楊 永 前

(佛山市公路橋梁工程監(jiān)測(cè)站，廣東 佛山 528041)

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基于數(shù)字圖像的EACCP表面均勻性評(píng)價(jià)

楊 永 前

(佛山市公路橋梁工程監(jiān)測(cè)站，廣東 佛山 528041)

在現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，借鑒瀝青混合料均勻性評(píng)價(jià)方法，依托重慶市涪陵區(qū)EACCP試驗(yàn)路段，通過(guò)EACCP表面圖像對(duì)其表面的露石顆粒尺寸、數(shù)量、面積等信息進(jìn)行了定量分析，為EACCP表面均勻性檢測(cè)提供了依據(jù)。

EACCP，數(shù)字圖像，表面均勻性

0 引言

相對(duì)于普通水泥混凝土路面，露石水泥混凝土路面(EACCP)施工工藝較為復(fù)雜，易因集料級(jí)配離析、緩凝劑噴灑不均勻、表面除漿時(shí)遺漏或未將刷除的砂漿及時(shí)清理等因素造成局部露石分布不均，影響其抗滑、降噪效果[1]。對(duì)于EACCP露石表面均勻性的評(píng)價(jià)，宋永朝等[2]提出了以面積相等的4個(gè)區(qū)域露石顆粒個(gè)數(shù)的變異系數(shù)及實(shí)測(cè)路面構(gòu)造深度與期望構(gòu)造深度的比值來(lái)評(píng)價(jià)EACCP表面離析程度；韓森、王旭等[3]通過(guò)對(duì)EACCP露石表面圖像進(jìn)行處理，采用相關(guān)系數(shù)法和露石面積變異系數(shù)法對(duì)EACCP露石分布狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

本文在現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，借鑒瀝青混合料均勻性評(píng)價(jià)方法[4,5]，依托重慶市涪陵區(qū)EACCP試驗(yàn)路段，通過(guò)EACCP表面圖像對(duì)其表面的露石顆粒尺寸、數(shù)量、面積等信息進(jìn)行定量分析，為快速客觀的對(duì)EACCP表面均勻性進(jìn)行檢測(cè)評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

1 EACCP表面均勻性分析

1.1 圖像處理

為降低在采集過(guò)程中鏡頭不嚴(yán)格平行于路面以及成像原理等因素造成畸變，在采集圖像時(shí)用鋼尺組成300 mm×300 mm方框作為參照物對(duì)圖像進(jìn)行校正和尺寸進(jìn)行標(biāo)定，裁切得到200 mm×200 mm圖像。為便于對(duì)圖像中有效信息進(jìn)行理解分析，需對(duì)校正后圖像進(jìn)行去噪處理，降低在圖像獲取、信息輸出、圖像格式壓縮轉(zhuǎn)換等處理過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲干擾，并進(jìn)行銳化處理，增強(qiáng)目標(biāo)與背景的對(duì)比。經(jīng)預(yù)處理后的EACCP圖像，露石顆粒形狀清晰，且與水泥砂漿顏色對(duì)比更加明顯(見(jiàn)圖1)。

為對(duì)比不同算法的分割效果，根據(jù)目標(biāo)顆粒與水泥砂漿顏色區(qū)分度將EACCP圖像分為兩類(lèi)，并分別采用雙峰法、迭代法、最大類(lèi)間差法(Otsu法)對(duì)其進(jìn)行分割，如表1所示。

對(duì)于第一類(lèi)圖像三種方法得到閾值相近，Otsu法相對(duì)前兩種方法得到露石顆粒形狀更加清晰。而第二類(lèi)圖像因其灰度直方圖為單峰狀，不能直接用雙峰法確定閾值，迭代法和Otsu法雖都能求得分割閾值，但分割效果均不甚理想，上部區(qū)域露石顆粒形狀較為模糊。為解決此類(lèi)采用單一閾值分割所引起的問(wèn)題，先對(duì)圖像進(jìn)行分塊，采用Otsu法分割后再進(jìn)行重新組合，如圖2所示。分割后圖像較為均勻，較采用單一閾值效果有明顯改善。對(duì)露石顆粒邊界進(jìn)行圓滑處理并去除細(xì)小顆粒后得到最終圖像，如圖3所示。

表1 三種算法圖像分割效果對(duì)比

分類(lèi)原圖雙峰法迭代法Otsu法第一類(lèi)(T=115)(T=117)(T=110)第二類(lèi)直方圖為單峰狀,無(wú)法分割(T=131)(T=137)

1.2 EACCP表面均勻性分析

將圖3中200 mm×200 mm區(qū)域圖像分為4個(gè)100 mm×100 mm子區(qū)域，并按露石顆粒的粒徑范圍分別對(duì)這4個(gè)子區(qū)域中露石顆粒數(shù)量(并與人工計(jì)數(shù)法統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比)和露石面積率(露石顆粒面積占總面積的百分率)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表2所示。圖像識(shí)別法得到露石顆?？倲?shù)量與人工計(jì)數(shù)法基本相同，但人工計(jì)數(shù)法由于無(wú)法準(zhǔn)確判定露石顆粒粒徑大小，只能對(duì)數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，且計(jì)數(shù)過(guò)程枯燥、速度慢、易出錯(cuò)。

表2 細(xì)級(jí)配EACCP露石顆粒數(shù)量、面積率統(tǒng)計(jì)表

粒徑mm露石數(shù)量露石面積率ⅠⅡⅢⅣ均值標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)ⅠⅡⅢⅣ均值標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)3～43729393434.754.3512.523.542.943.793.473.430.3610.374～53530303833.253.9511.875.654.754.806.025.300.6311.935～62222282825.003.4613.865.365.146.726.886.020.9014.976～7231982518.757.5940.477.766.022.648.336.182.5641.407～8101713912.253.5929.344.427.415.984.045.461.5528.328～968245.002.5851.643.374.311.182.412.821.3447.589～1034212.501.2951.642.062.581.390.711.680.8148.1910～1100200.501.00200.000.000.001.780.000.440.89200.0011～1201000.250.50200.000.001.060.000.000.270.53200.00合計(jì)146138140150143.55.513.8432.7734.7129.2932.5332.322.246.94人工法148140145152146.255.063.46———————

為觀察露石顆粒數(shù)量、面積率與粒徑的關(guān)系，匯出露石顆粒數(shù)量、面積率與粒徑的關(guān)系圖，如圖4,圖5所示。

由上可知，該試件(粗骨料級(jí)配范圍4.75 mm～9.5 mm)露石顆粒直徑大多集中在3 mm～10 mm范圍內(nèi)，且隨粒徑的增大露石顆粒數(shù)量依次減少，大于10 mm的顆粒僅有3個(gè)。露石顆粒面積呈單峰狀分布(波峰位于6 mm～7 mm處)，與數(shù)量的分布存在顯著差別。而露石顆粒數(shù)量和面積率的變異系數(shù)隨粒徑的變化趨勢(shì)基本一致，即在較小粒徑顆粒分布較為均勻，大粒徑顆粒分布離散性較大。

因細(xì)級(jí)配EACCP露石顆粒粒徑較小且范圍較窄為分析EACCP表面均勻性與骨料級(jí)配的關(guān)系，選取粗骨料級(jí)配范圍為4.75 mm～16 mm，且主觀感覺(jué)表面分布不均勻的EACCP圖像(處理前后分別如圖6，圖7所示)進(jìn)行處理分析。

將圖7中二值圖像(因骨料顏色較深，二值圖像中露石顆粒顏色為黑色)分為4個(gè)子區(qū)域，并按粒徑分別對(duì)其露石顆粒個(gè)數(shù)、面積率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表3與圖8,圖9所示。

相對(duì)于細(xì)級(jí)配EACCP試件，露石顆粒數(shù)量分布范圍變寬，數(shù)據(jù)波動(dòng)較大，露石顆粒面積率在6 mm以下區(qū)域值較小且4個(gè)區(qū)域較為均勻，6 mm以上范圍4個(gè)區(qū)域分布差別較大。而從總體上看4個(gè)區(qū)域露石顆?？倲?shù)量相差不大，但各粒徑等級(jí)內(nèi)數(shù)量及露石面積差別卻很明顯，因此在對(duì)EACCP表面均勻性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)時(shí)，須綜合考慮露石顆粒數(shù)量與面積兩方面因素。

表3 粗級(jí)配EACCP露石顆粒數(shù)量、面積率統(tǒng)計(jì)表

粒徑mm露石數(shù)量露石面積率ⅠⅡⅢⅣ均值標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)ⅠⅡⅢⅣ均值標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)3～468797.501.2917.210.620.830.710.870.760.1114.974～542633.751.7145.540.680.360.980.440.610.2845.145～655776.001.1519.251.251.311.661.681.470.2315.426～723744.002.1654.010.711.022.441.401.390.7554.127～825443.751.2633.550.902.281.671.861.680.5834.298～963313.252.0663.433.361.701.650.521.811.1764.599～1011332.001.1557.740.720.732.102.311.470.8658.4410～1153122.751.7162.104.232.550.871.712.341.4361.2711～1211332.001.1557.740.961.113.093.072.061.1857.4912～1301110.750.5066.670.001.281.131.250.920.6167.0113～1422021.501.0066.672.742.720.002.752.051.3766.6714～1502010.750.96127.660.003.400.001.691.271.63127.9415～1611111.000.000.001.951.831.881.971.910.063.3716～1703011.001.41141.420.006.340.002.132.122.99141.0617～1800000.000.00—0.000.000.000.000.000.00—18～1910000.250.50200.002.560.000.000.000.641.28200.00合計(jì)3640434240.253.107.6920.6827.4618.1923.6622.503.9917.74

2 EACCP試驗(yàn)路段檢測(cè)評(píng)價(jià)

EACCP試驗(yàn)路段樁號(hào)為K2+105～K2+445段，全長(zhǎng)340 m。路面結(jié)構(gòu)為20 cm水泥穩(wěn)定碎石基層+24 cm EACCP面層，混凝土粗集料采用由5 mm～10 mm,10 mm～20 mm,20 mm～30 mm三種規(guī)格碎石摻配而成。為對(duì)其表面分布均勻性進(jìn)行評(píng)價(jià)，分別在左、右車(chē)道右側(cè)輪跡帶處，以20 m/點(diǎn)頻率進(jìn)行圖像采集并對(duì)其露石顆粒數(shù)量和露石面積率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

表4 EACCP試驗(yàn)段露石顆粒數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

測(cè)點(diǎn)樁號(hào)左幅右幅均值標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)均值標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)K2+12074.2515.319.9292.5019.4911.30K2+140150.7519.578.48136.0030.9314.32K2+160144.2518.308.16143.7523.5110.51K2+18089.7513.007.6679.757.144.47K2+200167.2522.389.05175.5029.0111.35K2+220165.258.663.53165.5026.4110.76K2+240184.5040.0015.12215.7526.899.09K2+26094.759.885.65170.5029.1511.64K2+280137.5015.156.97165.008.333.40K2+300138.5014.156.48125.5012.406.03K2+320183.0016.916.43189.5022.528.35K2+340150.0016.997.39167.255.852.37K2+360188.5012.154.53180.0010.554.06K2+380169.7524.729.90162.5025.2710.42K2+400166.2526.1710.63178.5011.334.38K2+420130.001.410.67173.0016.756.62合計(jì)145.8937.5525.74157.5338.6424.53

由表4可知，該試驗(yàn)段各個(gè)測(cè)點(diǎn)內(nèi)露石顆粒數(shù)量較為均勻，其中23點(diǎn)(總測(cè)點(diǎn)數(shù)67.6%)變異系數(shù)低于10%；但各測(cè)點(diǎn)間露石數(shù)量，差別較大最大值為216，最小值僅為74，變異系數(shù)達(dá)25%。因此，可采用4個(gè)100 mm×100 mm區(qū)域露石顆粒數(shù)量的變異系數(shù)對(duì)單點(diǎn)均勻性進(jìn)行評(píng)價(jià)，而對(duì)一個(gè)路段整體均勻性宜采用單位長(zhǎng)度內(nèi)(如每百米或每公里)各測(cè)點(diǎn)露石顆粒數(shù)量的變異系數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

由表5可知，該試驗(yàn)段各個(gè)測(cè)點(diǎn)內(nèi)露石面積率離散性較大，個(gè)別點(diǎn)變異系數(shù)甚至超出30%；各測(cè)點(diǎn)間變異系數(shù)亦在30%以上。

表5 EACCP試驗(yàn)段露石面積率統(tǒng)計(jì)表

3 結(jié)語(yǔ)

1)采用分塊—組合Otsu分割法對(duì)EACCP表面圖像進(jìn)行分割，解決了露石顆粒與水泥砂漿顏色對(duì)比不明顯、亮度不均問(wèn)題。

2)數(shù)字圖像技術(shù)可快速準(zhǔn)確提取露石顆粒尺寸、數(shù)量及面積信息，解決了人工法勞動(dòng)強(qiáng)度高、易出錯(cuò)、信息單一的缺陷。

3)EACCP表面露石顆粒數(shù)量與面積的分布具有顯著差別，在對(duì)EACCP表面分布均勻性評(píng)價(jià)時(shí)須綜合考慮露石顆粒數(shù)量、面積兩方面的因素。

4)4個(gè)100 mm×100 mm區(qū)域露石顆粒數(shù)量、面積率的變異系數(shù)適用于單點(diǎn)均勻性評(píng)價(jià)，而對(duì)一個(gè)路段整體均勻性宜采用單位長(zhǎng)度內(nèi)各測(cè)點(diǎn)露石顆粒數(shù)量及面積率的變異系數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

[1] 宋永朝，潘曉東，梁乃興,等.露石水泥混凝土露石表面離析評(píng)價(jià)研究[J].中外公路，2008，4(2)：44-46.

[2] 宋永朝，潘曉東，梁乃興.露石水泥混凝土路面質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)研究[J].華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，2(1)：12-15.

[3] 韓 森，王 旭.基于數(shù)字圖像技術(shù)的露石水泥混凝土路面露石分布[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010，30(6)：1-5.

[4] 彭 勇，孫立軍，王元清.數(shù)字圖像處理在瀝青混合料均勻性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2007，37(2)：334-337.

[5] 潘艷珠，吳文亮，王端宜.基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的瀝青混合料級(jí)配離析評(píng)價(jià)方法[J].中外公路，2011，31(4)：1062-1066.

[6] 劉佳輝.基于OTSU法分區(qū)圖像識(shí)別技術(shù)及其在路面均勻性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用研究[D].廣州：華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2012.

Evaluation of uniformity for EACCP based on digital image

Yang Yongqian

(The Monitoring Station of Foshan Highway and Bridge Engineering, Foshan 528041, China)

Based on the current research results, the paper refers to the evaluation methods of the uniformity of the asphalt mixtures, and undertakes the quantitative analysis of the information including the exposed-aggregate grain sizes, numbers and coverage by EACCP surface image by referring to the trial section of EACCP in Fuling District of Chongqing, so as to provide some reference for the uniformity test of EACCP surface.

EACCP, digital image, surface uniformity

1009-6825(2017)16-0142-03

2017-03-07

楊永前(1989- )，男，碩士

U412

A