本發(fā)明屬于道路養(yǎng)護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于接觸距離分布的瀝青混合料砂漿厚度計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

用數(shù)字圖像技術(shù)來研究混合料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是近年來較為流行的方法，隨著科技的進(jìn)步，獲取圖像的技術(shù)和算法已經(jīng)相當(dāng)成熟，唯一的問題在于確定評(píng)價(jià)混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的指標(biāo)以及尋找微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能之間的聯(lián)系。

集料與集料之間的砂漿厚度很大程度上影響著瀝青混合料中應(yīng)力-應(yīng)變的傳遞。由于砂漿在高溫下的剛度較低，瀝青混凝土的永久變形也主要發(fā)生在砂漿的位置。過大的砂漿厚度會(huì)引起路面較大的永久變形，而過小的砂漿厚度又會(huì)降低混合料的協(xié)調(diào)變形能力。以往從微觀角度進(jìn)行砂漿厚度的研究并不多，僅有的研究也只是在橫向或縱向等有限方向計(jì)算砂漿的厚度，因此所得到的結(jié)果準(zhǔn)確度低，變異性大。因此尋找一種更全面的砂漿厚度計(jì)算方法，并提出一個(gè)評(píng)價(jià)砂漿厚度合理性的指標(biāo)很有必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有砂漿厚度計(jì)算方法的不足，提出一種基于接觸距離分布的瀝青混合料砂漿厚度計(jì)算方法及合理評(píng)價(jià)砂漿厚度的計(jì)算指標(biāo)，用于瀝青混凝土抗車轍性能的研究。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種基于接觸距離分布的瀝青混合料砂漿厚度計(jì)算方法，包括以下步驟：

1)圖像獲取及處理

首先對(duì)高精度的切片圖像施加綠色的濾鏡以稀釋集料部分存在的較多藍(lán)色通道像素點(diǎn)。圖像分割前，利用MATLAB相關(guān)算法將圖像轉(zhuǎn)換成灰度圖的形式以便于后續(xù)的分析。應(yīng)用頂帽變換和中值濾波算法分別消除亮度不均勻和圖像噪聲。在分割圖像時(shí)，應(yīng)用閾值法從瀝青膠漿和空隙中區(qū)分出粗集料(顆粒大于1.18mm)。圖像分割過程中，將掃描圖像分割為16個(gè)等大的矩形區(qū)分別進(jìn)行閾值選取，每個(gè)區(qū)域的最優(yōu)閾值計(jì)算采用OTSU自適應(yīng)算法。分割結(jié)束后，對(duì)整體二進(jìn)制圖像應(yīng)用分水嶺變換和腐蝕膨脹算法，對(duì)顆粒輪廓進(jìn)行檢查和修正。

2)砂漿厚度計(jì)算方法

本發(fā)明中定義集料某一邊界像素點(diǎn)與相鄰集料邊界上距離其最近的像素點(diǎn)之間的距離為該點(diǎn)處的砂漿厚度。具體計(jì)算方法為：首先將斷面上每一個(gè)集料的邊界像素點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，同一集料編為同號(hào)，不同集料編為異號(hào)，然后選取集料的邊界像素點(diǎn)，以該點(diǎn)為中心向外進(jìn)行環(huán)形外擴(kuò)掃描，直至檢測(cè)到一個(gè)異號(hào)的邊界像素點(diǎn)，稱此兩像素點(diǎn)之間的距離為砂漿厚度，此砂漿厚度可用來判定兩集料之間的接觸程度。

3)指標(biāo)計(jì)算

將各個(gè)截面上計(jì)算所得的砂漿厚度進(jìn)行分析，程序計(jì)算所得所有集料的邊界像素點(diǎn)的砂漿厚度的最大值為T(單位：mm)。統(tǒng)計(jì)出0-T之間砂漿厚度在每0.1mm間隔內(nèi)的像素點(diǎn)數(shù)量所占的百分率及累計(jì)通過百分率。砂漿厚度的分布可分為三個(gè)階段：厚度較小區(qū)間內(nèi)，像素點(diǎn)數(shù)量隨砂漿厚度增長而快速增長，隨后趨于穩(wěn)定，當(dāng)厚度繼續(xù)增大時(shí)，像素點(diǎn)數(shù)量隨之快速下降。累計(jì)百分率與砂漿厚度的關(guān)系可采用雙參數(shù)韋伯分布模型來擬合，模型參數(shù)包括尺度參數(shù)λ和形狀參數(shù)k，其分布函數(shù)如公式1所示：

$F\left(t\right)=1-e^{-{(t/\mathrm{\λ})}^k},t\>0---\left(1\right)$

式中：

k——形狀參數(shù)；

λ——尺度參數(shù)；

t——砂漿厚度；

F(t)——累積百分率。

尺度參數(shù)λ值越大，說明砂漿厚度的變化范圍越大，形狀參數(shù)k值越大，說明砂漿厚度更加均勻地分布在某個(gè)厚度區(qū)間內(nèi)。

過大的砂漿厚度易引起永久變形，而過小的砂漿厚度又會(huì)影響混合料的協(xié)調(diào)變形能力，因此本發(fā)明通過計(jì)算所得的砂漿厚度分布曲線，定義了平均砂漿厚度這一指標(biāo)T_ave，如公式2所示。

$T_{ave}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{j=1}^{12}\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_j}{T}_{ji}}{N_j}}{12}---\left(2\right)$

式中：

N_j——第j個(gè)斷面上所有集料邊界像素點(diǎn)的總和；

T_ji——第j個(gè)斷面上的第i個(gè)邊界像素點(diǎn)處的砂漿厚度，單位：mm。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提出的基于接觸距離分布的瀝青混合料砂漿厚度計(jì)算方法簡(jiǎn)單易行，通過圖像處理技術(shù)及程序計(jì)算出混合料截面上每一個(gè)邊界點(diǎn)處的最小砂漿厚度，并定義平均砂漿厚度這一指標(biāo)來評(píng)價(jià)混合料砂漿分布的合理性，進(jìn)而從微觀的角度揭示車轍現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)理，未來也將成為判斷混合料設(shè)計(jì)是否合理的一個(gè)重要手段。

附圖說明

圖1為砂漿厚度計(jì)算方法示意圖；

圖2為AC-13、SMA-13、SUP-13這三種混合料在每0.1mm區(qū)間內(nèi)的砂漿厚度分布圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

一種基于接觸距離分布的瀝青混合料砂漿厚度計(jì)算方法，包括以下步驟：

1)圖像獲取及處理

首先對(duì)高精度的切片圖像施加綠色的濾鏡以稀釋集料部分存在的較多藍(lán)色通道像素點(diǎn)。圖像分割前，利用MATLAB相關(guān)算法將圖像轉(zhuǎn)換成灰度圖的形式以便于后續(xù)的分析。應(yīng)用頂帽變換和中值濾波算法分別消除亮度不均勻和圖像噪聲。在分割圖像時(shí)，應(yīng)用閾值法從瀝青膠漿和空隙中區(qū)分出粗集料(顆粒大于1.18mm)。圖像分割過程中，將掃描圖像分割為16個(gè)等大的矩形區(qū)分別進(jìn)行閾值選取，每個(gè)區(qū)域的最優(yōu)閾值計(jì)算采用OTSU自適應(yīng)算法。分割結(jié)束后，對(duì)整體二進(jìn)制圖像應(yīng)用分水嶺變換和腐蝕膨脹算法，對(duì)顆粒輪廓進(jìn)行檢查和修正。

2)砂漿厚度計(jì)算方法

本發(fā)明中定義集料某一邊界像素點(diǎn)與相鄰集料邊界上距離其最近的像素點(diǎn)之間的距離為該點(diǎn)處的砂漿厚度。具體計(jì)算方法如圖1所示，A、B、C分別代表三個(gè)集料，A的邊界像素點(diǎn)編號(hào)為1，B的邊界像素點(diǎn)編號(hào)為2，C的邊界像素點(diǎn)編號(hào)為3，首先選取A集料的某個(gè)邊界像素點(diǎn)O₁，以該點(diǎn)為中心向外進(jìn)行環(huán)形外擴(kuò)掃描，直至檢測(cè)到B集料的一個(gè)邊界像素點(diǎn)O₂，稱O₁O₂之間的距離為砂漿厚度T_ave，此砂漿厚度可用來判定兩集料之間的接觸程度。

3)指標(biāo)計(jì)算

將各個(gè)截面上計(jì)算所得的砂漿厚度進(jìn)行分析，程序計(jì)算所得所有集料的邊界像素點(diǎn)的砂漿厚度的最大值為4mm。統(tǒng)計(jì)出0-4mm之間砂漿厚度在每0.1mm間隔內(nèi)的像素點(diǎn)數(shù)量所占的百分率及累計(jì)通過百分率。如圖2所示，砂漿厚度的分布可分為三個(gè)階段：厚度較小區(qū)間內(nèi)，像素點(diǎn)數(shù)量隨砂漿厚度增長而快速增長，隨后趨于穩(wěn)定，當(dāng)厚度繼續(xù)增大時(shí)，像素點(diǎn)數(shù)量隨之快速下降。累計(jì)百分率與砂漿厚度的關(guān)系可采用雙參數(shù)韋伯分布模型來擬合，模型參數(shù)包括尺度參數(shù)λ和形狀參數(shù)k，其分布函數(shù)如公式1所示：

$F\left(t\right)=1-e^{-{(t/\mathrm{\λ})}^k},t\>0---\left(1\right)$

式中：

k——形狀參數(shù)；

λ——尺度參數(shù)；

t——砂漿厚度；

F(t)——累積百分率。

尺度參數(shù)λ值越大，說明砂漿厚度的變化范圍越大，形狀參數(shù)k值越大，說明砂漿厚度更加均勻地分布在某個(gè)厚度區(qū)間內(nèi)。具體擬合結(jié)果如表1所示。

表1：三種混合料的砂漿厚度韋伯模型擬合結(jié)果

過大的砂漿厚度易引起永久變形，而過小的砂漿厚度又會(huì)影響混合料的協(xié)調(diào)變形能力，因此本發(fā)明通過計(jì)算所得的砂漿厚度分布曲線，定義了平均砂漿厚度這一指標(biāo)T_ave，如公式2所示。

$T_{ave}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{j=1}^{12}\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_j}{T}_{ji}}{N_j}}{12}---\left(2\right)$

式中：

N_j——第j個(gè)斷面上所有集料邊界像素點(diǎn)的總和；

T_ji——第j個(gè)斷面上的第i個(gè)邊界像素點(diǎn)處的砂漿厚度，單位：mm。

應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。