慢行道彩色路面適用性評價方法研究

【摘 要】針對現(xiàn)有慢行道彩色路面材料種類繁多、技術標準不統(tǒng)一、市面上產(chǎn)品良莠不齊、難以選擇的現(xiàn)狀，對現(xiàn)有慢行道彩色路面技術的特征和適用性進行了歸納分類。通過實際使用效果，給出了慢行道彩色路面質(zhì)量評價的六個重要指標。運用計算機視覺技術處理圖像，實現(xiàn)評價標準的定量分析，形成了慢行道彩色路面適用性評價方法。

【關鍵詞】慢行道； 彩色路面； 計算機視覺； 評價方法； 評價標準

【中圖分類號】U412.37+8【文獻標志碼】A

［定稿日期］2022-12-02

［作者簡介］王一博（1997—），女，碩士， 助理工程師，研究方向為道路工程。

0 引言

近年來，我國多個城市相繼發(fā)布了慢行系統(tǒng)的規(guī)劃和建設目標［1-4］。彩色慢行道可以形成良好的視覺效果，與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)，滿足人們對于審美的要求。我國對于彩色路面的研究始于20世紀80年代，并取得了一系列成果。李澤良等［5］研究了彩色瀝青道路的特性及應用。張文才［6］對環(huán)氧類聚合物彩色路面的固化機理展開研究。陳小薇［7］通過試驗研究骨料和膠黏劑對彩色防滑路面材料性能的影響。周彤［8］通過試驗研究不同紫外線吸光劑用量對彩色路面環(huán)氧抗滑面層性能的影響。在工程應用方面，袁景玉［9］研究顏色對隧道內(nèi)駕駛員視覺的影響。周月明［10］研究雙組份彩色陶瓷顆粒路面對公交專用道的影響。

上述研究大多針對彩色路面材料性能與工程應用情況。然而，作為一種在國內(nèi)起步較晚的新興路面，彩色路面產(chǎn)品的更新迭代速度較快，標準與市場的不統(tǒng)一也造成了建設單位選擇的困擾，無法快速針對項目特點進行選擇，相關的技術研究與應用體系還不夠成熟。本文結合現(xiàn)有慢行道彩色路面技術使用情況，對慢行道彩色路面技術進行了歸納分類。結合工程實例，應用計算機視覺中的圖像處理技術獲取評價等級，得到慢行道彩色路面評價方法。

1 彩色路面分類及調(diào)研

1.1 彩色路面分類

彩色路面分類標準較多，如施工工藝、彩色面層厚度、材料種類等。根據(jù)施工工藝的不同，可以分為攤鋪成型、噴涂涂料、刮涂涂料與撒布顆粒。根據(jù)彩色面層厚度，以1 cm為限，超過1 cm的彩色路面定義為厚層路面，厚度小于1 cm的彩色路面定義為薄層路面。根據(jù)材料的不同，可以分為彩色瀝青路面、彩色水泥混凝土路面、彩色聚合物路面，分類結果見表1。

1.2 項目調(diào)研

以資料搜集和現(xiàn)場踏勘的方式，對各類慢行道彩色路面的使用效果和主要指標進行評價與分析。調(diào)查指標分為定量分析和定性分析兩類，其中定量分析類指標通過相關資料、圖紙等內(nèi)業(yè)調(diào)研渠道獲取，定性分析類指標主要通過現(xiàn)場走訪踏勘等外業(yè)調(diào)研渠道獲取。

調(diào)研項目包含了彩色瀝青、彩色透水混凝土、彩色露石混凝土、水性無機鹽類、橡膠類、膠粘石類、 mmA、彩色磚、水性丙烯酸類共9種路面類型，公園、廣場、綠道、停車場、運動場地、醫(yī)院共6種應用場景類型，如圖1所示。

2 評價指標

2.1 評價指標獲取

彩色路面主要評價指標包含耐久性能、抗滑性能、色彩性能、抗污性能、成本指標與場景契合。為了定量分析彩色路面性能指標，采用Visual Studio Code，利用圖像處理法，人工采集樣本點，并記錄這些點的RGB值，遍歷圖片尋找與路面污漬、裂縫、掉籽等顏色相近的點，其中顏色相近是指通過設置閾值，找出與目標點RGB范圍內(nèi)的點，最后統(tǒng)計滿足條件的點的比例，圖2為圖像處理流程。

2.2 耐久性能

耐久性能是指彩色路面在使用過程中，抵抗各種因素保持其原有性能的能力，關系到彩色路面的使用壽命。通過統(tǒng)計路面病害區(qū)域所占比例反映路面耐久性。掉籽率是耐久性的主要控制指標，結合現(xiàn)場調(diào)研結果，以興隆湖綠道彩色路面掉籽病害為例，每半年記錄一次路面情況，發(fā)現(xiàn)掉籽率（圖3）范圍通常為0～12%。以時間為橫坐標，繪制掉籽病害的時程曲線，如圖4所示。從圖中可以看出，掉籽率先緩慢增加后快速增加并逐漸趨于穩(wěn)定。這是由于彩色路面通行初期，膠黏劑及面層結構較穩(wěn)定，路面耐久性僅輕微降低，隨著通行時間的增加，膠黏劑老化速率加快，面層結構穩(wěn)定性降低，掉籽率發(fā)展較快。

2.3 抗滑性能

抗滑性作為路面的重要評價指標，關系到行人及行車安全。我國現(xiàn)行規(guī)范JT/T 712-2008《路面防滑涂料》中以擺式儀測定擺值BPN或用摩擦系數(shù)測定車測定橫向力系數(shù)SFC，以表征路面的抗滑能力。規(guī)范中規(guī)定，路面防滑等級分為高防滑型、中防滑型、普通防滑型三個等級，具體數(shù)值如表2所示。

圖5為調(diào)研的彩色路面初始狀態(tài)的抗滑值測量結果。對普通防滑型的水性SP彩色路面、中防滑型的水性丙烯酸路面、高防滑型的陶瓷顆粒彩色防滑路面開展長期監(jiān)測，繪制抗滑值隨時間變化的時程曲線，如圖6所示。抗滑值先緩慢減小后快速減小至趨于穩(wěn)定。這是由于彩色路面的抗滑作用主要受構造深度和摩擦系數(shù)的影響。經(jīng)歷荷載反復碾壓后，路面上不均勻起伏開口孔隙的平均深度減小，路面摩擦系數(shù)降低，這兩種因素都隨著通行時間的增加緩慢發(fā)展后快速發(fā)展直至趨于穩(wěn)定。

2.4 色彩性能

彩色路面以其絢麗的色彩、精美的圖案而具有較高的觀賞性與美化城市景觀的功能。紅（R）、綠（G）、藍（B）三個顏色通道的變化疊加，幾乎可以得到人類能感知的所有顏色，是目前運用最廣的顏色系統(tǒng)之一。為了精確對比彩色路面使用過程中的顏色變化，采用式（1）將每個顏色的R、G、B值轉化為灰度值，灰度值范圍為0～225，其中0表示全黑，255表示全白。

Gray=2.2R2.2+（1.5G）2.2+（0.6B）2.212.2+1.52.2+0.62.2（1）

式中：Gray代表灰度值，R代表紅色通道值，G代表綠色通道值，B代表藍色通道值。

圖7從左至右分別為同一處彩色路面建成時、通行半年、一年、兩年與三年后的路面顏色情況，通過式（1）可以算出其灰度值分別為164、137、72和69。圖8為灰度值隨時間的變化情況，可以看到，在通行時間一年內(nèi)，灰度值降低速率較快，將此過程定義為顏色快速衰減期;通行時間1～2年，灰度值降低速率變緩，此過程定義為顏色緩慢衰減期;通行時間超過兩年后，灰度值趨于穩(wěn)定，即路面顏色基本不變，此過程定義為顏色穩(wěn)定期。

2.5 抗污性能

抗污性能關系到彩色路面的色彩保持效果，抗污性能差的彩色路面使用效果嚴重降低，增加維護保養(yǎng)成本。與3.2類似，采用圖像法統(tǒng)計路面污漬情況。通過對現(xiàn)場調(diào)研拍攝的圖片進行分析，發(fā)現(xiàn)臟污率在0～13%范圍變化。圖9為現(xiàn)場調(diào)研彩色路面臟污率隨時間變化的關系曲線，可以看出，臟污率隨通行時間增加而緩慢增加后快速增加并趨于穩(wěn)定。

2.6 成本指標

成本指標包含工程造價和施工周期，工程造價主要受路面材料影響，不同彩色路面價格不一。施工周期主要受施工工藝和施工難度影響，部分彩色路面施工工藝較復雜，材料固化干燥速度慢，施工難度大，施工工期長。因此評價時需考慮資金、工期等因素綜合分析。

2.7 場景契合

場景契合度反映了彩色路面與周圍風景、建筑等環(huán)境的匹配程度，影響到彩色路面的表達效果。例如運動類場景的彩色路面需要融合運動帶來的動感活力的氛圍，休閑廣場的彩色路面需要給人以舒適輕松的直觀感受。因此評價時需從人文、藝術以及環(huán)境的協(xié)調(diào)度等因素綜合分析。

3 評價方法

3.1 評價方法

在彩色路面的六個指標中，耐久性能、抗滑性能、色彩性能與抗污性能為定量分析指標，成本指標與場景契合為定性分析指標。對于定量分析指標，可基于不同應用場景將不同指標賦予指標權重。權重需根據(jù)實際項目具體分析，以A、B、C、D分別表示耐久性能、抗滑性能、色彩性能與抗污性能的權重。上文已得到四個指標的時程曲線，因此將初始狀態(tài)值定為100，趨于穩(wěn)定時的狀態(tài)值定為60，在此區(qū)間內(nèi)的任一狀態(tài)可根據(jù)上述方法，按照插值法計算該狀態(tài)對應的狀態(tài)值，結合權重，即可得到綜合考慮四個指標后的評價值。對于定性分析指標，成本指標與場景契合僅作為附加考慮指標。

3.2 評價方法應用

以某一綠道的彩色路面為例，通過調(diào)研可得到其造價、施工難度、場景契合等指標情況。對此彩色路面開展長期監(jiān)測，定量評價指標見表3。

基于運動場地對于抗滑性能要求相對較高的特點，將彩色路面抗滑性能權重設置為35%，對色彩性能要求相對較低，權重為15%，耐久性能和抗污性能權重分別為30%和20%。權重隨慢行道使用場景等實際因素發(fā)生變化。

考慮權重之后的狀態(tài)值如表4所示。可以看到，通行半年后四個指標綜合評價狀態(tài)值為92.81，通行一年后降低為78.58，四個性能均有較大幅度衰減。

繪制衰減時程曲線見圖10，可以看到狀態(tài)值隨通行時間增加，先緩慢減小后快速減小并趨于穩(wěn)定。快速減小起始點（圖10點A）對應的時間約5個月，快速減小終止點（圖10點B）對應的時間約18個月，此彩色路面衰減速率約2.85/月，此方法可以應用于多種慢行道彩色路面，得到不同彩色路面的衰減速率。

4 結論

本文以慢行道彩色路面為研究對象，通過分析歸納與現(xiàn)場調(diào)研結合的形式，確定彩色路面的六個重要評價指標，結合計算機視覺開展圖像處理，分析彩色路面全生命周期服役性能，總體結論：

（1）通過資料收集，總結了慢行道彩色路面技術特點，對技術分類進行了歸納分析。

（2）通過現(xiàn)場調(diào)研分析了慢行道彩色路面技術實際使用效果以及長期服役性能衰減規(guī)律。

（3）確定了慢行道彩色路面的六個重要評價指標，結合計算機視覺圖像處理技術，實現(xiàn)了不同指標的定量化和定性化分析。

（4）提出了慢行道彩色路面綜合評價方法，用于評價某種慢行道彩色路面全生命周期的服役性能和多種彩色路面技術對比分析，可為實際工程的慢行道彩色路面技術的方案比選提供理論參考。

參考文獻

［1］ 成都市規(guī)劃和自然資源局. 成都市慢行交通系統(tǒng)規(guī)劃［S］.2017.

［2］ 成都市規(guī)劃和自然資源局. 成都市公園城市街道一體化導則［S］.2019.

［3］ 北京市規(guī)劃自然資源委. 北京市慢行系統(tǒng)規(guī)劃（2020年-2035年）［S］.2021.

［4］ 重慶住房和城鄉(xiāng)建設委員會. 重慶市慢行系統(tǒng)建設“十四五”規(guī)劃（2021-2025年）［S］.2022.

［5］ 李澤良，程洋. 彩色瀝青混凝土在路面的應用［J］. 混凝土世界， 2014，9（5）：82-83.

［6］ 張文才. 環(huán)氧彩色防滑路面施工過程存在的問題及對策［J］. 山西交通科技， 2016，4（2）：16-18.

［7］ 陳小薇. 彩色防滑路面材料組成對其路用性能的影響［J］. 長安大學學報（自然科學版）， 2020，40（1）：116-124.

［8］ 周彤. 彩色環(huán)氧抗滑層材料耐紫外光老化性能研究［J］. 熱固性樹脂， 2021，36（5）：53-58.

［9］ 袁景玉. 公路隧道內(nèi)路面色彩適宜性研究［J］. 隧道建設， 2021，41（7）：1009-1105.

［10］ 周月明. 雙組分彩色陶瓷顆粒公交專用道彩色路面應用技術研究［J］. 新型建筑材料， 2019，7（2）：144-149.

［11］ 全國交通工程設施（公路）標準化技術委員會." 路面防滑涂料： JT/T 712-2008［S］. 北京： 人民交通出版社， 2008.