郭興峰，劉 鵬，程瑞芳

1.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712100；2.神木市農(nóng)村公路管理站，陜西 神木 719300

目前，關(guān)于抗滑性能的室內(nèi)檢測(cè)方法主要有兩種：鋪砂法和擺式摩擦儀法。其中，鋪砂法側(cè)重于對(duì)路面的宏觀構(gòu)造進(jìn)行分析，而擺式摩擦儀側(cè)重于對(duì)路面的微觀構(gòu)造進(jìn)行分析。而經(jīng)過對(duì)AC型混合料、OGFC型混合料兩種不同類型的混合料進(jìn)行室內(nèi)檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，AC型混合料BPN值較大但構(gòu)造深度卻很小，而OGFC型混合料則構(gòu)造深度較AC型混合料大而BPN值較AC混合料小，從指標(biāo)大小難以客觀判斷這兩種混合料的抗滑性能。本質(zhì)上而言，構(gòu)造深度檢測(cè)是從宏觀構(gòu)造進(jìn)行的分析，而擺式摩擦試驗(yàn)是從微觀構(gòu)造進(jìn)行的分析，這兩種方法都存在一定的不足之處。為此，本文基于分形理論和數(shù)字圖像處理技術(shù)提出了一種新的檢測(cè)方法，以求更為合理的評(píng)判不同類型混合料路面的抗滑性能。

1 分形理論

經(jīng)典的歐式幾何［1］是通過將自然事物抽象化，采用一定的數(shù)學(xué)公式來描述（即具有可微性）其分布特征和規(guī)律。然而諸如海岸線的形狀，人類血管的分布等事物并沒有固定的特征，卻又暗含規(guī)律存在自相似性。因此，為解決這類情況，一種用來解釋和描述自然界中的不規(guī)則性的幾何學(xué)誕生了，即分形幾何，又稱非歐式幾何。

而維數(shù)［2］則是分形幾何的中心概念，它代表了一個(gè)集合所占據(jù)的空間大小。通常而言，應(yīng)將一條(光滑)曲線視為一維，一個(gè)曲面視為二維。但是即在某些理論中，學(xué)術(shù)界會(huì)賦予一種曲線(如：Koch曲線)維數(shù)概念，該曲線比一維（長度無限）大而比二維（面積為0）小。大量的研究表明，分形維數(shù)可以反映出曲線凹凸不平的程度。因此，本文嘗試計(jì)算所采集圖像的分形維數(shù)來研究不同類型混合料路面表面凹凸不平的程度，進(jìn)而反映其抗滑性能。

2 數(shù)字圖像處理

所謂數(shù)字圖像處理技術(shù)［3］，即是利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)對(duì)采集到的圖像進(jìn)行數(shù)字化處理。而將采集到圖像進(jìn)行數(shù)字化處理，即是以矩陣的方式將圖像中每一點(diǎn)像素值所代表的色彩表達(dá)出來。

2.1 圖像的采集

數(shù)字圖像處理技術(shù)最為關(guān)鍵的一個(gè)步驟就是圖像的采集。本文即采用（SONY）DSC-RX100M5A型數(shù)碼照相機(jī)采集了室內(nèi)試驗(yàn)成型的車轍板的圖像信息，為保證相同的成像效果，將攝影參數(shù)統(tǒng)一設(shè)置為f/3.5光圈、快門速度1/4s、感光度400，并在同一高度、同一地點(diǎn)、不同的外部光照條件下進(jìn)行取樣以用于研究。

2.2 圖像的處理

本節(jié)以O(shè)GFC-13型混合料為例，對(duì)于經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)成型的OGFC-13型混合料車轍板的圖像進(jìn)行了研究。所采集圖像的（見圖1）像素以色光三原色(R.G.B)（R、G、B）來表示，即在RGB空間中進(jìn)行采集。

首先需要對(duì)原圖進(jìn)行灰度化處理，而后可以根據(jù)灰度化處理后的圖像（見圖3(a)）提取取灰度值，以便于儲(chǔ)存和運(yùn)算。經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，即便采集到的圖像光照強(qiáng)度相同，其分維數(shù)也并不穩(wěn)定。這是因?yàn)榇髿庠茖痈蓴_了光線，導(dǎo)致了不均勻光照。因此，為了均衡圖像的分維數(shù)，還需要去除不均勻光照下所采集圖像的背景光照。

圖1 采集圖像（原圖）

圖2 采集圖像的處理過程

本次圖像處理是基于Matlab程序中的矩陣分塊運(yùn)算，以修正后的背景光照估計(jì)為基礎(chǔ)，對(duì)圖像進(jìn)行處理：即先對(duì)圖像的背景光照進(jìn)行估算，而后對(duì)原圖進(jìn)行處理，得到去除不均勻光照后的圖像。如此對(duì)處理后的圖像進(jìn)行分維數(shù)計(jì)算時(shí)更加貼近車轍板的真實(shí)情況。其中背景光照處理后的圖像見圖3(b)。

通常數(shù)碼相機(jī)中CCD(CMOS)元件在接收光線信號(hào)并輸出時(shí)，會(huì)受到電子干擾，導(dǎo)致圖像出現(xiàn)噪點(diǎn)，本次采用了均值濾波對(duì)采集的圖像進(jìn)行了降噪處理，經(jīng)降噪處理后的圖像見圖3(c)。

經(jīng)過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，降噪后圖像輪廓變模糊了，為了獲取較為清晰的圖像，本次采用了Matlab程序的Sobel算子邊緣檢測(cè)方法對(duì)圖像進(jìn)行了銳化，經(jīng)銳化處理后的圖像見圖3(d)。

3 分形維數(shù)和室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)于抗滑性能的評(píng)價(jià)

通過上述方法對(duì)室內(nèi)試驗(yàn)成型的OGFC-13、AC-13兩種不同類型混合料的車轍板圖像進(jìn)行采集和處理，并分別采用分形理論進(jìn)行計(jì)算，得到其分形維數(shù)D。然后以此為基礎(chǔ)，將傳統(tǒng)試驗(yàn)參數(shù)和新方法的檢測(cè)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比研究，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 不同類型混合料抗滑指標(biāo)對(duì)比

由表1可知，OGFC-13型混合料的構(gòu)造深度明顯高于AC-13型混合料；AC-13型混合料的BPN值（擺式摩擦系數(shù)）則要大于OGFC-13型混合料；因此，綜合這兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)判，無法得出抗滑性能高低的確切結(jié)論。這種情況的出現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)跟擺式摩擦系數(shù)的測(cè)量方法存在一定關(guān)系，即依靠摩擦所造成的能量損失來對(duì)其抗滑性能進(jìn)行測(cè)算的，能量的損失越多，測(cè)算出的抗滑性能就越好。而OGFC-13型混合料的空隙率較大，致使滑塊和車轍板的實(shí)際接觸面偏小，OGFC-13型混合料的能量損失也低于AC型瀝青混合料，從而導(dǎo)致測(cè)算出的BPN值偏小。而分形維數(shù)指標(biāo)兼顧了宏觀構(gòu)造和微觀構(gòu)造兩個(gè)方面，且OGFC-13型混合料的分形維數(shù)要大于AC-13型混合料，如果綜合考慮多方面因素，并經(jīng)過對(duì)比研究基本可以得出OGFC-13型混合料路面抗滑性能要好于AC-13型混合料路面的結(jié)論。

4 結(jié)語

（1）采用BPN值（擺式摩擦系數(shù)）對(duì)不同類型的混合料路面進(jìn)行抗滑性能評(píng)判時(shí)存在局限性，使用該種方法進(jìn)行測(cè)量時(shí)應(yīng)考慮到混合料本身之間的差異性對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生的影響。

（2）分形維數(shù)指標(biāo)兼顧了宏觀構(gòu)造和微觀構(gòu)造兩個(gè)方面，是一種綜合性的抗滑指標(biāo)，一定程度上能夠更為客觀的反映出不同類型混合料路面的抗滑性能。

（3）影響路面抗滑性能的因素較多，具體施工時(shí)應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際，綜合考慮多方面因素，選擇較為合適的混合料，以更好的滿足使用要求。