沥青混凝土路面表面形貌及抗滑性能的分形表达研究-论文.pdf

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1、公路2013年5月第5期HIGHWAYMay．2013No．5文章编号：0451—0712(2013)05—0085—04中图分类号：U417．217文献标识码：A沥青混凝土路面表面形貌及抗滑性能的分形表达研究张令刚，钱振东，杨理广，贾文镖(东南大学教育部智能运输系统工程研究中心南京市210096)摘要：为描述沥青混凝土路面的表面形貌及抗滑性能，通过图像处理技术提取沥青混凝土路面数字图像的灰度等值线进行分形分析，获得分形参数。结果表明：沥青混凝土路面具有显著的分形特性，分形维数越大沥青混凝土路面形貌越复杂；尺度参数越大，沥青混凝土路面构造纹

2、理越粗大。提出一个结合了分形维数和尺度系数的粗糙度函数来描述沥青混凝土路面的表面形貌，可以同时描述沥青混凝土路面表面形貌的复杂程度和纹理构造。试验结果表明，沥青混凝土路面的抗滑性能与粗糙度函数值有良好的相关性，粗糙度函数值越大，抗滑性能越好。关键词：沥青混凝土路面；分形；粗糙度；抗滑沥青混凝土路面的表面形貌与其抗滑性能之间试验在车辙板试件上进行，保持光源不变，采集存在重要联系，主要表现在路面的宏观纹理和微观纹图像时要保持CcD摄像机的角度和焦距固定。沥理方面[1]。微观纹理主要影响低速时路面的抗滑性青混凝土路面表面的凹凸不平，反映在灰度图上

3、即能，宏观纹理主要影响高速和雨天时路面的抗滑性表现为灰度值的不同，灰度值越大表现在图像上越能，集料颗粒表面构造和路面颗粒凸出体的分布共同亮，对应的是沥青混凝土路面的凸出部分；灰度值越影响着路面的抗滑性能。当前表征路面抗滑性能的小在图像上越暗，对应沥青混凝土路面的凹陷部参数主要是摆值和构造深度，分别对应路面的微观纹分[6]。不同的灰度等值线之间具有自相似性，其分理和宏观纹理，二者中任一参数均无法全面反映沥青布特征可以反映路面的空间构造特征。采用消除噪混凝土路面的抗滑性能[2_”]。传统上对沥青混凝土声、锐化、增加对比度等手段提高获取的图像质量

4、，路面表面形貌的描述参数包括轮廓参数(轮廓算术平将图像转化为具有256个灰度等级的灰度图[7]。提均偏差和轮廓均方根偏差)、统计分布参数、形状分布取灰度等值线，应用最大类间方差法计算最佳阈值，参数(偏态系数和峰态系数)、支承面积曲线、随机过然后以此阈值获取灰度图像的黑白二值图，通过图程参数等L4]。然而，沥青混凝土路面表面形貌变化是像边缘检测提取灰度等值线完成二值图的图像分一种非平稳的随机过程，传统描述参数随着量测尺寸割，应用盒计数法求得二值图的分形参数。整个过和区间的变化表现出不稳定性。研究表明，沥青混凝程应用MATLAB编程完成，如图1

5、所示。土路面表面形貌具有分形特性，即随着量测尺寸的变I．2盒计数法计算分形参数化其形貌具有自相似性和尺度无关性5]。本文尝试盒计数法主要用于测定具有较高自相似性的图从分形的角度研究沥青混凝土路面表面形貌，利用图形和颗粒分布的分形参数，其测定实验和计算相对像处理技术获取沥青混凝土路面的分形参数，提出一简单，是较为普遍的应用分形维数测定方法之一。个能全面反映沥青混凝土路面抗滑性能的分形粗糙其测量原理是，将边长的方格网覆盖需要测量的度函数，建立其与路面抗滑性能之间的关系。图形，计算出与边界曲线发生重叠的网格数量N()；不断缩小网格边长，就得到一组

6、不同尺度下的重I沥青混凝土路面表面形貌分形特征叠网格数。重叠网格数N()与测量尺度存在幂1．I数字图像处理律关系，即：基金项目：国家自然科学基金资助项目，项目编号5l178114收稿日期：2012—09—25公路2013年第5期性。分形参数具有标度独立性，可以反映沥青混凝土路面表面形貌的内在特性，包括表面的复杂性、不规则性和粗糙程度。分形参数具有明显的物理意义，分形维数D描述的是沥青混凝土路面表面形貌的复杂程度和不规则性，它是一种相似性参数，表征原始图像灰度图像I不同测量尺度下表面形貌相似性的强弱；尺度系数C则是沥青混凝土路面表面形貌的绝对

7、测量参数，它是单位尺度下表面轮廓测度的大小，即表征着单位尺度下表面轮廓平整度的好坏。2粗糙度函数与抗滑性能的分形表达2．1粗糙度函数的分形表达盆计数法二值图袁燕等[8通过试验研究建立了沥青混凝土路面图1图像处理流程分形维数与构造深度的关系，认为分形维数与构造N()一C8。(1)深度成正相关关系，并给出了经验公式；曹平等研究了沥青混凝土路面分形维数与抗滑性能的关系，对式(1)两边取对数得：认为沥青混凝土路面的抗滑性能仅与其分形维数相lnN()一InC—Dln8(2)关。从前面的分析可知，虽然沥青混凝土路面分形式中：D是分形维数；C是尺度系数。

8、维数与表面粗糙度有一定的相关性，但分形维数不从式(2)可以看出，对盒计数法测定的一组和能唯一地决定表面粗糙度，其反映的是沥青混凝土N()在双对数坐标系中进行线性回归，回归直线斜路