王旭

摘 要：水泥檢測(cè)過(guò)程較為復(fù)雜且由于檢測(cè)儀器、環(huán)境及人為等多種因素影響，導(dǎo)致水泥質(zhì)量檢測(cè)準(zhǔn)確率較低。為此，結(jié)合水泥檢測(cè)影響因素，研究水泥質(zhì)量檢測(cè)方法。利用工業(yè)相機(jī)獲取水泥樣本圖像，并對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，提取圖像邊緣，基于此，利用網(wǎng)絡(luò)層次法建立質(zhì)量模糊判斷集，判斷質(zhì)量綜合指標(biāo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水泥質(zhì)量檢測(cè)。對(duì)所提方法的檢測(cè)性能進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果證明，所提方法在水泥質(zhì)量檢測(cè)方面能夠提高檢測(cè)準(zhǔn)確率。

關(guān)鍵詞：水泥；影響因素；質(zhì)量檢測(cè)；方法設(shè)計(jì)

1 前言

在當(dāng)今發(fā)展中，建筑行業(yè)的發(fā)展日益完善，水泥作為重要的建筑材料，其用量也在不斷增長(zhǎng)。而水泥質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到施工安全及工程質(zhì)量。因此，需要對(duì)水泥檢測(cè)過(guò)程嚴(yán)格把控，全面分析在建成過(guò)程中影響檢測(cè)結(jié)果的因素，保證獲取較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，確保投入施工的水泥質(zhì)量，提升工程的安全等級(jí)。為此，本文從水泥質(zhì)量檢測(cè)角度出發(fā)，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備、環(huán)境及操作等方面進(jìn)行深入分析，明確水泥在檢測(cè)過(guò)程中存在的影響因素，結(jié)合分析結(jié)果設(shè)計(jì)水泥質(zhì)量檢測(cè)方法。

2水泥檢測(cè)的影響因素分析

水泥是建筑混凝土中不可或缺的原材料，為保證施工現(xiàn)場(chǎng)能夠獲取關(guān)于水泥質(zhì)量的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)結(jié)果，有必要對(duì)水泥質(zhì)量進(jìn)行預(yù)先檢測(cè)，合理使用水泥材料，進(jìn)一步提升過(guò)程質(zhì)量[1]。因此，本文通過(guò)分析水泥檢測(cè)中的各方面影響因素，結(jié)合分析結(jié)果，提出水泥質(zhì)量檢測(cè)方法。

2.1檢測(cè)儀器因素分析

各種儀器設(shè)備在水泥檢測(cè)中起到了至關(guān)重要的作用，能夠確保水泥質(zhì)量的準(zhǔn)確檢測(cè)結(jié)果，檢測(cè)設(shè)備的技術(shù)參數(shù)、性能參數(shù)及運(yùn)行參數(shù)等的精準(zhǔn)性能夠?qū)z測(cè)結(jié)果造成直接影響。例如，振實(shí)臺(tái)是水泥檢測(cè)中的必備裝置，若其底座的質(zhì)量達(dá)不到水泥所需的重量要求，則會(huì)產(chǎn)生水泥膠在振動(dòng)過(guò)程中的能量散失現(xiàn)象，使得振實(shí)條件無(wú)法滿足，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果存在較大誤差[2]。

2.2檢測(cè)環(huán)境因素分析

水泥質(zhì)量檢測(cè)常常會(huì)受到外界環(huán)境等不可控因素的影響，因此，水泥檢測(cè)過(guò)程必須在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)室進(jìn)行，以最大程度降低外界因素干擾。水泥檢測(cè)環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)條件如表1所示。

試驗(yàn)環(huán)境中的各項(xiàng)參數(shù)均會(huì)對(duì)水泥檢測(cè)結(jié)果造成不同程度的影響，溫度越高，水泥凝固的速度越快，強(qiáng)度也會(huì)越來(lái)越高。

2.3操作因素分析

在對(duì)水泥材料進(jìn)行驗(yàn)收時(shí)，還需要工作人員進(jìn)行檢測(cè)操作，因此不可避免會(huì)受到人為因素的影響。相同的樣品和相同的操作方法，若有操作人員操作不符合規(guī)范，將會(huì)擴(kuò)大在允許范圍內(nèi)的誤差，從而無(wú)法保證監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性[3]。

3水泥質(zhì)量檢測(cè)方法設(shè)計(jì)

通過(guò)前文對(duì)水泥檢測(cè)中的影響因素分析，針對(duì)實(shí)際操作中的問(wèn)題，本文提出水泥質(zhì)量檢測(cè)方法，避免監(jiān)測(cè)設(shè)備、環(huán)境及人為操作帶來(lái)的影響，實(shí)現(xiàn)水泥質(zhì)量的智能檢測(cè)。

3.1水泥圖像樣本獲取

在對(duì)水泥表觀成型質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)前，首先需要采集數(shù)量足夠的缺陷樣本，由于在采集樣本過(guò)程中，易受到其他條件干擾，具有一定的主觀隨意性。為實(shí)現(xiàn)成像速度快、信號(hào)輸出一致的目的，本文用于獲取水泥圖像樣本的相機(jī)選用工業(yè)相機(jī)MV CA050-lOGC。

基于上述工業(yè)相機(jī)，本文特此設(shè)定獲取水泥表觀質(zhì)量圖像的方式：

第一，采集距離：距離水泥表面300 mm～500 mm。

第二，采集對(duì)象：水泥澆筑完成且達(dá)到終凝強(qiáng)度。

第三，拍攝角度：拍攝鏡頭與水泥表面平行，且光照充足。

第四，圖像格式：jpg，bmp。

在上述獲取設(shè)定的水泥表觀質(zhì)量圖像的采集方式下，對(duì)水泥質(zhì)量圖像進(jìn)行獲取，并且將圖像尺寸統(tǒng)一調(diào)整為224×224×64，有助于接下來(lái)的圖像處理及質(zhì)量檢測(cè)。

3.2水泥圖像邊緣提取

后續(xù)數(shù)據(jù)標(biāo)注和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的質(zhì)量會(huì)在很大程度上受到形狀規(guī)則和布局均勻性的影響，這是因?yàn)樗鼈儗?duì)任務(wù)的完成具有重要影響，會(huì)降低檢測(cè)精度。因此，需要對(duì)圖像邊緣進(jìn)行檢測(cè)，標(biāo)注圖像中的水泥區(qū)域，剔除不含有重要信息的背景部分。而在提取圖像邊緣之前，需要通過(guò)一定的手段，增強(qiáng)圖像中的主體部分，弱化圖像的背景區(qū)域，提高圖像質(zhì)量，以達(dá)到豐富信息量的目的。本文采用像素值分布變換方法對(duì)圖像內(nèi)容實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)。

水泥圖像邊緣提取是一種常見的圖像處理任務(wù)，可用于提取水泥圖像中物體的邊界信息，以便進(jìn)一步分析和識(shí)別。下面是一種基于邊緣檢測(cè)算法的水泥圖像邊緣提取方法，供參考：

圖像預(yù)處理：首先，對(duì)水泥圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括灰度化、濾波和增強(qiáng)等操作，以優(yōu)化圖像質(zhì)量和增強(qiáng)邊緣信息。

邊緣檢測(cè)算法選擇：選擇適合水泥圖像邊緣提取的邊緣檢測(cè)算法，常用的邊緣檢測(cè)算法包括Sobel算子、Prewitt算子、Canny算子等。在這里，我們選擇Canny算子作為邊緣檢測(cè)算法，因?yàn)樗軌蛱峁?zhǔn)確而清晰的邊緣輪廓。

Canny邊緣檢測(cè)算法步驟：

第一，高斯濾波：使用高斯濾波器對(duì)灰度圖像進(jìn)行平滑處理，去除噪聲。通過(guò)選擇合適的高斯核大小和標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)平衡平滑效果和邊緣保留效果。

第二，計(jì)算梯度幅值和方向：對(duì)平滑后的圖像使用Sobel算子計(jì)算水平和垂直方向的梯度，并計(jì)算每個(gè)像素點(diǎn)的梯度幅值和方向。

第三，非極大值抑制：沿著邊緣方向上對(duì)梯度幅值進(jìn)行非極大值抑制，以保留邊緣的細(xì)節(jié)信息。

第四，雙閾值檢測(cè)：將圖像像素根據(jù)梯度幅值分為強(qiáng)邊緣和弱邊緣。

第五，邊緣跟蹤和連接：通過(guò)利用強(qiáng)邊緣的連通性，對(duì)弱邊緣進(jìn)行邊緣跟蹤和連接，以得到完整的邊緣輪廓。

第六，邊緣后處理：對(duì)提取出的邊緣輪廓進(jìn)行后處理，包括去除無(wú)關(guān)邊緣、填補(bǔ)斷裂的邊緣和平滑邊緣等操作，以獲取更準(zhǔn)確和連續(xù)的邊緣信息。

在圖像的幾何空間內(nèi)，參數(shù)變量為r圓的半徑，圓心位置所在區(qū)域坐標(biāo)為（a，b），其表達(dá)式為：

在上述表達(dá)中，可以說(shuō)圖像的幾何空間信息中的平面圖形在參數(shù)空間上對(duì)應(yīng)于（x，y）的一個(gè)點(diǎn)，而在圖像的幾何空間上選擇的任意有效點(diǎn)（x_i，y_i）在參數(shù)空間上呈現(xiàn)出一個(gè)三維圓錐形狀。此外，在參數(shù)空間上表示的圓上的所有點(diǎn)組成的集合具有相等的半徑，而經(jīng)過(guò)映射后，這些圓心坐標(biāo)之間是不相同的。映射坐標(biāo)系中的圓交點(diǎn)代表了二維平面中原始圖像的中心點(diǎn)與中心點(diǎn)到邊緣的距離，從而可以檢測(cè)出圖像的三個(gè)參數(shù)信息。

通過(guò)上述圖像邊緣提取方法，檢測(cè)出因施工工藝導(dǎo)致在水泥表面殘留的干擾區(qū)域，方便后續(xù)干擾區(qū)域的剔除，利于質(zhì)量檢測(cè)的進(jìn)行。

3.3水泥質(zhì)量檢測(cè)

水泥質(zhì)量檢測(cè)是確保產(chǎn)品符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量要求的重要環(huán)節(jié)。下面是一種針對(duì)水泥質(zhì)量檢測(cè)的方法：

3.3.1水泥成分分析

水泥主要由石灰、硅酸鹽、鋁酸鹽和鐵酸鹽等成分構(gòu)成。首先，通過(guò)取樣的方式獲取水泥樣品，然后使用化學(xué)分析方法，如X射線熒光光譜（XRF）或火焰原子吸收光譜（FAS）等技術(shù)，對(duì)水泥樣品進(jìn)行成分分析。通過(guò)分析得到的各種成分含量與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估水泥質(zhì)量是否合格。

3.3.2水泥物理性能測(cè)試

壓縮強(qiáng)度測(cè)試：使用試驗(yàn)機(jī)對(duì)水泥樣品進(jìn)行壓力加載，根據(jù)加載過(guò)程中所承受的壓力大小和變形情況，計(jì)算水泥的抗壓強(qiáng)度。該指標(biāo)是評(píng)價(jià)水泥硬化后強(qiáng)度的重要參數(shù)，常用于評(píng)估水泥的質(zhì)量。

初凝時(shí)間和終凝時(shí)間測(cè)試：通過(guò)露點(diǎn)儀、維卡軟化儀等設(shè)備測(cè)定水泥漿體的初凝時(shí)間和終凝時(shí)間。初凝時(shí)間是指水泥漿體開始凝固的時(shí)間，終凝時(shí)間是指水泥漿體完全凝固的時(shí)間。

比表面積測(cè)試：水泥的比表面積是評(píng)估水泥顆粒細(xì)度和反應(yīng)性的重要參數(shù)，可通過(guò)比表面積儀進(jìn)行測(cè)定。較高的比表面積通常表示水泥顆粒較細(xì)，具有更好的活性和早期強(qiáng)度發(fā)展。

3.3.3水泥外觀檢查

通過(guò)目視觀察和顯微鏡等設(shè)備對(duì)水泥外觀進(jìn)行檢查，評(píng)估水泥的顏色、形狀、表面平整度等特征，異色、不規(guī)則形狀或表面瑕疵可能是水泥質(zhì)量問(wèn)題的指示。

3.3.4其他測(cè)試方法

根據(jù)具體需求，還可以進(jìn)行其他水泥質(zhì)量檢測(cè)，如水泥水化熱測(cè)試、抗?jié)B性測(cè)試、耐久性測(cè)試等。

4實(shí)驗(yàn)論證分析

4.1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為證明本文設(shè)計(jì)的方法對(duì)水泥質(zhì)量檢查的有效性，在實(shí)驗(yàn)室制備帶有不同缺陷類型的水泥各8根，每根水泥的比表面積均為311m2·kg-1，抗壓強(qiáng)度均達(dá)到齡期所需要求。在模型表面預(yù)設(shè)的缺陷位置設(shè)置H1-H4共四條測(cè)線，缺陷分布如圖1所示。

采用不同檢測(cè)方法檢測(cè)每條測(cè)線下的水泥缺陷，針對(duì)缺陷類型綜合考慮檢測(cè)效果。

4.2實(shí)驗(yàn)說(shuō)明

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試之前，需要對(duì)采集到的混凝土表觀質(zhì)量缺陷圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)注。此次實(shí)驗(yàn)使用了LabelImg進(jìn)行標(biāo)注工作，并生成符合Pascal VOC格式的.xml文件。為了確保能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)出水泥表觀的缺陷，需要手動(dòng)框選樣本數(shù)據(jù)集中所有圖像中缺陷所在的具體位置（即Ground Truth）。在本次實(shí)驗(yàn)中，對(duì)經(jīng)過(guò)預(yù)處理的原始圖像集共進(jìn)行了1100張的標(biāo)注工作。

4.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為體現(xiàn)文中所提檢測(cè)方法的整體優(yōu)越性，同時(shí)應(yīng)用基于超聲波的水泥質(zhì)量檢測(cè)方法（方法1）、基于BIM的水泥質(zhì)量檢測(cè)方法（方法2）與本文方法作對(duì)比，對(duì)以上采集到的水泥表觀圖像進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，比較不同方法的正檢率，對(duì)比結(jié)果如圖2所示。

由上圖可知，三種檢測(cè)方法的檢測(cè)準(zhǔn)確率均隨著實(shí)驗(yàn)次數(shù)的增加而有所提升，而相比于其他兩種方法，本文方法始終保持著最高的檢測(cè)準(zhǔn)確率。通過(guò)分析可知，方法1與方法2的檢測(cè)準(zhǔn)確率過(guò)低的主要原因是，對(duì)于低質(zhì)量的待檢測(cè)圖像，需要提取更多特征點(diǎn)用于檢測(cè)模型的匹配，而在這一過(guò)程中，容易出現(xiàn)匹配誤差。針對(duì)這類問(wèn)題，本文方法能夠通過(guò)圖像增強(qiáng)并提取邊緣處理而有效解決。因此，本文方法在水泥質(zhì)量檢測(cè)工作中，能夠有效提高檢測(cè)準(zhǔn)確率。

5結(jié)論

有效提高水泥質(zhì)量檢測(cè)的準(zhǔn)確率是提升建筑安全等級(jí)的主要手段之一。深入了解影響水泥檢測(cè)的因素，并采取合理的質(zhì)量檢測(cè)方法，準(zhǔn)確檢測(cè)出質(zhì)量不合格的水泥材料，對(duì)保證建設(shè)工程的整體質(zhì)量具有十分重要的意義。

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