CN114283133A - 一种基于最邻近分析的沥青混合料均匀性评价方法 - Google Patents
一种基于最邻近分析的沥青混合料均匀性评价方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114283133A CN114283133A CN202111580887.2A CN202111580887A CN114283133A CN 114283133 A CN114283133 A CN 114283133A CN 202111580887 A CN202111580887 A CN 202111580887A CN 114283133 A CN114283133 A CN 114283133A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- aggregate
- asphalt mixture
- test piece
- section
- uniformity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
本申请涉及一种基于均匀分布的沥青混合料均匀性评价方法,包括:S1:沥青混合料待测样品采集;S2:采用CT扫描技术对由步骤S1制备的沥青混合料进行扫描取样;S3:采集步骤S2扫描得到的CT切片图;S4:对步骤S3中试样CT扫描横截面图像进行处理,分别获得粗集料以及沥青砂浆在横截面上分布的二值图;S5:由步骤S4中获得的粗集料二值图,分别计算二维截面中每个粗集料的面积及质点坐标;S6:通过沥青混合料试件二/三维截面均匀性评价指标对沥青混合料待测样品进行评价。本申请的方法综合考虑了集料的位置、面积和数量信息,克服了现有方法割裂粗集料完整性的缺点;本申请从三维角度出发对整个试件的均匀性进行评价,减小了误差的积累。
Description
技术领域
本发明属于沥青路面均匀性评估技术领域,尤其涉及一种基于最邻近分析的沥青混合料均匀性评价方法。
背景技术
随着我国道路建设和研究的发展,据我国公路的相关统计资料和各地区建设实践经验,沥青路面现在呈现出来的主要问题是由局部破坏引起的路面逐渐破坏,这种破坏常常是路面建成后一、两年或几年内的早期破坏,其形式为裂缝、水损害、松散、坑槽和过量的车撤等。沥青路面早期破坏一直是工程界的一大难题,而沥青混合料的不均匀性是路面早期破坏的主要原因,沥青混合料的均匀性直接关系到沥青路面的力学性能和使用寿命。因此,研究沥青混合料均匀性具有重要的理论意义和工程应用价值。
因为工业CT扫描具有的独特优势,目前对沥青混合料内部结构均匀性的研究大多是以CT扫描切片为基础。综合分析已有的沥青混合料均匀性评价方法,可以发现存在以下局限性:1)一个试件的CT切片众多,为了要准确的评价试件的均匀性就需要计算众多切片的截面评价指标,处理起来比较复;2)每张图片截面均匀性指标的计算是有一定的误差,这种计算方法可能会导致误差的进一步的累积。
发明内容
本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明的目的之一在于提供一种新的沥青混合料均匀性评价方法,从三维整体的角度实现对沥青混合料均匀性评价。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一方面,本申请保护一种基于最邻近分析的沥青混合料均匀性评价方法,包括如下步骤:
S1:沥青混合料待测样品采集;
S2:采用CT扫描技术对由步骤S1制备的沥青混合料进行扫描取样;
S3:采集步骤S2扫描得到的CT切片图;
S4:对步骤S3中试样CT扫描横截面图像进行处理,分别获得粗集料以及沥青砂浆在横截面上分布的二值图;
S5:由步骤S4中获得的粗集料二值图,分别计算二维截面中每个粗集料的面积及质点坐标;
S6:通过沥青混合料试件二维截面均匀性评价指标Ud对沥青混合料待测样品进行评价:
其中,对截面粗集料进行规则量化,把粗集料的质心点作为不规则随机点集,运用二维截面均匀性评价模型对截面均匀性进行评价:
Ud=∑kj(Fj+Rj)
式中:kj—沥青混合料截面内第j档集料的面积比;
Gj—第j档集料颗粒总面积;
G—沥青混合料截面内各档集料总面积;
Ud—为沥青混合料试件二维截面均匀性评价指标;
其中,Ud值越大,则截面均匀性越差,反之,Ud越小,截面均匀性越好。
另一方面,本申请还保护一种基于最邻近分析的沥青混合料均匀性评价方法,包括如下步骤:
S1:沥青混合料待测样品采集;
S2:采用CT扫描技术对由步骤S1制备的沥青混合料进行扫描取样;
S3:采集步骤S2扫描得到的CT切片图;
S4:对步骤S3中试样CT扫描横截面图像进行处理,分别获得粗集料以及沥青砂浆在横截面上分布的二值图;
S7:将步骤S4得到的试件CT扫描横截面图进行三维建模,获得试件三维实体模型;
S8:由步骤S7获得的试件三维实体模型,分别计算试件三维模型当中每个粗集料的体积及其质点三维坐标;
S9:通过沥青混合料试件整体均匀性三维评价指标Uz对沥青混合料待测样品进行评价;
其中,在三维重构之后,对试件内部粗集料进行规则量化,把粗集料的重心点作为不规则随机点集,运用三维实体均匀性评价模型对沥青混合料试件均匀性进行评价:
Uz=∑kj(Fj+Rj)
式中:kj—沥青混合料截内第j档集料的体积比;
Gj—试件中第j档集料颗粒总体积;
G—沥青混合料试件内各档集料总体积;
Uz—沥青混合料试件整体均匀性三维评价指标。
进一步地,在步骤S9中,还包括以下步骤:
S91:计算第j档集料重心与试件几何中心的距离偏差Sj:
Rj=Sj/r
xij、yij—试件第j档集料中第i个集料的颗粒重心坐标位置;
n—试件第j档集料中颗粒总数目;
Sj—第j档集料重心与试件几何中心的距离偏差;
Rj—第j档集料重心与试件几何中心的偏差率;
r—试件几何中心至试件边缘的距离;
S92:计算试件中第j档集料颗粒间距离偏差Fj
Tij=dijfij
式中:fij—试件中第j档集料中第i个集料占整个第j档集料体积权重;
Vij—第j档集料中第i个集料的体积;
Vj—第j档集料颗粒总体积;
Tij—第j档集料中第i个集料与其最邻近颗粒之间重心距离的加权值;
dij—第j档集料中第i个集料与其最邻近颗粒之间的重心距离;
Fj—试件中第j档集料颗粒间距离偏差;
n—试件第j档集料中颗粒总数目。
进一步地,在扫描试件时需保证所有试件的CT图像均在相同的CT设备参数下获得。
进一步地,通过图像修剪、图像灰度化、图像增强、图像分割和图像后处理获得粗集料在横截面上的分布二值图。
进一步地,采用分水岭分割方法提取沥青混合料的粗集料信息,并采用AVIZO中的孔洞填充和形态学工具,对图像进行后处理。
进一步地,把沥青混合料内部结构简化为粗集料和沥青砂浆两部分。
进一步地,首先根据所需图像大小对原始切片进行图像裁剪并灰度化,然后运用边缘保留滤波器对图像进行降噪处理,在平滑图像的同时尽可能的保留边缘;接着对进行灰度均匀化和亮度均衡,消除切片本身导致的图像亮度中间低,两边高的缺陷。
与现有技术相比,本发明具有的优势在于:
1、对沥青混合料均匀性的评价从相邻粗集料之间的关系出发,综合考虑了集料的位置信息、面积信息和数量信息,克服了以往的区域评价方法割裂了粗集料完整性的缺点。
2、在对整个试件均匀性评价上,以往的方法通过将所有截面的截面均匀性计算出之后,再计算这些截面评价指标之间的标准差或均值完成对单一试件的均匀性评价。但是这种评价方法有一定的局限性,首先一个试件的CT切片众多,为了要准确的评价试件的均匀性就需要计算众多切片的截面评价指标,处理起来比较复杂。此外,每张图片截面均匀性指标的计算是有一定的误差,这种计算方法可能会导致误差的进一步的累积。而本方法采用三维建模的方法将试件重构之后,从三维角度出发对整个试件的均匀性进行评价,减小了误差的积累,更加符合实际。
附图说明
图1为本申请实施例的一种基于均匀分布的沥青混合料均匀性评价方法的试件CT扫描示意图;
图2为本申请实施例的一种基于均匀分布的沥青混合料均匀性评价方法的沥青混合料试件CT扫描图;
图3为本申请实施例的一种基于均匀分布的沥青混合料均匀性评价方法的图像处理之后的粗集料分布二值图;
图4为本申请实施例的一种基于均匀分布的沥青混合料均匀性评价方法的沥青混合料三维重构模型图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图进行实例操作,对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是,所描述的实例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。
本申请从细观结构出发,以沥青混合料的芯样为研究对象,借助于X-ray CT技术无损获取试件内部的结构信息并结合数字图像技术识别沥青混合料内部结构,以沥青混合料粗集料(>2.36mm)和沥青砂浆面积为主要特征参数,建立沥青混合料内部结构二维截面和三维实体均匀性评价方法。
参见图1-4,下面结合本申请的一个具体实施例,对本申请的一种基于均匀分布的沥青混合料均匀性评价方法做进一步介绍,包括以下所述步骤:
第一步:采样
根据实验需求,采集待测的沥青混合料待测样品。
第二步:图像采集
为了保证图像质量的统一,采用同一种CT设备并在统一扫描参数之后,对试件进行扫描,获得试件的CT扫描切片图。
第三步:图像处理
在沥青混合料均匀性研究中,细集料由于颗粒细小、数量众多,基本不存在离析问题,而粗集料的分布状态对于沥青混合料的均匀性则有重要影响,因为混合料中其他组成的分布状态都是由它所决定的。因此,可以简单把沥青混合料内部结构简化为:粗集料和沥青砂浆两部分。通过图像修剪、图像灰度化、图像增强、图像分割和图像后处理获得粗集料在其横截面上的分布二值图。
具体的,首先根据所需图像大小对原始切片进行图像裁剪并灰度化,然后运用边缘保留滤波器对图像进行降噪处理,在平滑图像的同时尽可能的保留边缘。接着对进行灰度均匀化和亮度均衡,消除切片本身导致的图像亮度中间低,两边高的缺陷。最后对图像进行采用分水岭分割方法提取沥青混合料的粗集料信息,并采用AVIZO中孔洞填充和形态学工具对图像进行后处理。
第四步:基于均匀分布的沥青混合料二维截面均匀性评价
在获得试件二维截面粗集料分布二值图之后,对截面粗集料进行规则量化,把粗集料的质心点作为不规则随机点集。运用二维截面均匀性评价模型对截面均匀性进行评价。
Ud=∑kj(Fj+Rj)
式中:kj—沥青混合料截内第j档集料的面积比;
Gj—第j档集料颗粒总面积;
G—沥青混合料截面内各档集料总面积;
Ud—为沥青混合料试件单层截面均匀性评价指标;
提出截面均匀性指标Ud作为衡量截面均匀性的标准,Ud值越大,则截面均匀性越差,反之,Ud越小,截面均匀性越好。
第五步:沥青混合料试件的三维重构
将第三步获得的沥青混合料试件CT图像,采用体绘制的方法,建立试件三维模型,生成的模型能够保留沥青混合料试件丰富的细观材料,在基于单位尺寸的设定,能够进行三维体积数据的提取与分析。
进一步的,本次实例模型计算单位设定为微米,但体素为100.0微米*100.0微米*100.0微米。
第六步:沥青混合料试件均匀性评价
在三维重构之后,对试件内部粗集料进行规则量化,把粗集料的重心点作为不规则随机点集。运用三维实体均匀性评价模型对沥青混合料试件均匀性进行评价。
Uz=∑kj(Fj+Rj)
式中:kj—沥青混合料截内第j档集料的体积比;
Gj—试件中第j档集料颗粒总体积;
G—沥青混合料试件内各档集料总体积;
Uz—沥青混合料试件整体均匀性评价指标;
提出试件均匀性指标UZ作为衡量沥青混合料试件整体均匀性的标准,UZ值越大,则试件均匀性越差,反之,UZ越小,试件均匀性越好。
以下结合图1-4,介绍本申请的一个具体实施例:
一种基于均匀分布的沥青混合料均匀性评价方法,包括下述步骤:
第一步:制样
本文采用马歇尔试验设计方法,根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)推荐的级配范围进行沥青混合料配合比设计,制作了AC-13芯样,下表为其级配曲线:
表1 AC-13沥青混合料的级配曲线
第二步:图像采集
统一CT扫描设备参数,对成型的AC-13试件进行扫描,得到400张精度为880*880像素的图像。
第三步:图像处理
通过图像裁剪、图像灰度化、图像增强、图像分割和图像后处理,得到截面的二值化图。可以把沥青混合料内部结构简化为:粗集料和沥青砂浆。
第四步:基于均匀分布的沥青混合料二维截面均匀性评价
取处理之后的圆形平面截面图,以粗集料的质心为随机点,按照均匀分布理论对粗集料的分布进行规则量化。以上文所给截面图为例,经计算,其截面均匀性计算结果如下:
第五步:沥青混合料试件的三维重构
采用体绘制的方法,将第三步获得沥青混合料处理图进行三维重构。并将模型计算单位设定为微米,单体素为100.0微米*100.0微米*100.0微米。并计算粗集料的体积。
第六步:沥青混合料试件均匀性评价
以粗集料的重心作为随机点,按照试件三维实体均匀分布理论对粗集料的分布进行规则量化,其计算结果如下所示:
上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例,而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。
Claims (9)
1.一种基于最邻近分析的沥青混合料均匀性评价方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:沥青混合料待测样品采集;
S2:采用CT扫描技术对由步骤S1制备的沥青混合料进行扫描取样;
S3:采集步骤S2扫描得到的CT切片图;
S4:对步骤S3中试样CT扫描横截面图像进行处理,分别获得粗集料以及沥青砂浆在横截面上分布的二值图;
S5:由步骤S4中获得的粗集料二值图,分别计算二维截面中每个粗集料的面积及质点坐标;
S6:通过沥青混合料试件二维截面均匀性评价指标Ud对沥青混合料待测样品进行评价:
其中,对截面粗集料进行规则量化,把粗集料的质心点作为不规则随机点集,运用二维截面均匀性评价模型对截面均匀性进行评价:
Ud=∑kj(Fj+Rj)
式中:kj—沥青混合料截面内第j档集料的面积比;
Gj—第j档集料颗粒总面积;
G—沥青混合料截面内各档集料总面积;
Ud—为沥青混合料试件二维截面均匀性评价指标;
其中,Ud值越大,则截面均匀性越差,反之,Ud越小,截面均匀性越好。
2.根据权利要求1所述的沥青混合料均匀性评价方法,其特征在于,在步骤S6中,还包括以下步骤:
S61:计算第j档集料质心与截面几何中心的偏差率Rj:
Rj=Sj/r
xij、yij—第j档集料中第i个集料的颗粒坐标位置;
n—第j档集料中颗粒总数目;
Sj—第j档集料质心与截面几何中心的距离偏差;
Rj—第j档集料质心与截面几何中心的偏差率;
r—截面几何中心至截面边缘的距离;
S62:计算第j档集料颗粒间距离偏差Fj:
Mij=dijfij
式中:fij—第j档集料中第i个集料占整个第j档集料面积权重;
Gij—第j档集料中第i个集料的面积;
Gj—第j档集料颗粒总面积;
Mij—第j档集料中第i个集料与其最邻近颗粒之间质心距离的加权值;
dij—第j档集料中第i个集料与其最邻近颗粒之间的质心距离;
Fj—第j档集料颗粒间距离偏差;
n—第j档集料中颗粒总数目。
3.一种基于最邻近分析的沥青混合料均匀性评价方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:沥青混合料待测样品采集;
S2:采用CT扫描技术对由步骤S1制备的沥青混合料进行扫描取样;
S3:采集步骤S2扫描得到的CT切片图;
S4:对步骤S3中试样CT扫描横截面图像进行处理,分别获得粗集料以及沥青砂浆在横截面上分布的二值图;
S7:将步骤S4得到的试件CT扫描横截面图进行三维建模,获得试件三维实体模型;
S8:由步骤S7获得的试件三维实体模型,分别计算试件三维模型当中每个粗集料的体积及其质点三维坐标;
S9:通过沥青混合料试件整体均匀性三维评价指标Uz对沥青混合料待测样品进行评价;
其中,在三维重构之后,对试件内部粗集料进行规则量化,把粗集料的重心点作为不规则随机点集,运用三维实体均匀性评价模型对沥青混合料试件均匀性进行评价:
Uz=∑kj(Fj+Rj)
式中:kj—沥青混合料截内第j档集料的体积比;
Gj—试件中第j档集料颗粒总体积;
G—沥青混合料试件内各档集料总体积;
Uz—沥青混合料试件整体均匀性三维评价指标。
4.根据权利要求1所述的沥青混合料均匀性评价方法,其特征在于,在步骤S9中,还包括以下步骤:
S91:计算第j档集料重心与试件几何中心的距离偏差Sj:
Rj=Sj/r
xij、yij—试件第j档集料中第i个集料的颗粒重心坐标位置;
n—试件第j档集料中颗粒总数目;
Sj—第j档集料重心与试件几何中心的距离偏差;
Rj—第j档集料重心与试件几何中心的偏差率;
r—试件几何中心至试件边缘的距离;
S92:计算试件中第j档集料颗粒间距离偏差Fj
Tij=dijfij
式中:fij—试件中第j档集料中第i个集料占整个第j档集料体积权重;
Vij—第j档集料中第i个集料的体积;
Vj—第j档集料颗粒总体积;
Tij—第j档集料中第i个集料与其最邻近颗粒之间重心距离的加权值;
dij—第j档集料中第i个集料与其最邻近颗粒之间的重心距离;
Fj—试件中第j档集料颗粒间距离偏差;
n—试件第j档集料中颗粒总数目。
5.根据权利要求1-4之一所述的沥青混合料均匀性评价方法,其特征在于,在扫描试件时需保证所有试件的CT图像均在相同的CT设备参数下获得。
6.根据权利要求1-4之一所述的沥青混合料均匀性评价方法,其特征在于,通过图像修剪、图像灰度化、图像增强、图像分割和图像后处理获得粗集料在横截面上的分布二值图。
7.根据权利要求6所述的沥青混合料均匀性评价方法,其特征在于,采用分水岭分割方法提取沥青混合料的粗集料信息,并采用AVIZO中的孔洞填充和形态学工具,对图像进行后处理。
8.根据权利要求6所述的沥青混合料均匀性评价方法,其特征在于,把沥青混合料内部结构简化为粗集料和沥青砂浆两部分。
9.根据权利要求6所述的沥青混合料均匀性评价方法,其特征在于,首先根据所需图像大小对原始切片进行图像裁剪并灰度化,然后运用边缘保留滤波器对图像进行降噪处理,在平滑图像的同时尽可能的保留边缘;接着对进行灰度均匀化和亮度均衡,消除切片本身导致的图像亮度中间低,两边高的缺陷。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111580887.2A CN114283133A (zh) | 2021-12-22 | 2021-12-22 | 一种基于最邻近分析的沥青混合料均匀性评价方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111580887.2A CN114283133A (zh) | 2021-12-22 | 2021-12-22 | 一种基于最邻近分析的沥青混合料均匀性评价方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114283133A true CN114283133A (zh) | 2022-04-05 |
Family
ID=80873760
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202111580887.2A Pending CN114283133A (zh) | 2021-12-22 | 2021-12-22 | 一种基于最邻近分析的沥青混合料均匀性评价方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114283133A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117218126A (zh) * | 2023-11-09 | 2023-12-12 | 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 | 图像处理视域下沥青混合料均匀性计算方法 |
-
2021
- 2021-12-22 CN CN202111580887.2A patent/CN114283133A/zh active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117218126A (zh) * | 2023-11-09 | 2023-12-12 | 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 | 图像处理视域下沥青混合料均匀性计算方法 |
CN117218126B (zh) * | 2023-11-09 | 2024-02-13 | 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 | 图像处理视域下沥青混合料均匀性计算方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Erdogan et al. | Three-dimensional shape analysis of coarse aggregates: New techniques for and preliminary results on several different coarse aggregates and reference rocks | |
Zelelew et al. | An improved image processing technique for asphalt concrete X-ray CT images | |
Zhang et al. | Accurate detection and evaluation method for aggregate distribution uniformity of asphalt pavement | |
Lu et al. | Measurement of air void system in lightweight concrete by X-ray computed tomography | |
CN110443793B (zh) | 一种沥青混合料空隙分布均匀性评价方法 | |
CN109211904B (zh) | 一种沥青混合料二维内部结构检测系统及检测方法 | |
CN109584286B (zh) | 一种基于广义回归神经网络的沥青路面构造深度计算方法 | |
CN105445160B (zh) | 一种沥青混合料的空隙特征及其提取方法 | |
Zhang et al. | Evaluation methods and indexes of morphological characteristics of coarse aggregates for road materials: A comprehensive review | |
CN104809756B (zh) | 基于X-ray CT图像的沥青混合料空隙空间结构重构方法 | |
Zelelew et al. | Application of digital image processing techniques for asphalt concrete mixture images | |
CN114283133A (zh) | 一种基于最邻近分析的沥青混合料均匀性评价方法 | |
Lyu et al. | Relationship between fine aggregate size and the air void system of six mortars: I. Air void content and diameter distribution | |
Hu et al. | A two-dimensional entropy-based method for detecting the degree of segregation in asphalt mixture | |
CN111175323A (zh) | 一种基于3d打印沥青混合料三维可视化结构的分析方法 | |
Wu et al. | Estimating the gradation of asphalt mixtures using X-ray computerized tomography and stereology method | |
Kenny et al. | Characterization of the interfacial transition zone around steel rebar by means of the mean shift method | |
Paixão et al. | Evaluation of ballast particle degradation under micro-deval testing using photogrammetry | |
Zhang et al. | Study on void structure reconstruction of asphalt mixture by X-ray computed tomography and otsu’s method | |
CN114441566A (zh) | 一种建筑固体废弃物路用再生骨料形态特征评价方法 | |
True et al. | Voidage assessment of concrete using digital image processing | |
Duan et al. | A new method to characterize the stone-stone contact degree of asphalt mixture using x-ray computed tomography images | |
Gopalakrishnan et al. | Attempt at quantifying the degree of compaction in HMA using image analysis | |
CN114034617B (zh) | 一种沥青混合料三维空隙连通性的表征和评价方法 | |
CN113386358B (zh) | 一种应用增材技术制备标准人造集料的方法和系统 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |