一種路表紋理的表征方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及道路路面，特別是路表紋理的表征。
【背景技術(shù)】
[0002] 路面抗滑性能與路面噪聲性能均是路面所應(yīng)提供的最重要的安全性能，一直以來(lái) 受到了重點(diǎn)關(guān)注。這兩種性能都通過(guò)輪胎與路面的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，為了提高這兩種 性能以提高行車的安全性和舒適性，輪胎工業(yè)界通過(guò)高安全、低噪聲的輪胎設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而 道路工程界則通過(guò)路面混合料的優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0003] 就路面的抗滑性能與路面的噪聲性能而言，與路面直接相關(guān)的要素是路表面的紋 理形貌，即路表形貌的差異會(huì)直接導(dǎo)致路面抗滑性能與噪聲性能的變化。因此，適當(dāng)?shù)穆繁?紋理表征方法，有助于深入理解路面紋理與抗滑性能、噪聲性能的關(guān)系，也有助于路表混合 料材料組成的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
[0004] 根據(jù)路表紋理的水平波長(zhǎng)A，路表紋理可分為微觀紋理（〇-〇. 5mm)、宏觀紋理 (0. 5-50mm)、粗大紋理（50-500mm)和路面不平度（>500mm)。常用路表紋理的表征方法有 以下幾種：（1)平均構(gòu)造深度（MTD)，常采用鋪砂法測(cè)定。但是MTD與路面的抗滑性能、路 面噪聲性能的關(guān)聯(lián)性不好，主要原因在于：MTD雖然在一定程度上考慮了紋理的三維特征， 但其測(cè)定時(shí)易受人為因素的影響。（2)平均斷面深度（MPD)，常采用激光測(cè)試系統(tǒng)來(lái)獲得。 MPD由路面斷面各個(gè)點(diǎn)的縱向坐標(biāo)計(jì)算得出
.式中h、h2分別為基準(zhǔn) 線（100mm)前、后半周期內(nèi)路面斷面縱坐標(biāo)的峰值（mm)，h為基準(zhǔn)線（100mm)內(nèi)路面斷面縱 坐標(biāo)的中線（mm)?，F(xiàn)有研宄表明，路表紋理MH)越大，路面摩擦系數(shù)越大，低頻（1000Hz以 下）噪聲也越大，但這種關(guān)系的關(guān)聯(lián)性不高。宄其原因，主要是MH)僅是路面斷面縱坐標(biāo)的 某種平均（一維尺度），無(wú)法很好地涵蓋路表紋理的三維特征。（3)紋理水平（TL)。經(jīng)線 性掃描得到路面的波長(zhǎng)與波幅后，將紋理波長(zhǎng)按照1/3倍頻帶進(jìn)行分類。計(jì)算各類別紋理 高度的均方根值，與設(shè)定的參考值進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，表征紋理波幅變化的劇烈程度。紋理水平 (TL)的計(jì)算公式為：TL= 201g(a"aMf),式中ax為路面紋理高度均方根值（m)，aMf為路面 紋理高度參考值（l〇_6m)。TL與噪聲頻譜具有一定的關(guān)系。但總體而言，雖然同時(shí)考慮了紋 理的波長(zhǎng)及波幅（二維尺度），但TL與路面抗滑、噪聲性能的關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)。
[0005] 據(jù)上所述，現(xiàn)有路表紋理表征方法，如MTO和TL分別從一維、二維尺度上表征了路 表的紋理特征，由于缺乏三維信息，導(dǎo)致其與路面抗滑性能、路面噪聲關(guān)聯(lián)性不好；MTD雖 然在一定程度上考慮了路表紋理的三維信息，但其不能很好地表征不同紋理深度的分布特 征，且其測(cè)試時(shí)易受人為因素的影響。因此，上述這些表征方法均不能很好地表征路表紋理 的三維特征，也無(wú)法給路表混合料的材料組成設(shè)計(jì)提供有益參考。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種新的路表紋理表征 方法，用于解決現(xiàn)有的路表紋理表征方法無(wú)法很好地表征路表紋理的三維特征的技術(shù)問(wèn) 題。
[0007] 技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明利用路表紋理的三維掃描信息，獲得不同紋理 深度的累積率，以此更好地表征路表的三維紋理特征。
[0008] 本發(fā)明采用的具體的技術(shù)方案為：
[0009] 一種路表紋理的表征方法，包括順序執(zhí)行的以下步驟：
[0010] 步驟1、采用三維掃描儀掃描路面的表面，獲取路表紋理三維點(diǎn)云；
[0011] 步驟2、確定路表紋理三維點(diǎn)云的豎向基準(zhǔn)計(jì)算平面的豎向坐標(biāo)A，舍棄位于豎向 基準(zhǔn)計(jì)算平面豎直上方的點(diǎn)云，其余點(diǎn)云的紋理深度為該豎向基準(zhǔn)計(jì)算平面與點(diǎn)云之間的 垂直距離；
[0012] 步驟3、計(jì)算紋理深度為imm對(duì)應(yīng)的點(diǎn)云豎向坐標(biāo)Zi=Z;
[0013] 步驟4、確定紋理深度小于imm的點(diǎn)云面積Ai;
[0014] 步驟5、確定路表紋理三維點(diǎn)云豎向基準(zhǔn)計(jì)算平面的面積A。；
[0015] 步驟6、計(jì)算紋理深度小于imm的紋理深度累積率CRi=Ai/^X100,并以此來(lái)表 征路表紋理。
[0016] 進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，步驟2中，路表紋理三維點(diǎn)云的豎向基準(zhǔn)計(jì)算平面的豎向 坐標(biāo)A按照如下步驟獲得：
[0017] 步驟2. 1、將路表紋理三維點(diǎn)云導(dǎo)入到點(diǎn)云處理軟件如Geomagicstudio12中， 重新構(gòu)建點(diǎn)云坐標(biāo)系，使路表紋理表面平行于XY平面，獲得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的三維點(diǎn)云信息； 由于這里的路表紋理表面凹凸不平所以很難獲得絕對(duì)平面，所以選取時(shí)選擇具有最多個(gè)數(shù) 的位于路表的點(diǎn)云所在的平面為路表紋理表面；
[0018] 步驟2. 2、在點(diǎn)云處理軟件中，剔除異常的點(diǎn)云，獲得余下點(diǎn)云的豎向坐標(biāo)Z;具體 的，在Geomagicstudio12中，是采用敏感性參數(shù)（取值范圍0~100)來(lái)判斷點(diǎn)云異常的， 敏感性參數(shù)越大，異常的點(diǎn)云數(shù)越多，常見(jiàn)的敏感性參數(shù)取值為60~70 ;
[0019] 步驟2. 3、將點(diǎn)云的豎向坐標(biāo)Z按照從小到大排列，并提取出排列中92~94分位 點(diǎn)中的一個(gè)分位點(diǎn)對(duì)應(yīng)的豎向坐標(biāo)，將該豎向坐標(biāo)作為路表紋理三維點(diǎn)云的豎向基準(zhǔn)計(jì)算 平面的豎向坐標(biāo)&。提取這個(gè)位置有兩個(gè)目的：一是為確定不同紋理深度范圍內(nèi)的點(diǎn)云個(gè) 數(shù)做準(zhǔn)備；二是剔除Z大于&的點(diǎn)，因?yàn)檫@些點(diǎn)對(duì)表征紋理沒(méi)有顯著影響。選擇92~94分 位點(diǎn)是根據(jù)多次鋪沙法現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)試驗(yàn)最終確定的經(jīng)驗(yàn)值。
[0020] 進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，步驟4中的紋理深度小于imm的點(diǎn)云面積Ai按照如下步 驟獲得：
[0021] 步驟4. 1、提取點(diǎn)云的豎向坐標(biāo)Z滿足Z〈Z。條件的點(diǎn)云，并確定點(diǎn)云個(gè)數(shù)n;
[0022] 步驟4. 2、計(jì)算紋理深度小于imm的點(diǎn)云面積Ai=aXn，其中a為點(diǎn)云的精度。
[0023] 進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，步驟5中的路表紋理三維點(diǎn)云豎向基準(zhǔn)計(jì)算平面的面積A。 按照如下步驟獲得：
[0024]步驟5. 1、計(jì)算點(diǎn)云的豎向坐標(biāo)為&的點(diǎn)云個(gè)數(shù)N;
[0025] 步驟5. 2、計(jì)算路表紋理三維點(diǎn)云豎向基準(zhǔn)計(jì)算平面的面積心=aXN，其中a為 點(diǎn)云的精度。
[0026] 有益效果：
[0027] 由于紋理深度累積率可更好表征路表紋理的三維信息，因此本發(fā)明提供的路表紋 理表征方法，通過(guò)構(gòu)造不同紋理深度的累積率，可建立紋理深度累積率特征參數(shù)與路面抗 滑能力、路面摩擦噪聲之間的良好關(guān)系，為路表混合料材料組成的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供有益參考。
【附圖說(shuō)明】
[0028] 圖1是本發(fā)明的選定區(qū)域的路表三維紋理圖；
[0029] 圖2是本發(fā)明的路表三維紋理的紋理深度小于0.5mm的點(diǎn)云分布圖；
[0030] 圖3是本發(fā)明的路表三維紋理點(diǎn)云豎向基準(zhǔn)計(jì)算平面內(nèi)的點(diǎn)云分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0032] 如圖1所示，在已有的路面表面（混合料類型為SMA13)上選定15cmX15cm的紋 理測(cè)試區(qū)域，在該區(qū)域噴灑一層反光增強(qiáng)劑，并在該區(qū)域的四周外黏貼定位點(diǎn)2。調(diào)試好三 維掃描儀，將固定在三腳架上的掃描儀的兩個(gè)測(cè)量鏡頭對(duì)準(zhǔn)已選定的紋理測(cè)試區(qū)域，保持 測(cè)量鏡頭與紋理測(cè)試區(qū)域的距離為50cm。運(yùn)行三維掃描儀配套的測(cè)試軟件，開(kāi)始已選定區(qū) 域的第一次紋理掃描，直至掃描完成。繞紋理測(cè)試區(qū)域中心，順時(shí)針45°移動(dòng)安裝有兩個(gè)測(cè) 量鏡頭的三腳架，仍保持測(cè)量鏡頭與紋理測(cè)試區(qū)域的距離為50cm，完成已選定區(qū)域的第