肖　倩，張　蕾

(交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院，北京　100088)

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路用粗集料形態(tài)可視化識(shí)別及其評(píng)價(jià)方法綜述

肖倩，張蕾

(交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院，北京100088)

摘要：針對(duì)當(dāng)前路用粗集料可視化識(shí)別及其評(píng)價(jià)方法的局限性，首先總結(jié)介紹了目前3類主要的路用粗集料可視化識(shí)別技術(shù)手段：CCD數(shù)字圖像處理技術(shù)、X射線斷層掃描技術(shù)以及激光掃描技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)、研究現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，從集料的形狀、棱角和紋理3個(gè)方面對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的集料形態(tài)評(píng)價(jià)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了總結(jié)與歸納。針對(duì)目前集料形態(tài)可視化識(shí)別方法及評(píng)價(jià)方法存在的問(wèn)題，提出了需要進(jìn)一步研究的技術(shù)問(wèn)題，即一方面，要繼續(xù)從三維可視化角度尋求能更為全面、準(zhǔn)確識(shí)別集料顆粒的視覺(jué)化識(shí)別方法；另一方面，要繼續(xù)完善和進(jìn)一步驗(yàn)證粗集料顆粒形態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)的客觀性和有效性，建立一套具有廣泛認(rèn)可度的粗集料顆粒形態(tài)評(píng)價(jià)體系。

關(guān)鍵詞：道路工程；路用粗集料；可視化識(shí)別；形態(tài)評(píng)價(jià)；綜述

0引言

瀝青混合料中集料的性質(zhì)對(duì)其工程特性有著十分重要的影響，尤其是粗集料的形態(tài)特征，關(guān)系到瀝青混合料空間骨架的構(gòu)建以及瀝青砂漿與集料間的相互作用效應(yīng)，進(jìn)而引起瀝青混合料的耐久性、抗疲勞性與力學(xué)強(qiáng)度的變化，最終對(duì)瀝青路面的綜合路用性能產(chǎn)生重要影響[1-3]。

廣義而言，粗集料形狀特性可以用輪廓形狀、棱角性和表面紋理3個(gè)不同層次的特征分量來(lái)表示。粗集料的輪廓形狀和棱角性屬于宏觀范疇，粗集料形狀越接近立方體且棱角分明，越有利于礦料級(jí)配集料之間的相互嵌鎖，對(duì)提高熱拌瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、強(qiáng)度、疲勞性能和耐久性等路用性能起主導(dǎo)作用；粗集料表面紋理屬于亞微觀范疇，良好的粗集料表面紋理不僅可以提高熱拌瀝青混合料高溫穩(wěn)定性，而且可以增加粗集料表面瀝青膜的厚度，進(jìn)而提高熱拌瀝青混合料疲勞、水穩(wěn)定性等耐久性能。

鑒于粗集料形狀特征對(duì)混合料路用性能有顯著影響，同時(shí)我國(guó)公路路面使用的粗集料由于工藝原因質(zhì)量參差不齊，建立科學(xué)的粗集料形態(tài)特征評(píng)價(jià)體系顯得尤為重要。傳統(tǒng)的試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法(如集料的堆積空隙率、內(nèi)摩阻角、針片狀含量等)均是對(duì)堆積或成型的集料整體的宏觀性質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，僅表征集料的整體特性，是基于統(tǒng)計(jì)概念的試驗(yàn)方法，無(wú)法直接有效地表征集料顆粒個(gè)體的形態(tài)特征，意義并不明確。粗集料的可視化識(shí)別技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的新興技術(shù)，具有非接觸、全場(chǎng)測(cè)量和高精度三大重要特點(diǎn)。它將數(shù)字圖像處理、醫(yī)用CT及激光掃描等先進(jìn)技術(shù)引入到路用集料形狀特征的采集與分析上，建立了集料顆粒形態(tài)的特征提取與三維重構(gòu)體系。這一方面可以實(shí)現(xiàn)對(duì)路用集料的形態(tài)特征的圖形化描述和分類識(shí)別；另一方面可以通過(guò)研究集料形態(tài)特征與混合料路用性能的相關(guān)性，提出根據(jù)路用性能要求的集料形態(tài)控制和選擇標(biāo)準(zhǔn)。

1粗集料形態(tài)可視化識(shí)別技術(shù)

粗集料顆粒的綜合形態(tài)特征主要包括形狀、棱角和紋理3個(gè)方面，多年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者運(yùn)用激光、電子與CCD(數(shù)碼相機(jī))數(shù)字圖像技術(shù)對(duì)集料形態(tài)測(cè)試方法開(kāi)展了深入研究，主要形成了3類粗集料形態(tài)可視化識(shí)別的技術(shù)手段：(1)CCD數(shù)字圖像處理提取集料特征分析及三維信息重構(gòu)；(2)X射線斷層掃描及三維重構(gòu)；(3)激光掃描測(cè)量集料三維輪廓。

1.1CCD數(shù)字圖像處理技術(shù)

20世紀(jì)50年代，計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)迅速發(fā)展并形成新的學(xué)科，數(shù)字圖像技術(shù)逐漸成為圖像研究的主要手段，自動(dòng)圖像分析用于顆粒形狀描述在很多的研究中得到應(yīng)用。國(guó)外在利用圖像處理技術(shù)研究粗集料的形態(tài)特性方面成果顯著。

CCD數(shù)字圖像處理，就是利用計(jì)算機(jī)或其他數(shù)字硬件，對(duì)數(shù)碼圖像信息轉(zhuǎn)換而得的電信號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的識(shí)別、評(píng)價(jià)和理解。通過(guò)對(duì)所拍攝集料圖像的處理運(yùn)算，最終可以提取出粗集料的一次形狀參數(shù)，主要包括面積、周長(zhǎng)、主軸長(zhǎng)度、次軸長(zhǎng)度等。但這些還不足以全面反映集料顆粒的形狀特征，一般還需加入二次參數(shù)來(lái)描述集料的形狀、棱角等特性，主要包括用于描述集料輪廓形狀的形狀因子、球度及描述集料棱角性的圓度等指標(biāo)。更進(jìn)一步，還能根據(jù)同時(shí)拍攝的三視圖提取的特征重構(gòu)集料顆粒的三維信息。

汪海年、郝培文等(2009)[4]采用數(shù)字圖像處理技術(shù)，利用自行研制的粗集料形態(tài)特征研究系統(tǒng)(MASCA)對(duì)粗集料的圖像級(jí)配特征進(jìn)行研究，提出將二維數(shù)字圖像級(jí)配轉(zhuǎn)換為三維機(jī)械篩分級(jí)配的修正方法。

東南大學(xué)孔明[5]在他的博士論文中利用顯微鏡連接的攝像機(jī)對(duì)顆粒進(jìn)行成像重建，根據(jù)顯微鏡軸向工作性質(zhì)，提出了單目顯微鏡顆粒測(cè)量的共軸立體視覺(jué)模型，對(duì)顆粒形狀進(jìn)行重建，在顆粒三維重建的基礎(chǔ)上，用八叉樹(shù)方式對(duì)顆粒進(jìn)行表示，并利用模糊數(shù)學(xué)對(duì)顆粒進(jìn)行識(shí)別，把顆粒按形狀分類。

Illinois大學(xué)的Rao[6]開(kāi)發(fā)的采用三臺(tái)相機(jī)同時(shí)拍攝一顆傳送帶上石料的設(shè)備，如圖1所示。根據(jù)集料顆粒3個(gè)方向上的二維形態(tài)特征(見(jiàn)圖2)可進(jìn)一步重構(gòu)石料的三維圖像信息并計(jì)算集料的體積。

圖1　集料三維測(cè)試系統(tǒng)Fig.1　Aggregate 3D test system

圖2　集料顆粒三維圖像Fig.2　Aggregate 3D images

另外，也有幾家公司針對(duì)Superpave體系對(duì)集料質(zhì)量的若干要求開(kāi)發(fā)了自動(dòng)識(shí)別設(shè)備。例如EMACO公司的VDG-40型[7]自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，采用一列掃描相機(jī)采集顆粒由傳送帶下落過(guò)程的圖像，計(jì)算分析顆粒的粒度特征信息，并以此為基礎(chǔ)采用回轉(zhuǎn)橢圓模型計(jì)算集料顆粒的體積。

WipWare公司也生產(chǎn)了幾個(gè)型號(hào)的相關(guān)產(chǎn)品。分別針對(duì)顆粒級(jí)配檢測(cè)和顆粒棱角性以及扁平、細(xì)長(zhǎng)特征檢測(cè)。Norbert H.Maerz[8]開(kāi)發(fā)的一套儀器設(shè)備，通過(guò)設(shè)計(jì)兩臺(tái)垂直方向的相機(jī)，拍攝顆粒的兩個(gè)垂直方向斷面，通過(guò)統(tǒng)計(jì)回歸方法建立不同方向上的形狀、尺寸信息，通過(guò)幾何概率和體視學(xué)原理進(jìn)行三維擬合重構(gòu)，計(jì)算顆粒的體積。

西維吉尼亞大學(xué)[5]研究?jī)H采用一臺(tái)數(shù)碼相機(jī)，同時(shí)拍攝多集料顆粒的方法，根據(jù)顆粒的幾何形狀特征值以及定義的多個(gè)特征值對(duì)多集料顆粒的體積進(jìn)行預(yù)估，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)一步計(jì)算了集料的級(jí)配，克服了Illinois大學(xué)研究方法速度較慢的缺點(diǎn)。但是由于試驗(yàn)所采用的集料類型相對(duì)單一，模型在擴(kuò)大范圍應(yīng)用中的效果還有待驗(yàn)證。

美國(guó)Illinois大學(xué)香檳分校的黃海博士[9]在其論文中就CCD數(shù)字圖像處理技術(shù)中的三維重建問(wèn)題開(kāi)展了深入研究，通過(guò)3個(gè)相互垂直方向拍攝的集料顆粒形狀數(shù)據(jù)重構(gòu)集料三維形狀。受制于二維拍攝模式的限制，三維的重構(gòu)僅能是根據(jù)二維直徑、棱角性以及矩形度等信息推算擬合三維形狀，如圖3所示，還并不是嚴(yán)格意義上的三維重構(gòu)。

圖3　集料三維擬合重構(gòu)效果Fig.3　Aggregate 3D fitting and reconstruction effect

數(shù)字圖像處理技術(shù)因?yàn)槠浞奖阈?、?jīng)濟(jì)性、易于分析等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為粗集料形態(tài)分析的重要手段。常規(guī)的圖像分析手段通常只能獲取集料顆粒的二維特征信息，研究者一直以來(lái)都在嘗試建立二維與三維信息的相關(guān)性轉(zhuǎn)換；但由于數(shù)碼拍攝獲取的均為投影面積，集料顆粒的二維輪廓并不完全代表真實(shí)顆粒三維表面的起伏變化，特別是棱角特性，因此基于二維數(shù)字圖像的三維重構(gòu)仍然存在缺陷，目前尚無(wú)統(tǒng)一權(quán)威的方法和結(jié)論。

1.2X射線斷層掃描技術(shù)

X射線具有穿透物體并使膠片感光的能力，透視拍攝在醫(yī)學(xué)上的成功應(yīng)用引起了工業(yè)界的注意，工程師很快將其應(yīng)用到工業(yè)檢測(cè)中，土木工程結(jié)構(gòu)材料的內(nèi)部探測(cè)即是其一。典型的X射線掃描系統(tǒng)[10]如圖4所示，包括以下主要構(gòu)件：射線源、輻射探測(cè)器和準(zhǔn)直器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、樣品掃描機(jī)械系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)等。其中，探測(cè)器測(cè)量和記錄射線源發(fā)射透過(guò)材料后的射線強(qiáng)度值，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將這些強(qiáng)度值轉(zhuǎn)換為數(shù)碼信號(hào)，送進(jìn)計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)排列重建，在顯示器上顯示材料探測(cè)層面的切片圖。X射線斷層掃描本質(zhì)上是一個(gè)圖像系統(tǒng)，它把實(shí)際存在的物體投影成一個(gè)平面或立體的圖像。

圖4　集料X射線掃描系統(tǒng)Fig.4　Aggregate X-ray scanning system

對(duì)于單個(gè)集料樣本的測(cè)量可選擇采用小功率的CT掃描設(shè)備，如SKYSCAN的CT-Analyzer。通過(guò)對(duì)樣本形狀的連續(xù)斷層掃描并配備逆向計(jì)算軟件匹配綜合集料顆粒的三維信息，可進(jìn)行3D模型的重構(gòu)，見(jiàn)圖5。

圖5　CT掃描重構(gòu)集料形狀圖Fig.5　Aggregate shapes by CT scanning reconstruction

分析結(jié)果表明，采用CT掃描采集集料顆粒并計(jì)算得到的粒度尺寸與傳統(tǒng)用游標(biāo)卡尺進(jìn)行人工量測(cè)所得到的結(jié)果相關(guān)性極好，相關(guān)性超過(guò)0.99 (圖6)。

圖6　人工測(cè)量結(jié)果與CT掃描測(cè)試結(jié)果相關(guān)性(單位：×25.4 mm)Fig.6　Correlation between artificial measurement result and CT scanning test result(unit:×25.4 mm)

對(duì)于瀝青混合料中的集料幾何形狀，同樣可以通過(guò)CT掃描的方式進(jìn)行采集和分析(圖7)。但由于瀝青混合料整體試樣尺寸較大，射線穿透試件所需的能量明顯大于單顆集料，因此雖然原理完全相同，但設(shè)備的功率遠(yuǎn)大于前述設(shè)備，用于瀝青混合料檢測(cè)的CT設(shè)備功率一般不低于320 kV，同時(shí)配備相應(yīng)的防護(hù)屏蔽室或防護(hù)罩。

圖7　混合料中集料顆粒CT斷面圖三維重構(gòu)Fig.7　Three-dimensional reconstruction of aggregate particles in mixture based on CT section

X射線斷層掃描技術(shù)是當(dāng)前獲取混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)細(xì)觀尺度的主流平臺(tái)，其掃描輸出的一系列連續(xù)斷層二維切片圖像是集料的二維特征提取和三維信息重構(gòu)的基礎(chǔ)。同數(shù)字圖像處理技術(shù)一樣，目前該技術(shù)還缺乏關(guān)于集料二、三維信息轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)性研究，如從三維尺度科學(xué)地描述粗集料形狀、棱角性、表面紋理等方面。

1.3激光掃描技術(shù)

三維激光掃描技術(shù)是集光、機(jī)、電和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的高新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)被測(cè)物體的三維輪廓重構(gòu)是通過(guò)發(fā)射激光，接觸被測(cè)樣本后，通過(guò)光線反射時(shí)間和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換來(lái)計(jì)算相應(yīng)點(diǎn)位的三維坐標(biāo)，形成被測(cè)物體輪廓面上的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)而通過(guò)逆向工程軟件將點(diǎn)云數(shù)據(jù)擬合成曲面，如圖8所示。

圖8　激光掃描儀工作原理圖Fig.8　Working principle of laser scanner

哈爾濱工業(yè)大學(xué)的陳國(guó)明[11]曾采用光纖傳感器設(shè)計(jì)了用于采集集料顆粒表面紋理構(gòu)造的設(shè)備，采樣的精度可達(dá)0.1 μm。該方法的測(cè)量精度較高，可以描述集料顆粒表面細(xì)微構(gòu)造，但是，由于其工作原理是靠探測(cè)激光往返于集料表面和探測(cè)器之間的距離來(lái)確定集料的表面構(gòu)造，集料本身的顏色將對(duì)其反射光產(chǎn)生影響，為獲得高精度的測(cè)量結(jié)果，一般要求在檢測(cè)前對(duì)集料進(jìn)行真空鍍膜處理，該工藝要求較高，操作難度大。因此，該方法主要是適用于室內(nèi)試驗(yàn)研究，不適合大規(guī)模的工程質(zhì)量控制。

美國(guó)弗吉尼亞理工大學(xué)汪林兵課題組采用激光掃描儀開(kāi)展了集料顆粒輪廓及構(gòu)造形狀測(cè)定的相關(guān)研究，利用三維重構(gòu)逆向工程軟件實(shí)現(xiàn)集料顆粒形狀的反向重構(gòu)(圖9)；并將采集計(jì)算結(jié)果與人工量測(cè)的方法進(jìn)行了比較，對(duì)3個(gè)尺度長(zhǎng)、寬、厚度方向數(shù)據(jù)進(jìn)行比較回歸，相關(guān)性可達(dá)到0.9以上(圖10)[12]。

圖9　激光掃描儀成像效果Fig.9　Laser scanner imaging effect

圖10　人工量測(cè)方法與激光掃描法試驗(yàn)結(jié)果相關(guān)性(單位:×25.4 mm)Fig.10　Correlation between artificial measurement result and laser scanner test result(unit:×25.4 mm)

采用關(guān)節(jié)臂式激光掃描儀可以實(shí)現(xiàn)多角度自由掃描，克服弗吉尼亞理工大學(xué)研究設(shè)備需要二次調(diào)整樣本方向的弊端，實(shí)現(xiàn)全樣本一次掃描和重構(gòu)，如圖11所示。

圖11　關(guān)節(jié)臂式激光掃描儀Fig.11　laser scanner

三維激光掃描技術(shù)突破了傳統(tǒng)的單點(diǎn)測(cè)量方法，可以密集地大量獲取目標(biāo)對(duì)象的數(shù)據(jù)點(diǎn)，快速測(cè)得現(xiàn)有實(shí)物的輪廓集合數(shù)據(jù)，是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。但該技術(shù)工藝要求高、操作難度大，受自然光線和基料自身顏色影響較大，目前主要應(yīng)用于室內(nèi)試驗(yàn)；同時(shí)，由于其一般用于物體的外部輪廓形狀掃描，因而難以實(shí)現(xiàn)混合料中集料的分布與定位。

2粗集料形態(tài)的評(píng)價(jià)方法

在粗集料可視化識(shí)別技術(shù)的基礎(chǔ)上，研究者們針對(duì)集料的形狀、棱角和紋理3個(gè)方面提出了大量的形態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.1形狀評(píng)價(jià)方法

通過(guò)數(shù)字圖像信息可以直接獲得的集料顆粒一次形狀參數(shù)主要包括：面積、周長(zhǎng)、主軸長(zhǎng)度(長(zhǎng)軸)、次軸長(zhǎng)度(短軸)、等效直徑等。然而，一次形狀參數(shù)不足以全面反映集料顆粒的形狀特征。研究者們大多選擇一次形狀參數(shù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算得到的二次參數(shù)來(lái)描述集料的二維形狀特征。熊琴[13]選擇長(zhǎng)軸和短軸作為大小指標(biāo)，矩形度、形狀指數(shù)作為輪廓形狀指標(biāo)。袁峻[14]則選擇了形狀比率(長(zhǎng)寬比)、矩形度和偏心率3個(gè)指標(biāo)表達(dá)集料顆粒的輪廓形狀。

汪海年[15]采用數(shù)字圖像處理技術(shù), 提出了以軸向系數(shù)與圓度這2個(gè)二次參數(shù)來(lái)表征粗集料的二維形狀特征，結(jié)果表明隨著集料粒徑的增大, 其軸向系數(shù)呈下降趨勢(shì)。

肖源杰[16]等綜合國(guó)內(nèi)外的研究成果以及自己所做的大量比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)集料三維視圖確定了6個(gè)指標(biāo)來(lái)描述粗集料的個(gè)體形狀特征，包括圓形度、縱橫比、近似多邊形周、球形度、扁平比和形狀因子，這些指標(biāo)能更全面地評(píng)價(jià)集料的三維形狀特征。

2.2棱角評(píng)價(jià)方法

目前，國(guó)外學(xué)者提出的基于數(shù)字圖像的棱角性評(píng)價(jià)方法主要有以下2類：圖像侵蝕膨脹法和輪廓半徑的傅利葉級(jí)數(shù)法[17]。

Masad等[18]運(yùn)用數(shù)字圖像的侵蝕-膨脹法對(duì)棱角特性進(jìn)行定量研究，采用表面參數(shù)SP 值表征邊界處的棱角特征損失，棱角性越強(qiáng)，邊界信息損失越嚴(yán)重，圖像處理前后面積的相對(duì)差異SP 值越大。

Wang等[19]采用傅里葉級(jí)數(shù)方法對(duì)顆粒的棱角性進(jìn)行評(píng)價(jià)，將集料輪廓半徑的函數(shù)進(jìn)行傅里葉展開(kāi)，棱角性越強(qiáng)，棱角顯著性指標(biāo)αr越大。

上述兩種方法計(jì)算過(guò)程都很復(fù)雜。汪海年[17]利用自行研制的粗集料形態(tài)特征研究系統(tǒng)，采用顆粒周長(zhǎng)法與分形幾何法，提出了粗糙度與分形維數(shù)2個(gè)指標(biāo)，結(jié)果與侵蝕膨脹法一致性良好。

李嘉、林輝[20]從顆粒的等效橢圓概念出發(fā)，建立了基于半徑和周長(zhǎng)的4個(gè)粗集料棱角性的量化指標(biāo)，考慮顆粒大小影響，進(jìn)行了面積加權(quán)計(jì)算。與未壓實(shí)空隙率的相關(guān)性研究表明，基于周長(zhǎng)的指標(biāo)較好，且該加權(quán)指標(biāo)考慮了粗集料的宏觀性能，更加合理。

劉振清、楊永順、劉清泉等[21]不僅建立了粗集料棱角性量化指標(biāo)半徑法棱角性指數(shù)IArm和梯度法棱角性指數(shù)IAgm的計(jì)算公式，還提出了瀝青路面粗集料棱角性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，有利于提高粗集料的質(zhì)量。

2.3紋理評(píng)價(jià)方法

紋理特征是圖像的重要特征，其本質(zhì)是刻畫(huà)像素的鄰域灰度空間分布規(guī)律。M.Haralick曾對(duì)紋理分析方法作了較為全面的總結(jié)，基本上可歸納為統(tǒng)計(jì)法、結(jié)構(gòu)法、模型法和空間/頻率域聯(lián)合分析法等4類。近年來(lái)隨著可視化技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多紋理分析的新方法[22]。

杜少文、洪斌等[23]使用UIAIA集料圖像分析儀定量評(píng)價(jià)粗集料形態(tài)特征，提出了表面構(gòu)造指數(shù)ST指標(biāo)，指標(biāo)測(cè)試結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室人工測(cè)試數(shù)據(jù)具有較高的一致性。

Yeggoni等[24]利用高分辨率視頻相機(jī)采集粗集料圖像，利用分形算法對(duì)圖像上的顆粒形狀和表面紋理進(jìn)行測(cè)定。

陳國(guó)明、譚憶秋等[25]研究使用基于光纖傳感法的激光輪廓儀，并應(yīng)用算術(shù)平均偏差Ra直接測(cè)量了7種不同粗集料的表面紋理，對(duì)不同集料表面紋理的粗糙度進(jìn)行了分類。研究結(jié)果表明，激光輪廓儀能夠直接、準(zhǔn)確地測(cè)量集料的表面紋理，其評(píng)價(jià)指標(biāo)算術(shù)平均偏差對(duì)集料表面紋理的測(cè)定是合理有效的。李智[26]、張肖寧[27]等利用自行研發(fā)的激光掃描儀測(cè)量集料表面構(gòu)造的細(xì)觀特性，并采用分形理論對(duì)獲得的集料紋理曲線進(jìn)行量化評(píng)價(jià)。

雖然現(xiàn)有的紋理分析方法有很多種，但很多方法對(duì)紋理的描述隨分辨率而變化，對(duì)方向敏感，易受噪聲影響。因此，對(duì)于一個(gè)具體紋理圖像，尋找綜合性方法，充分利用各自優(yōu)勢(shì)，是近年來(lái)的一個(gè)研究趨勢(shì)[22]。

綜上可知，雖然粗集料形態(tài)的評(píng)價(jià)方法很多，但目前基本沒(méi)有針對(duì)不同的形態(tài)指標(biāo)在數(shù)值上對(duì)集料進(jìn)行分類的研究，這主要是由于集料形態(tài)本身很復(fù)雜難以分類，且現(xiàn)有定量評(píng)價(jià)技術(shù)發(fā)展還不成熟。

3結(jié)論

粗集料形態(tài)可視化識(shí)別與形態(tài)評(píng)價(jià)方法應(yīng)用先進(jìn)的計(jì)算手段、微觀分析工具，定量地分析粗集料微觀尺度下的形態(tài)特征，并形成集料形態(tài)評(píng)價(jià)體系和分類標(biāo)準(zhǔn)，從而從微觀角度來(lái)深刻理解和分析瀝青混合料的力學(xué)機(jī)理，為改進(jìn)瀝青混合料設(shè)計(jì)方法，提高路用性能提供依據(jù)。

縱觀當(dāng)前路用粗集料形態(tài)可視化識(shí)別技術(shù)的研究，基本上仍是沿用傳統(tǒng)的試驗(yàn)-觀察的現(xiàn)象學(xué)經(jīng)驗(yàn)方法。針對(duì)路用集料形態(tài)的數(shù)字圖像處理和X射線斷層掃描分析方法是目前比較成熟的技術(shù)手段，但研究工作主要集中在二維層面，結(jié)果與實(shí)際情況存在較大差異，容易形成誤判。與此同時(shí)，目前對(duì)于粗集料顆粒形態(tài)的評(píng)價(jià)指標(biāo)也大多是基于集料顆粒二維圖像而提出的，對(duì)顆粒的描述并不十分完整和全面，同時(shí)不同評(píng)價(jià)方法本身也各有缺陷，無(wú)法形成定量的集料形態(tài)評(píng)判分類體系。因此，一方面，要繼續(xù)從三維可視化角度尋求能更為全面、準(zhǔn)確識(shí)別集料顆粒的視覺(jué)化識(shí)別方法；另一方面，要繼續(xù)完善和進(jìn)一步驗(yàn)證粗集料顆粒形態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)的客觀性和有效性，建立一套具有廣泛認(rèn)可度的粗集料顆粒形態(tài)評(píng)價(jià)體系。

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A Review of Visual Identification and Evaluation of Coarse Aggregate of Road Pavement

XIAO Qian, ZHANG Lei

(Research Institute of Highway, Ministry of Transport, Beijing 100088,China)

Abstract：In view of the limitations of current methods to visual identify and evaluation the coarse aggregate for road pavement, the research features, status and problems of 3 major means of visual identification technology: CCD digital image processing technology, X-ray tomoscanning technology and laser scanning technology are summarized at first . Then, the existing domestic and foreign evaluation methods and indexes of aggregate in respect of shape, angularity and texture are introduced. For the problems in the visual identification and evaluation methods of current coarse aggregate, the technical issues for further research are proposed, that is, on the one hand, to continuously seek a more comprehensive and accurate visual identification method based on 3D visual technology; on the other hand, to continue improving and to further validating the objectivity and effectiveness of the valuation indexes, and then to establish a set of widely recognized coarse aggregate particle shape evaluation system.

Key words：road engineering; shape evaluation; visual identification; coarse aggregate; review

收稿日期：2014-09-22

基金項(xiàng)目：中央級(jí)公益性科研所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(2013-9010)

作者簡(jiǎn)介：肖倩(1984-)，女，江西高安人，碩士研究生.(q.xiao@rioh.cn)

doi:10.3969/j.issn.1002-0268.2016.05.008

中圖分類號(hào)：U416.21

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1002-0268(2016)05-0046-07