基于數(shù)字圖像的EACCP表面均勻性評價

楊 永 前

(佛山市公路橋梁工程監(jiān)測站，廣東 佛山 528041)

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基于數(shù)字圖像的EACCP表面均勻性評價

楊 永 前

(佛山市公路橋梁工程監(jiān)測站，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價方法，依托重慶市涪陵區(qū)EACCP試驗路段，通過EACCP表面圖像對其表面的露石顆粒尺寸、數(shù)量、面積等信息進行了定量分析，為EACCP表面均勻性檢測提供了依據(jù)。

EACCP，數(shù)字圖像，表面均勻性

0 引言

相對于普通水泥混凝土路面，露石水泥混凝土路面(EACCP)施工工藝較為復雜，易因集料級配離析、緩凝劑噴灑不均勻、表面除漿時遺漏或未將刷除的砂漿及時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]。對于EACCP露石表面均勻性的評價，宋永朝等[2]提出了以面積相等的4個區(qū)域露石顆粒個數(shù)的變異系數(shù)及實測路面構(gòu)造深度與期望構(gòu)造深度的比值來評價EACCP表面離析程度；韓森、王旭等[3]通過對EACCP露石表面圖像進行處理，采用相關(guān)系數(shù)法和露石面積變異系數(shù)法對EACCP露石分布狀況進行評價。

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價方法[4,5]，依托重慶市涪陵區(qū)EACCP試驗路段，通過EACCP表面圖像對其表面的露石顆粒尺寸、數(shù)量、面積等信息進行定量分析，為快速客觀的對EACCP表面均勻性進行檢測評價提供依據(jù)。

1 EACCP表面均勻性分析

1.1 圖像處理

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

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

對于第一類圖像三種方法得到閾值相近，Otsu法相對前兩種方法得到露石顆粒形狀更加清晰。而第二類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。為解決此類采用單一閾值分割所引起的問題，先對圖像進行分塊，采用Otsu法分割后再進行重新組合，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。對露石顆粒邊界進行圓滑處理并去除細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比

分類原圖雙峰法迭代法Otsu法第一類(T=115)(T=117)(T=110)第二類直方圖為單峰狀,無法分割(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100 mm×100 mm子區(qū)域，并按露石顆粒的粒徑范圍分別對這4個子區(qū)域中露石顆粒數(shù)量(并與人工計數(shù)法統(tǒng)計結(jié)果進行對比)和露石面積率(露石顆粒面積占總面積的百分率)進行統(tǒng)計，結(jié)果如表2所示。圖像識別法得到露石顆粒總數(shù)量與人工計數(shù)法基本相同，但人工計數(shù)法由于無法準確判定露石顆粒粒徑大小，只能對數(shù)量進行統(tǒng)計，且計數(shù)過程枯燥、速度慢、易出錯。

表2 細級配EACCP露石顆粒數(shù)量、面積率統(tǒng)計表

粒徑mm露石數(shù)量露石面積率ⅠⅡⅢⅣ均值標準差變異系數(shù)ⅠⅡⅢⅣ均值標準差變異系數(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。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。

因細級配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配的關(guān)系，選取粗骨料級配范圍為4.75 mm～16 mm，且主觀感覺表面分布不均勻的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個子區(qū)域，并按粒徑分別對其露石顆粒個數(shù)、面積率進行統(tǒng)計，如表3與圖8,圖9所示。

相對于細級配EACCP試件，露石顆粒數(shù)量分布范圍變寬，數(shù)據(jù)波動較大，露石顆粒面積率在6 mm以下區(qū)域值較小且4個區(qū)域較為均勻，6 mm以上范圍4個區(qū)域分布差別較大。而從總體上看4個區(qū)域露石顆粒總數(shù)量相差不大，但各粒徑等級內(nèi)數(shù)量及露石面積差別卻很明顯，因此在對EACCP表面均勻性進行分析評價時，須綜合考慮露石顆粒數(shù)量與面積兩方面因素。

表3 粗級配EACCP露石顆粒數(shù)量、面積率統(tǒng)計表

粒徑mm露石數(shù)量露石面積率ⅠⅡⅢⅣ均值標準差變異系數(shù)ⅠⅡⅢⅣ均值標準差變異系數(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3640434240.253.107.6920.6827.4618.1923.6622.503.9917.74

2 EACCP試驗路段檢測評價

EACCP試驗路段樁號為K2+105～K2+445段，全長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。為對其表面分布均勻性進行評價，分別在左、右車道右側(cè)輪跡帶處，以20 m/點頻率進行圖像采集并對其露石顆粒數(shù)量和露石面積率進行統(tǒng)計。

表4 EACCP試驗段露石顆粒數(shù)量統(tǒng)計表

測點樁號左幅右幅均值標準差變異系數(shù)均值標準差變異系數(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145.8937.5525.74157.5338.6424.53

由表4可知，該試驗段各個測點內(nèi)露石顆粒數(shù)量較為均勻，其中23點(總測點數(shù)67.6%)變異系數(shù)低于10%；但各測點間露石數(shù)量，差別較大最大值為216，最小值僅為74，變異系數(shù)達25%。因此，可采用4個100 mm×100 mm區(qū)域露石顆粒數(shù)量的變異系數(shù)對單點均勻性進行評價，而對一個路段整體均勻性宜采用單位長度內(nèi)(如每百米或每公里)各測點露石顆粒數(shù)量的變異系數(shù)進行評價。

由表5可知，該試驗段各個測點內(nèi)露石面積率離散性較大，個別點變異系數(shù)甚至超出30%；各測點間變異系數(shù)亦在30%以上。

表5 EACCP試驗段露石面積率統(tǒng)計表

3 結(jié)語

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

2)數(shù)字圖像技術(shù)可快速準確提取露石顆粒尺寸、數(shù)量及面積信息，解決了人工法勞動強度高、易出錯、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EACCP表面分布均勻性評價時須綜合考慮露石顆粒數(shù)量、面積兩方面的因素。

4)4個100 mm×100 mm區(qū)域露石顆粒數(shù)量、面積率的變異系數(shù)適用于單點均勻性評價，而對一個路段整體均勻性宜采用單位長度內(nèi)各測點露石顆粒數(shù)量及面積率的變異系數(shù)進行評價。

[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價研究[J].中外公路，2008，4(2)：44-46.

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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