基于数字图像的EACCP表面均匀性评价

杨 永 前

(佛山市公路桥梁工程监测站，广东 佛山 528041)



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基于数字图像的EACCP表面均匀性评价

杨 永 前

(佛山市公路桥梁工程监测站，广东 佛山 528041)

在现有研究成果的基础上，借鉴沥青混合料均匀性评价方法，依托重庆市涪陵区EACCP试验路段，通过EACCP表面图像对其表面的露石颗粒尺寸、数量、面积等信息进行了定量分析，为EACCP表面均匀性检测提供了依据。

EACCP，数字图像，表面均匀性

0 引言

相对于普通水泥混凝土路面，露石水泥混凝土路面(EACCP)施工工艺较为复杂，易因集料级配离析、缓凝剂喷洒不均匀、表面除浆时遗漏或未将刷除的砂浆及时清理等因素造成局部露石分布不均，影响其抗滑、降噪效果[1]。对于EACCP露石表面均匀性的评价，宋永朝等[2]提出了以面积相等的4个区域露石颗粒个数的变异系数及实测路面构造深度与期望构造深度的比值来评价EACCP表面离析程度；韩森、王旭等[3]通过对EACCP露石表面图像进行处理，采用相关系数法和露石面积变异系数法对EACCP露石分布状况进行评价。

本文在现有研究成果的基础上，借鉴沥青混合料均匀性评价方法[4,5]，依托重庆市涪陵区EACCP试验路段，通过EACCP表面图像对其表面的露石颗粒尺寸、数量、面积等信息进行定量分析，为快速客观的对EACCP表面均匀性进行检测评价提供依据。

1 EACCP表面均匀性分析

1.1 图像处理

为降低在采集过程中镜头不严格平行于路面以及成像原理等因素造成畸变，在采集图像时用钢尺组成300 mm×300 mm方框作为参照物对图像进行校正和尺寸进行标定，裁切得到200 mm×200 mm图像。为便于对图像中有效信息进行理解分析，需对校正后图像进行去噪处理，降低在图像获取、信息输出、图像格式压缩转换等处理过程中产生的噪声干扰，并进行锐化处理，增强目标与背景的对比。经预处理后的EACCP图像，露石颗粒形状清晰，且与水泥砂浆颜色对比更加明显(见图1)。

为对比不同算法的分割效果，根据目标颗粒与水泥砂浆颜色区分度将EACCP图像分为两类，并分别采用双峰法、迭代法、最大类间差法(Otsu法)对其进行分割，如表1所示。

对于第一类图像三种方法得到阈值相近，Otsu法相对前两种方法得到露石颗粒形状更加清晰。而第二类图像因其灰度直方图为单峰状，不能直接用双峰法确定阈值，迭代法和Otsu法虽都能求得分割阈值，但分割效果均不甚理想，上部区域露石颗粒形状较为模糊。为解决此类采用单一阈值分割所引起的问题，先对图像进行分块，采用Otsu法分割后再进行重新组合，如图2所示。分割后图像较为均匀，较采用单一阈值效果有明显改善。对露石颗粒边界进行圆滑处理并去除细小颗粒后得到最终图像，如图3所示。

表1 三种算法图像分割效果对比

分类原图双峰法迭代法Otsu法第一类(T=115)(T=117)(T=110)第二类直方图为单峰状,无法分割(T=131)(T=137)

1.2 EACCP表面均匀性分析

将图3中200 mm×200 mm区域图像分为4个100 mm×100 mm子区域，并按露石颗粒的粒径范围分别对这4个子区域中露石颗粒数量(并与人工计数法统计结果进行对比)和露石面积率(露石颗粒面积占总面积的百分率)进行统计，结果如表2所示。图像识别法得到露石颗粒总数量与人工计数法基本相同，但人工计数法由于无法准确判定露石颗粒粒径大小，只能对数量进行统计，且计数过程枯燥、速度慢、易出错。

表2 细级配EACCP露石颗粒数量、面积率统计表

粒径mm露石数量露石面积率ⅠⅡⅢⅣ均值标准差变异系数ⅠⅡⅢⅣ均值标准差变异系数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合计146138140150143.55.513.8432.7734.7129.2932.5332.322.246.94人工法148140145152146.255.063.46———————

为观察露石颗粒数量、面积率与粒径的关系，汇出露石颗粒数量、面积率与粒径的关系图，如图4,图5所示。

由上可知，该试件(粗骨料级配范围4.75 mm～9.5 mm)露石颗粒直径大多集中在3 mm～10 mm范围内，且随粒径的增大露石颗粒数量依次减少，大于10 mm的颗粒仅有3个。露石颗粒面积呈单峰状分布(波峰位于6 mm～7 mm处)，与数量的分布存在显著差别。而露石颗粒数量和面积率的变异系数随粒径的变化趋势基本一致，即在较小粒径颗粒分布较为均匀，大粒径颗粒分布离散性较大。

因细级配EACCP露石颗粒粒径较小且范围较窄为分析EACCP表面均匀性与骨料级配的关系，选取粗骨料级配范围为4.75 mm～16 mm，且主观感觉表面分布不均匀的EACCP图像(处理前后分别如图6，图7所示)进行处理分析。

将图7中二值图像(因骨料颜色较深，二值图像中露石颗粒颜色为黑色)分为4个子区域，并按粒径分别对其露石颗粒个数、面积率进行统计，如表3与图8,图9所示。

相对于细级配EACCP试件，露石颗粒数量分布范围变宽，数据波动较大，露石颗粒面积率在6 mm以下区域值较小且4个区域较为均匀，6 mm以上范围4个区域分布差别较大。而从总体上看4个区域露石颗粒总数量相差不大，但各粒径等级内数量及露石面积差别却很明显，因此在对EACCP表面均匀性进行分析评价时，须综合考虑露石颗粒数量与面积两方面因素。

表3 粗级配EACCP露石颗粒数量、面积率统计表

粒径mm露石数量露石面积率ⅠⅡⅢⅣ均值标准差变异系数ⅠⅡⅢⅣ均值标准差变异系数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合计3640434240.253.107.6920.6827.4618.1923.6622.503.9917.74

2 EACCP试验路段检测评价

EACCP试验路段桩号为K2+105～K2+445段，全长340 m。路面结构为20 cm水泥稳定碎石基层+24 cm EACCP面层，混凝土粗集料采用由5 mm～10 mm,10 mm～20 mm,20 mm～30 mm三种规格碎石掺配而成。为对其表面分布均匀性进行评价，分别在左、右车道右侧轮迹带处，以20 m/点频率进行图像采集并对其露石颗粒数量和露石面积率进行统计。

表4 EACCP试验段露石颗粒数量统计表

测点桩号左幅右幅均值标准差变异系数均值标准差变异系数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合计145.8937.5525.74157.5338.6424.53

由表4可知，该试验段各个测点内露石颗粒数量较为均匀，其中23点(总测点数67.6%)变异系数低于10%；但各测点间露石数量，差别较大最大值为216，最小值仅为74，变异系数达25%。因此，可采用4个100 mm×100 mm区域露石颗粒数量的变异系数对单点均匀性进行评价，而对一个路段整体均匀性宜采用单位长度内(如每百米或每公里)各测点露石颗粒数量的变异系数进行评价。

由表5可知，该试验段各个测点内露石面积率离散性较大，个别点变异系数甚至超出30%；各测点间变异系数亦在30%以上。

表5 EACCP试验段露石面积率统计表

3 结语

1)采用分块—组合Otsu分割法对EACCP表面图像进行分割，解决了露石颗粒与水泥砂浆颜色对比不明显、亮度不均问题。

2)数字图像技术可快速准确提取露石颗粒尺寸、数量及面积信息，解决了人工法劳动强度高、易出错、信息单一的缺陷。

3)EACCP表面露石颗粒数量与面积的分布具有显著差别，在对EACCP表面分布均匀性评价时须综合考虑露石颗粒数量、面积两方面的因素。

4)4个100 mm×100 mm区域露石颗粒数量、面积率的变异系数适用于单点均匀性评价，而对一个路段整体均匀性宜采用单位长度内各测点露石颗粒数量及面积率的变异系数进行评价。

[1] 宋永朝，潘晓东，梁乃兴,等.露石水泥混凝土露石表面离析评价研究[J].中外公路，2008，4(2)：44-46.

[2] 宋永朝，潘晓东，梁乃兴.露石水泥混凝土路面质量评价指标研究[J].华东交通大学学报，2008，2(1)：12-15.

[3] 韩 森，王 旭.基于数字图像技术的露石水泥混凝土路面露石分布[J].长安大学学报(自然科学版)，2010，30(6)：1-5.

[4] 彭 勇，孙立军，王元清.数字图像处理在沥青混合料均匀性评价中的应用[J].吉林大学学报(工学版)，2007，37(2)：334-337.

[5] 潘艳珠，吴文亮，王端宜.基于数字图像处理技术的沥青混合料级配离析评价方法[J].中外公路，2011，31(4)：1062-1066.

[6] 刘佳辉.基于OTSU法分区图像识别技术及其在路面均匀性评价中的应用研究[D].广州：华南理工大学硕士学位论文，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

杨永前(1989- )，男，硕士

U412

A