излучения с веществом. Таблица 2 Л Л., предложенная Фано [13], представляет собой схему процессов взаимодействия фотонов. Эффект взаимодействия Род взаимодействия Упругое (когерентное) рассеяние Взаимодействие с атомными ядра Неупругое (некогерентное) рассеяние Взаимодействие с мезонным полем, окружающим ядра Взаимодействие с электрическим полем, окружающем ядра или электроны. Полное поглощение. Взаимодействие с атомными электронами Таблица 2.1 Л. Процессы взаимодействия фотонов Согласно этой схеме возможна компиляция 12 —и различных процессов взаимодействия гамма-излучения с веществом. В то же время, таких процессов, на самом деле может быть гораздо больше, также как может быть несколько видов процессов. Если учесть изложенное и пренебречь эффектами взаимодействий, вносящих незначительный вклад в ослабление излучения, то механизм распространения фотонов в веществе можно описать следующим образом. Взаимодействуя в большинстве случаев с электронами, фотоны могут испытать некоторое количество столкновений, в результате которых уменьшается энергия и изменяется направление движения квантов, или же они могут быть поглощены во время любого взаимодействия.
В случае однократного рассеяния или при ослаблении некой средой, обладающей обязательной способностью поглощения фотона при его взаимодействии с ней, расчет переноса излучения прост. При падении узкого монохроматического пучка на такую среду интенсивность пучка фотонов, проходящего через единицу площади, перпендикулярную направлению движения, описывается выражением (2.1.3.) dl--ІЛ-I-dx (2Л.З.) где х -глубина проникновения, J - интенсивность, fi - линейный коэффициент поглощения. Линейный коэффициент поглощения численно равен произведению отношения числа провзаимодействовавших фотонов к их общему начальному количеству на концентрацию атомов в веществе.
Физическая сущность выражения ( 2.1.3.) состоит в том, что с увеличением глубины проникновения два равных по толщине слоя вещества обеспечивают одинаковое ослабление. Решением дифференциального уравнения (2.1.3.) - является (2.1.4.) 1{Х) =1(0)- QXp(-jU Х) (2.1.4.) Практические расчеты массового коэффициента поглощения можно производить на основе известных выражений для коэффициентов фотоэлектрического поглощения. Ли дает следующую формулу (2.1.5.): т z4 1 --0,0089 Хп „1 ч где р- плотность; Я -длина волн, в ангстремах (10 8 см); z -эффективный атомный номер поглотителя; Л — эффективный атомный вес; п — коэффициент соответствующего химического элемента. Это уравнение более или менее оправдывается для длин волн гамма лучей, меньших Хк - длины волн характеристического излучения для конкретного элемента. Грей дает следующую эмпирическую формулу для вычисления линейного коэффициента фотоэлектрического поглощения в химическом элементе (2.1.6.): Igr, = 3,6505 +1.0 IgA + 0,48(lgA)2 (2Л.б.) Длина волн Я здесь выражается в X— единицах (10"п см). Эта формула для обычных гамма-лучей (от 0,35 до 1,5 МэВ) справедлива примерно с точностью до 10 %. При более высоких энергиях эта формула дает преуменьшенное (заниженное) значение коэффициента.
Коэффициент К изменяется в зависимости от порядкового номера элемента Для легких элементов отношение меняется слабо, и его значение равно примерно 0,5. Исключение составляет водород, обладающий аномально большим коэффициентом, близким к единице. Для тяжелых элементов значение отношения снижается с возрастанием атомного номера. Для процесса образования пар на основе (2.1.11.):
Реконструкция структуры дорожного полотна средствами рентгеновской томографии на обратнорассеянном излучении
Задача реконструкции структуры сводится к решению линейной системы уравнений с неизвестными линейными коэффициентами рассеяния. В данной работе реконструкция осуществлялась на основе итерационных процедур восстановления изображения по обратным проекциям.
Интенсивность регистрации обратнорассеянных фотонов детектором определяется геометрическими характеристиками сцинтиллятора и характером распределения линейного коэффициента ослабления в области траекторий рассеянных фотонов.
Однако в силу больших размеров регистрирующих сцинтилляторов, установленных по различным направлениям обратнорассеянного излучения (в том числе, если это позволяет объект, и по другую его сторону), ослабление рассеянного излучения практически не будет зависеть от характера распределения плотности.
В качестве No принимается условная интенсивность, определяемая телесным углом обратного рассеяния и долей фотонов, претерпевающих комптоновское рассеяние. Вероятность комптоновского рассеяния (или фотопоглощения) определяется соотношениями массовых коэффициентов рассеяния и фотопоглощения, которые в свою очередь определяются материалом и энергией фотонов. В первом приближении данную вероятность можно принять постоянной. В этом случае условная интенсивность No может быть оценена экспериментально.
При многократном облучении объекта, представленного в виде совокупности воксел, в пределах которых линейный коэффициент рассеяния (плотность) может быть принят постоянным, можно получить по массиву интенсивности регистрации рассеянного излучения N(x,q), измеренного при различных углах q и координат ввода х, массив лучевых сумм S(x,q) вдоль исходных траекторий
Таким образом, задача сводится к решению линейной системы уравнений с неизвестными линейными коэффициентами рассеяния.
В данной работе реконструкция осуществлялась на основе итерационных процедур восстановления изображения по обратным проекциям.
Алгоритм реконструкции состоит из начальной инициализации и итерационного процесса корректировки.
— Инициализация. За начальное приближение могут быть взяты произвольные данные. (Например, матрица линейных коэффициентов ослабления заполняется единицами.)
— Корректировка. (Процесс корректировки повторяется до достижения приемлемых для визуального наблюдения результатов.). В качестве исходных данных на каждом шаге корректировки используются результаты предыдущего шага. В качестве же данных, определяющих структуру объекта, а следовательно, и производимую корректировку, используется матрица интенсивностеи регистрации рассеянного излучения. Данная матрица содержит значения интенсивности по каждому положению излучателя (по координатам и углам) в соответствии с алгоритмом перемещения излучателя.
Один полный шаг итерационного процесса корректировки подразумевает последовательное выполнение всех элементарных корректировок (по каждому положению излучателя). Элементарная корректировка включает в себя 4 пункта: - моделирование начальной интенсивности излучения; - определение лучевой суммы для текущего положения излучателя на основе исходной матрицы интенсивностеи регистрации рассеянного излучения; - расчет лучевой суммы на основе текущих значений матрицы линейных коэффициентов ослабления для текущего положения излучателя; - распределение корректирующей величины (разность двух полученных лучевых сумм) по матрице линейных коэффициентов ослабления вдоль луча, соответствующего текущему положению излучателя. 1. Моделирование начальной интенсивности. Моделирование начальной интенсивности на этапе реконструкции производится различными способами в зависимости от способа получения исходной матрицы интенсивностеи регистрации рассеянного излучения. Так на Рис. 3.1.1. представлена матрица заданных плотностей объекта реконструкции. Объект представляет собой квадрат, размером 5x5 пикселей. Плотность каждого пикселя представлена в числовом эквиваленте.
Модель позволяет хранить создавать новые и осуществлять коррекцию уже введенных объектов реконструкции. Многократное моделирование позволяет получить лучевые суммы для многократного и одноактного обратного излучения. В процессе сканирования узкоколлимированным пучком рентгеновского излучения регистрируются большим кристаллом все рассеянные и отраженные объектом в сторону детектора фотоны (отклики).
По результатам полученных откликов и на основе приведенного выше итерационного алгоритма осуществляется реконструкция распределения плотности. По полученной численной реконструкции распределения плотности посредством различных параметрических фильтров визуально идентифицируются имеющиеся неоднородности.
В итоге, с увеличением итерационных процедур получаем томограмму, адекватную получаемой структуре исследуемого объекта.
Степень адекватности реконструируемой томограммы определяется энергией источника, количеством фотонов и характером распределения плотности в объекте.
Для реконструкции необходимо, чтобы элементарная лучевая сумма одного векселя была бы существенно выше случайного отклонения лучевой суммы, измеряемой путем регистрации обратнорассеянного излучения, как показали исследования, зависимость разрешения от линейного коэффициента комптоновского рассеяния имеет экстремальный характер. Для пикселей размерами 0,1 - 0,2 мм. И для объектов 100 х 100 мм имеет место наивысшее разрешение, что особенно сильно проявляется при малой статистике счета. Данные зависимости получены для энергии фотонов 300 КэВ, изменение линейного коэффициента комптоновского рассеяния достигается за счет изменения плотности материала. При достаточно большом количестве исходных фотонов в широком диапазоне изменений линейного коэффициента рассеяния, разрешение получаемых изображений становится постоянным.
Принцип работы узкоколлимированного рентгеновского сканера томографа на обратнорассеянном излучении
Платформа (1) во время работы осуществляет с помощью привода возвратно - поступательные линейные движения в одной плоскости с амплитудой 0,5 м и определенной линейной скоростью перемещения.
Коллиматор (2), размещенный на этой платформе, вращается (за счет индивидуального, независимого привода, также размещенного на платформе - на Рис. 4.1.1. не показан) с постоянной угловой скоростью, кратной скорости перемещения платформы. Расчет скоростей движения платформы и коллиматора представлен в разделе 4.2..
Вращение коллиматора (2) осуществляется вокруг рентгеновского излучателя - трубки (4), помещенного в специальный цилиндрический корпус (3). Внутри корпуса, между его внутренней цилиндрической стенкой и рентгеновской трубкой устанавливается специальная защитная свинцовая оболочка (5).
Непосредственно, напротив самого излучателя рентгеновской трубки в цилиндрическом корпусе имеется щелевая прорезь, размеры которой обеспечивают возможность направления коллимированного луча в строго угловом секторе (60). Коллиматор (2) представляет собой сложное техническое устройство ( на Рис. 4.1.1., представленное в виде диска) с шестью симметрично распределенными ( 60) радиальными сквозными отверстиями.
Вращаясь вокруг рентгеновского излучателя коллиматор направляет на исследуемую поверхность узко направленный пучок фотонов под строго определенным контролируемым углом ввода фотонов в вертикальной плоскости. Фотоны, излучаемые рентгеновской трубкой, проходя через вращающийся коллиматор, образуют луч с изменяемым углом наклона к исследуемой поверхности, траекторией движения которого является отрезок прямой, длинной 10 см. Одновременно с вращением коллиматора, платформа в горизонтальной плоскости (перпендикулярно к плоскости коллиматора) осуществляет возвратно — поступательное линейное движение, что позволяет создать в той же плоскости отрезок сканируемой поверхности длинной 50 см. Суммарная длина сканируемого отрезка составляет 60 см.
На нижней плоскости платформы устанавливается приемный детектор(б), исполненный в виде кристалла, воспринимающего отраженные фотоны от плоскости исследуемого объекта и фотоэлектрического усилителя (ФЭУ), регистрирующего их количество.
В направлении перпендикулярном движения сканера совершает перемещение каток (лаборатория), в результате их одновременного движения, траектория движения луча фотонов из линейной начинает приобретать сложную траекторию, описанную в следующем разделе.
Разработанная автоматизированная система (состав системы детально представлен в следующем разделе), размещенная на прицепе вместе со всей аппаратурой управления, а также рентгеновским томографом на обратнорассеянном излучении и рентгеновским плотномером, позволяют осуществлять в реальном масштабе времени исследования процесса уплотнения в различных режимах, как прицепное устройство к катку, так и самостоятельная автономно-работающая передвижная лаборатория. При этом основные динамические характеристики работы томографа в процессе движения описываются известными уравнениями гармонических колебаний. Движение сканирующей части также описываются в виде гармонических колебаний физическими формулами, в связи с тем, что процесс сканирования осуществляется во временном интервале и изменяющейся скорости движения катка (лаборатории).
Сканер с расположенным на нем коллимационным модулем совершает перемещение с постоянной скоростью. Вместе со сканером перемещается каток, вследствие чего возникает перемещение в двух осях координат. Одновременно с движением сканера и катка вокруг рентгеновской трубки вращается диск с коллимационными отверстиями. Фотоны, излучаемые трубкой, проходя через вращающийся коллиматор, образуют луч, траекторией движения которого является отрезок. Вследствие одновременного движения сканера, катка и вращения коллимационного диска, начало траектории движения следующего луча фотонов будет смещено на расстояния пройденные сканером и катком за время движения первого луча фотонов и время поворота диска на угол соответствующий попаданию в коллиматор следующего пучка фотонов. Это расстояние является шагом сканирования и определяет разрешающую способность томографа (размер пикселя сканирования).
Оптимальная, по прочностным характеристикам рентгеновской трубки и надежностью работы привода сканера, скорость движения сканера была выбрана равной VCKafl = 0,1 м/с. Скорость движения коллимированного луча фотонов была выбрана равной Vde, .- l(f VCKm, из расчета длины пикселя томографа 1мм., угол отклонения луча коллиматора составляет 60.
Используя указанный физико-математический аппарат были проведены динамические расчеты траекторий движения сканирующего модуля томографа и плотномера в зависимости от постоянной скорости движения катка (лаборатории), которые представлены в виде графических зависимостей. При варьирующихся скоростях, возникающих в процессе движения (торможение, ускорение или изменение скоростного режима) синусоидальная характеристика перемещения сканера перестает быть идеальной, и становится переменной функцией периода Т = f(V). Далее на рисунках представлены характеристики для постоянных скоростей движения катка.
На основании полученных зависимостей можно сделать вывод о качестве реконструкции дорожного полотна в зависимости от скорости движения катка. С увеличением скорости катка период следа сканирования увеличивается, что приводит к ухудшению разрешающей способности томографа, и следовательно к качеству получаемых томограмм. Изменение скорости движения сканирующего модуля в зависимости от скорости катка не представляется возможным вследствие возникновения перегрузок на рентгеновской трубке и плотномере из-за возникновения процессов ускорения и торможения катка во время его движения, хрупкости колбы рентгеновской трубки, возможности возникновения наведенных изображений реконструируемого объекта вследствие резкого перемещения сканирующего модуля. Поэтому для получения качественных томограмм необходимо в зависимости от скорости перемещения катка программно изменять матрицу длин пробега фотонов, т.е. пиксельную решетку.
Таким образом исследование состояния дорожного полотна в процессе его уплотнения позволяет в реальном масштабе времени и непосредственно во время движения, определять необходимые параметры качества уплотнения и структуры на любом длинномерном участке дороги с помощью средств неразрушающего контроля, что прежде было возможным только в лабораторных условиях методом исследования отбуренных кернов.
Кроме того использование интегрированной системы рентгеновской томографии и плотнометрии позволяет получать объективную информацию о внутренней структуре и плотности уплотняемого слоя асфальтобетона на разных его слоях и в том числе на технологических соединениях асфальтобетона с твердыми слоями дорожной одежды. Впервые, использование этой информации позволит оперативно влиять на сам процесс уплотнения асфальтобетона.
