專利名稱:一種排水瀝青混凝土有效空隙特征參數(shù)提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種排水瀝青混凝土空隙特征的測(cè)定方法，特別涉及一種從排水瀝青混凝土斷面的數(shù)字圖像中提取其有效空隙分布特征參數(shù)的方法。
背景技術(shù)：
排水瀝青混凝土面層雨天能迅速排除表面積水，減少濺水和噴霧，并具有良好的表面抗滑性能，可極大增強(qiáng)行車的安全性。同時(shí)，它還能夠明顯降低輪胎與路面的噪聲，改善交通對(duì)環(huán)境的污染。排水瀝青混凝土的突出特點(diǎn)是空隙率高達(dá)20％左右，其中包含連通空隙、半連通空隙和封閉空隙。封閉空隙是獨(dú)立閉合的空隙，無(wú)法吸聲和排水。因此，有效空隙專指連通空隙和半連通空隙，有效空隙率及有效空隙的分布特征是影響排水瀝青混凝土排水和降噪性能的關(guān)鍵。目前，設(shè)計(jì)中主要是用體積法測(cè)定成型馬歇爾試件的毛體積相對(duì)密度γf，然后根據(jù)瀝青混合料的配合比及組成材料密度計(jì)算其理論最大相對(duì)密度γt，由式VV=(1-γfγt)×100%]]>計(jì)算排水瀝青混凝土的空隙率Vv。這種方法只能給出全空隙的體積百分含量，無(wú)法真實(shí)反映混凝土內(nèi)部有效空隙的分布特征。此外，現(xiàn)行的排水瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)方法中，不能反映礦料級(jí)配和瀝青用量的變化對(duì)混凝土內(nèi)部空隙分布特征的影響，對(duì)有效空隙的分布特征這個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)沒(méi)有相應(yīng)技術(shù)手段進(jìn)行測(cè)定。

發(fā)明內(nèi)容針對(duì)難以測(cè)定排水瀝青混凝土有效空隙分布特征參數(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明對(duì)排水瀝青混凝土試樣進(jìn)行特殊處理，利用計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理手段，提供一種提取排水瀝青混凝土內(nèi)部有效空隙分布特征參數(shù)的方法。
本發(fā)明是按以下步驟實(shí)現(xiàn)的(1)將排水瀝青混凝土試樣內(nèi)部的有效空隙灌入白水泥漿，待硬化后切片制成厚度為1～2cm的測(cè)試樣品，以使混凝土內(nèi)部的有效空隙與骨架結(jié)構(gòu)在灰度上形成反差。
(2)獲取測(cè)試樣品表面的數(shù)字圖像，應(yīng)用“cosmos32多功能通用圖像解析軟件”對(duì)其進(jìn)行圖像增強(qiáng)、圖像分割、噪聲消除的處理，然后對(duì)二值化圖像進(jìn)行特征提取，得到有效空隙的數(shù)量N、各有效空隙的面積Ai和外周長(zhǎng)Li。
(3)計(jì)算有效空隙的面積率、平均外周長(zhǎng)、平均圓形度，以及有效空隙面積的頻率分布。
其中，以上各參數(shù)的意義及計(jì)算方法如下有效空隙的數(shù)量N即測(cè)定區(qū)域內(nèi)被識(shí)別的有效空隙個(gè)數(shù)。
有效空隙的面積率a即各有效空隙面積的總和占測(cè)定區(qū)域整體面積的百分率，a=A/S=Σi=1NAi/S]]>(Ai每個(gè)有效空隙的面積，i＝1～N；S測(cè)定區(qū)域的面積)。
有效空隙的平均外周長(zhǎng)
即各有效空隙外周長(zhǎng)的平均值，L-=1NΣi=1NLi]]>(Li 每個(gè)有效空隙的外周長(zhǎng)，i＝1～N)有效空隙的平均圓形度
即各有效空隙圓形度的平均值，C-=1NΣi=1NCi]]>(Ci 每個(gè)有效空隙的圓形度，i＝1～N)。圓形度Ｃi＝(4π×Ai)/Li2，當(dāng)物體是圓形時(shí)，此值為最大(＝1)，物體細(xì)長(zhǎng)時(shí)此值就會(huì)變小(圓＝1、橢圓＜1、不規(guī)則形狀＜1，離1越遠(yuǎn)凹凸程度越大)。
有效空隙面積的頻率分布即各有效空隙在不同面積范圍的數(shù)量分布情況。
所述的制成白水泥漿的白水泥，其白度大于等于80。
所述的白水泥漿的水灰比控制在0.48～0.60之間。
本發(fā)明通過(guò)對(duì)排水瀝青混凝土試樣進(jìn)行處理，利用圖像識(shí)別技術(shù)得到其內(nèi)部斷面有效空隙的特征參數(shù)，通過(guò)這些參數(shù)對(duì)有效空隙的分布特征能夠進(jìn)行定量描述。這些參數(shù)可以作為配合比設(shè)計(jì)中參考的一個(gè)重要指標(biāo)，也為進(jìn)一步探討配合比對(duì)排水瀝青混凝土內(nèi)部有效空隙分布特征的影響規(guī)律，以及研究微觀空隙構(gòu)造和宏觀路用性能的關(guān)系奠定了基礎(chǔ)。
圖1是基于圖像識(shí)別測(cè)定排水瀝青混凝土有效空隙分布特征的工作流程圖圖2是放置在試模中的排水瀝青混凝土試樣圖3是放置試樣的試模灌入白水泥漿后的狀態(tài)圖4是經(jīng)過(guò)養(yǎng)護(hù)，水泥漿硬化后的排水瀝青混凝土試件圖5是試件經(jīng)過(guò)切片后制作的測(cè)試樣品圖6是測(cè)試樣品表面的數(shù)字圖像(RGB模式)圖7是經(jīng)過(guò)模式轉(zhuǎn)換后的灰度圖像圖8是圖像進(jìn)行動(dòng)態(tài)透鏡的擴(kuò)大以后的效果圖9是圖像進(jìn)行增強(qiáng)濾鏡處理后的效果圖10是圖像進(jìn)行平滑濾鏡處理后的效果圖11是經(jīng)過(guò)圖像分割處理后的二值圖像圖12是對(duì)圖像進(jìn)行噪聲消除處理后的效果圖13是對(duì)識(shí)別距離進(jìn)行標(biāo)定圖14是有效空隙面積的頻率分布圖
具體實(shí)施方式下面結(jié)合圖1～圖13對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
排水瀝青混凝土試樣可以按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程(JTJ 052-2000)》中“瀝青混合料試件制作方法”的相關(guān)要求制作，尺寸為φ101.6mm×63.5mm；或從排水性瀝青路面鉆取芯樣，芯樣直徑為100mm，高度為30mm～80mm。
本實(shí)施例主要包括以下三個(gè)步驟1.測(cè)試樣品的制備與處理本實(shí)施例在實(shí)驗(yàn)室制備尺寸為φ101.6mm×63.5mm的排水瀝青混凝土圓柱體試件，將試件放置在15cm×15cm×15cm的試模中，試模底部鋪一層碎石，如圖2所示。
采用白度為88的白水泥，與適量水拌合制成水灰比為0.55的白水泥漿，將其灌入試模中，液面高出試件頂面約3cm。然后，將試模放在振動(dòng)臺(tái)上振約300s，使水泥漿充分進(jìn)入到試件內(nèi)部的連通空隙和半連通空隙中，而閉合的封閉空隙則不會(huì)進(jìn)入白水泥漿，如圖3所示。
將試模移至標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中，養(yǎng)護(hù)七天后拆模，如圖4所示。
將硬化后的試件切割成厚度為1cm的測(cè)試樣品，如圖5所示。
2.數(shù)字圖像的獲取與圖像處理采用Sony DSC-H1型數(shù)碼相機(jī)拍照得到測(cè)試樣品表面的RGB模式數(shù)字圖像，如圖6所示。本實(shí)施例采用“Cosmos32多功能通用圖像解析軟件”對(duì)圖像進(jìn)行處理。
首先將RGB模式的數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換為灰度模式，扔掉圖像的所有顏色信息，僅由256級(jí)灰度來(lái)模擬顏色的層次。然后，通過(guò)鼠標(biāo)的拖放設(shè)置測(cè)量區(qū)域，本實(shí)施例中圓形界面的內(nèi)接正方形虛線框內(nèi)即選定區(qū)域，如圖7所示。
對(duì)選定區(qū)域進(jìn)行圖像增強(qiáng)的處理，通過(guò)動(dòng)態(tài)透鏡的擴(kuò)大、增強(qiáng)濾鏡、平滑濾鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)。先對(duì)圖像執(zhí)行動(dòng)態(tài)透鏡的擴(kuò)大，參數(shù)為自動(dòng)，處理效果如圖8所示。然后，進(jìn)行增強(qiáng)濾鏡的處理，采用強(qiáng)調(diào)8方向的形式，尺寸為5×5，除數(shù)為1，處理效果如圖9所示。再進(jìn)行平滑濾鏡的處理，采取單純平滑化，尺寸為5×5，除數(shù)為25，處理效果如圖10所示。圖像增強(qiáng)的目的是改變圖像所具有的濃淡信息，突出對(duì)比度，改善圖像質(zhì)量，使圖像清晰，特征明顯，更有利于計(jì)算機(jī)識(shí)別分析。
對(duì)選定區(qū)域進(jìn)行圖像分割，即對(duì)測(cè)量對(duì)象物(空隙)實(shí)行提取。圖像分割采用二值化分割的方法，通過(guò)指定閾值使圖像二值化，閾值設(shè)為175。順序讀取各像素點(diǎn)的灰度值并與閾值比較，凡灰度值小于等于175的象素點(diǎn)轉(zhuǎn)化為黑色，屬于對(duì)象物(空隙)；凡灰度值大于175的象素點(diǎn)轉(zhuǎn)化為白色，屬于背景(骨架結(jié)構(gòu))。其數(shù)學(xué)描述為 T0為閾值，u(x1，x2)為原始圖像的灰度值；g(x1，x2)是二值化處理后輸出圖像的灰度值，如圖11所示。
對(duì)圖像進(jìn)行噪聲消除的處理，對(duì)象物為黑色，8臨域連結(jié)，畫素?cái)?shù)設(shè)為50，即除去圖像中大小在50像素?cái)?shù)以下的粒子，如圖12所示。
接下來(lái)對(duì)距離進(jìn)行標(biāo)定。按住鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)至一定距離，在“實(shí)際距離”里輸入鼠標(biāo)拖動(dòng)的實(shí)際長(zhǎng)度，單位是“μm”，則通過(guò)圖上像素與實(shí)際距離的比值來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)距離的標(biāo)定，如圖13所示。
對(duì)測(cè)定區(qū)域進(jìn)行順序掃描，統(tǒng)計(jì)灰度值為255的象素點(diǎn)組成的對(duì)象物(空隙)的個(gè)數(shù)，即得到有效空隙的數(shù)量；統(tǒng)計(jì)各測(cè)量對(duì)象物邊緣內(nèi)部(包括邊緣上的)的像素?cái)?shù)總和即得到各有效空隙的面積；統(tǒng)計(jì)各對(duì)象物(空隙)邊界像素的8鏈碼的長(zhǎng)度之和，即得到各有效空隙的外周長(zhǎng)。
3.計(jì)算有效空隙的分布特征參數(shù)通過(guò)各有效空隙的面積和外周長(zhǎng)，計(jì)算得到測(cè)定區(qū)域中有效空隙的面積率、平均外周長(zhǎng)、平均圓形度，并統(tǒng)計(jì)得到有效空隙面積的頻率分布。通過(guò)有效空隙的數(shù)量、面積率、平均外周長(zhǎng)、平均圓形度和有效空隙面積的頻率分布來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)有效空隙的分布特征的定量描述。
本實(shí)施例的測(cè)定面積為50.1283cm2，測(cè)定結(jié)果如下所示
有效空隙面積的頻率分布如圖14所示。
有效空隙的數(shù)量和面積率反映了排水瀝青混凝土內(nèi)部包含連通空隙、半連通空隙的有效空隙與骨架的構(gòu)造情況，為保證排水瀝青混凝土面層排水和降噪的性能良好，同時(shí)滿足路用性能的要求，有效空隙的面積率應(yīng)在8～14％之間。而有效空隙的平均外周長(zhǎng)、平均圓形度表征了有效空隙的形狀特征，在面積率大致相同的情況下，有效空隙的平均圓形度越接近1，平均外周長(zhǎng)越小，即有效空隙的形狀越接近圓形，越有利于發(fā)揮混凝土排水和降噪的功能，一般平均圓形度應(yīng)大于等于0.45。有效空隙面積的頻率分布，反映了各有效空隙面積大小的構(gòu)成情況，面積大的有效空隙比率高，則排水與降噪的性能更好。
權(quán)利要求
1.一種排水瀝青混凝土有效空隙特征參數(shù)提取方法，其特征在于該方法是按以下步驟進(jìn)行的1)將排水瀝青混凝土試樣內(nèi)部的有效空隙灌入白水泥漿，待硬化后切片制成厚度為1～2cm的測(cè)試樣品；2)獲取測(cè)試樣品表面的數(shù)字圖像，應(yīng)用“cosmos32多功能通用圖像解析軟件”對(duì)該圖像進(jìn)行處理，首先任選一測(cè)定區(qū)域S，對(duì)選定區(qū)域內(nèi)的圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)、圖像分割、噪聲消除的處理，對(duì)處理后的圖像進(jìn)行特征提取，得到有效空隙的數(shù)量N、各有效空隙的面積Ai和外周長(zhǎng)Li；3)計(jì)算有效空隙的面積率、平均外周長(zhǎng)、平均圓形度和有效空隙面積的頻率分布；其中，以上各參數(shù)的意義及計(jì)算方法如下有效空隙的數(shù)量N即測(cè)定區(qū)域內(nèi)被識(shí)別的有效空隙個(gè)數(shù)；有效空隙的面積率a即各有效空隙面積的總和占測(cè)定區(qū)域整體面積的百分率；a=A/S=Σi=1NAi/S,]]>其中Ai為每個(gè)有效空隙的面積，i＝1～N，S為測(cè)定區(qū)域的面積有效空隙的平均外周長(zhǎng)
即各有效空隙外周長(zhǎng)的平均值，L‾=1NΣi=1NLi,]]>其中Li為每個(gè)有效空隙的外周長(zhǎng)，i＝1～N；有效空隙的平均圓形度
即各有效空隙圓形度的平均值，C‾=1NΣi=1NCi,]]>其中Ci為每個(gè)有效空隙的圓形度，圓形度Ci=(4π×Ai)/Li2,]]>i＝1～N；有效空隙面積的頻率分布即各有效空隙在不同面積范圍的數(shù)量分布情況。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種排水瀝青混凝土有效空隙特征參數(shù)提取方法，其特征在于所述的制成白水泥漿的白水泥的白度大于等于80。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種排水瀝青混凝土有效空隙特征參數(shù)提取方法，其特征在于所述的白水泥漿的水灰比為0.48～0.60。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種排水瀝青混凝土有效空隙特征參數(shù)提取方法，具體是從排水瀝青混凝土斷面的數(shù)字圖像中提取其特征參數(shù)的方法。將排水瀝青混凝土試樣內(nèi)部的有效空隙灌入白水泥漿，待硬化后切片制成測(cè)試樣品。獲取測(cè)試樣品表面的數(shù)字圖像，應(yīng)用通用圖像解析軟件對(duì)該圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)、圖像分割、噪聲消除的處理，然后再進(jìn)行特征提取，得到有效空隙的數(shù)量N、各有效空隙的面積A
文檔編號(hào)G01N21/84GK1995968SQ200710062645
公開日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2007年1月12日
發(fā)明者張金喜, 郭明洋 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan