一种沥青路面表面构造二维测试评价系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种沥青路面表面构造二维测试评价系统及方法。评价系统包括图像获取模块、图像处理模块、表面构造线拾取模块、表面构造线处理模块、分析计算模块。评价方法包括以下步骤：1，制作沥青混合料试件；2，获取所述沥青混合料试件的断面扫描图像；3，预处理所述断面扫描图像，得断面扫描灰度图；4，拾取所述断面扫描灰度图的表面构造线；5，对所述表面构造线进行坏点删除、防混淆滤波、加窗函数、离散傅里叶变换，得所述表面构造线的恒带宽窄频谱；6，对所述表面构造线的恒带宽窄频谱进行功率谱分析，并计算用于沥青路面表面构造的评价指标倍频程指数LTX,i?j。本发明测试精度高、操作简单、费用低、易于推广。
【专利说明】
-种源青路面表面构造二维测试评价系统及方法
技术领域
[0001] 本发明设及路面表面构造检测领域，特别设及一种渐青路面表面构造二维测试评 价系统及方法。
【背景技术】
[0002] 路面抗滑性能直接关系道路行车安全性，尤其对于高等级公路中普遍使用的渐青 路面，其抗滑性能已成为继早期病害之后的又一关注焦点。同时，噪声污染已与废气、废水、 废渣并列为城市四大污染物，尤其是道路交通噪声，已经成为一个严重的社会公害问题，给 人们的生产和生活造成了越来越大的干扰与危害，严重影响了人们的身屯、健康及生活质 量。
[0003] 表面构造特性对路面抗滑降噪性能影响较大，如何准确测试并评价渐青混合料表 面构造水平及分布特性，是准确预测并改善渐青混合料表面抗滑降噪性能的前提。目前，我 国现行规范中规定的路面表面构造测试方法主要有铺砂法、摆式摩擦系数测试仪法及激光 断面测试法等，其中铺砂法和摆式摩擦系数测试仪法由于操作过程受人为因素的影响较 大，致使测试结果离散性较大，精度不高;而激光断面扫描测试法，测试设备比较昂贵，故大 面积推广应用难度较大。综上所述，现行规范中规定的路面表面构造测试方法存在测试精 度不高或测试设备昂贵、难W推广的不足，且仅能获得表征路面表面构造整体水平的评价 指标，未能反映路面表面构造分布特性。因此如何准确测量和评价渐青混合料宏观和微观 构造，建立科学合理的表面构造评价体系，是渐青混合料表面抗滑降噪性能预测首要解决 的关键问题。
[0004] 随着图像处理技术的发展，基于图像处理的路面表面构造测试法操作简单、测量 精度高、无需昂贵的专业测试设备，因此对其的研究和应用越来越广泛。基于数字图像技术 的路面表面构造评价方法通常从路面正上方拍摄的路面二维表面图像，一般用于路面病害 检测等，但是由于其维数的限制，很难实现全面客观地分析路面表面构造特性的目的。为了 克服此困难，基于=维立体重构技术，使用二维路面表面图像，进行路面表面构造的=维重 建，是实现全面客观分析路面表面构造特性的有效途径，但是由于=维重构算法的一些假 设和不完善，致使=维重构路面表面构造分析精度较低，难W实现对路面微观构造的准确 分析和评价。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提出一种渐青混合料二维表面构 造测试评价系统及方法，能够准确、便捷地测量和评价渐青路面表面构造水平及其分布特 性。
[0006] 为了达到上述目的，本发明采用W下技术方案予W实现。
[0007] (1) -种渐青路面表面构造二维测试评价系统，其特征在于，所述评价系统包括： [000引图像获取模块，用于获取渐青混合料试验试件的断面扫描图像；
[0009] 图像处理模块，用于预处理所述断面扫描图像，得断面扫描灰度图；
[0010] 表面构造线拾取模块，用于拾取所述断面扫描灰度图的表面构造线；
[0011] 表面构造线处理模块，用于对所述表面构造线进行坏点删除、防混淆滤波、加窗函 数、离散傅里叶变换，得所述表面构造线的恒带宽窄频谱；
[0012] 分析计算模块，用于对所述表面构造线的恒带宽窄频谱进行功率谱分析，并计算 用于渐青路面表面构造的评价指标倍频程指数。
[0013] (2) -种渐青路面表面构造的二维测试评价方法，其特征在于，包括W下步骤：
[0014] 步骤1，制作渐青混合料试验试件；
[0015] 步骤2,获取所述渐青混合料试验试件的断面扫描图像；
[0016] 步骤3,预处理所述断面扫描图像，得断面扫描灰度图；
[0017] 步骤4，拾取所述断面扫描灰度图的表面构造线；
[0018] 步骤5,对所述表面构造线进行坏点删除、防混淆滤波、加窗函数、离散傅里叶变 换，得所述表面构造线的恒带宽窄频谱；
[0019] 步骤6,对所述表面构造线的恒带宽窄频谱进行功率谱分析，并计算用于渐青路面 表面构造的评价指标倍频程指数Ltx,i-j，采用下式进行计算
[0020]
[0021] 式中，i、j分别为第i、j个倍频带中屯、频率处的表面构造波长，i-j表示波长i到波 长j范围内的所有倍频带中屯、频率对应的波长值，m表示第m个倍频带中屯、频率处的表面构 造波长，Ltx,"为波长m处倍频带的表面构造水平， L早《器为波长为m处倍频带的表面构造水 平的平均值，Ltx,d为波长i到波长j范围内的用于渐青路面表面构造的评价指标倍频程指 数。
[0022] 本发明的特点和进一步的改进为：
[0023] (1)步骤3具体包括W下子步骤：
[0024] (3a)灰度化所述断面扫描图像；
[0025] (3b)消除所述断面扫描图像的噪点；
[0026] (3c)将所述断面扫描图像的空间域转换为频率域；
[0027] (3d)然后在所述断面扫描图像的频率域对所述断面扫描图像进行锐化滤波处理；
[0028] (3e)再将所述断面扫描图像的频率域转换为空间域，得预处理后的断面扫描灰度 图。
[0029] (2)步骤4具体包括如下子步骤：
[0030] (4a)识别灰度判断阔值；
[0031] (4b)将低于灰度判断阔值的像素点灰度值置零，然后W所述断面扫描图像的边缘 为基准线，捜索灰度值不为零的点，所述灰度值不为零的点依次构成了渐青混合料的表面 构造线。
[0032] (3)子步骤(4a)具体包括如下子步骤：
[0033] (4al)截取所述断面扫描灰度图中局部区域，所述局部区域包含部分背景、部分渐 青胶浆和部分集料，得到局部区域灰度图；
[0034] (4a2)将所述局部区域灰度图W像素灰度值大小为列计算每一列中所有像素灰度 值的总和，绘制所对应的像素灰度值列总和分布图；
[0035] (4曰3)通过所述像素灰度值列总和分布图，绘制所述局部区域灰度图的灰度直方 图，并对该灰度直方图进行拟合，得到灰度直方图的拟合曲线；
[0036] (4a4)通过所述灰度直方图的拟合曲线，确定斜率最大的拐点，该拐点所对应的像 素灰度值即为所需阔值。
[0037] (3)步骤5中，对所述表面构造线加窗函数，所述窗函数具体为SCB(Split Consine Bell)窗函数巧,，如下式
[00；3 引
[0039] 式中，N表示防混淆滤波后的表面构造线划分的窗的个数。
[0040] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0041] 本发明利用图像处理技术及频谱分析方法研发的渐青混合料表面构造二维测试 评价系统及方法，将空间域的渐青混合料二维表面构造波转换为频域波，在频域波的基础 上分析获取能够全面准确表征渐青混合料二维表面构造特性的倍频程指数。
[0042] 本发明具有测试精度高、操作简单、费用低等优点，能够克服=维重构算法的测试 精度较低、难W实现对路面微观构造准确分析和评价的不足，且可W弥补传统路面表面构 造测试方法使用单一评价指标评价路面表面构造整体特性存在的不足，能够准确客观地测 试和评价渐青混合料表面宏观构造及微观构造的整体特性和分布特性，是一种价格低廉、 易于推广的新型测试和评价系统及方法。
【附图说明】
[0043] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的 附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领 域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可W根据运些附图获得其他的附 图。
[0044] 图1为本发明渐青路面表面构造二维测试评价系统的结构示意图；
[0045] 图2为本发明渐青路面表面构造二维测试评价方法的流程示意图；
[0046] 图3为本发明实施例中渐青混合料断面扫描图像的降噪、锐化预处理过程示意图： (a)原始扫描RGB图像；（b)灰度数字图像；（C)施加了高斯平滑滤波器后的图像；（d)施加拉 普拉斯高通滤波器后的图像;（e)锐化后的图像;（f)再次施加高斯平滑滤波器后的图像；
[0047] 图4为本发明实施例中包含部分背景、部分集料和部分渐青胶浆的局部区域灰度 图；
[0048] 图5为本发明实施例中局部区域图对应的像素灰度值列总和分布图，其中，横坐标 为距离，纵坐标为每一列像素灰度值的总和；
[0049] 图6为本发明实施例中的灰度直方图，其中，横坐标为像素灰度值，纵坐标为像素 数；
[0050] 图7为本发明实施例中渐青混合料断面扫描灰度图像的表面构造线示意图：（a)为 表面构造线1示意图，（b)为表面构造线2示意图；
[0051] 图8为本发明实施例中渐青混合料断面扫描灰度图像的二维等高线图；
[0052] 图9为本发明实施例中渐青混合料断面扫描灰度图像的二维等高线图中1处的放 大图；
[0053] 图10为本发明实施例中渐青混合料断面扫描灰度图像的二维等高线图1处放大图 中2处的放大图，其中，3000、3400、3800、4300、4800分别代表像素点个数，Al、A2、A3分别代 表空隙底部，81、82、83、84分别代表空隙壁坡面，(：代表渐青胶浆，01、02代表集料；
[0054] 图11为本发明实施例中渐青混合料断面扫描灰度图像的灰度直方图；其中，横坐 标为像素灰度值，纵坐标为像素数；
[0055] 图12为本发明渐青混合料断面扫描图像的表面构造线拾取过程示意图；
[0056] 图13为本发明实施例中渐青混合料表面构造水平随表面构造波长的分布图；其 中，横坐标为表面构造波长，纵坐标为表面构造水平；
[0057]图14为两种不同的渐青路面不意图。
【具体实施方式】
[0058] 下面将结合本发明实施例的附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显 然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实 施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属 于本发明保护的范围。
[0059] 如图1所示，本发明提供一种渐青路面表面构造二维测试评价系统，所述评价系统 包括：
[0060] 图像获取模块用于获取渐青混合料试验试件的断面扫描图像；
[0061] 图像处理模块用于降噪、锐化预处理所述扫描图像；
[0062] 拾取模块用于拾取所述扫描图像的表面构造线；
[0063] 分析模块用于对所述表面构造线进行端头误差处理、坏点删除、防混淆滤波、加窗 函数、离散傅里叶变换W及功率谱分析；
[0064] 计算模块用于渐青路面表面构造的评价指标表面构造倍频程指数Ltx,^的计算。
[0065] 如图2所示，本发明还提供了一种渐青路面表面构造二维测试评价方法，包括W下 步骤：
[0066] 步骤1，制作渐青混合料试验试件；
[0067] 步骤2,获取所述渐青混合料试验试件的断面扫描图像；
[0068] 步骤3，降噪、锐化预处理所述扫描图像；
[0069] 步骤4,拾取所述扫描图像的表面构造线；
[0070] 步骤5,对所述表面构造线进行端头误差处理、坏点删除、防混淆滤波、加窗函数、 离散傅里叶变换W及功率谱分析；
[0071] 步骤6,渐青路面表面构造的评价指标表面构造倍频程指数LTX,d的计算;采用下 式进行计算
[0072]
[0073] 式中，i、j分别为第i、j个倍频带中屯、频率处的表面构造波长，i-j表示表示波长i 到波长j范围内的所有倍频带中屯、频率对应的波长值，m表示第m个倍频带中屯、频率处的表 面构造波长，Ltx,"为波长m处倍频带的表面构造水平，L贯器为波长为m处倍频带的表面构 造水平的平均值，Ltx,d为波长i到波长j范围内的用于渐青路面表面构造的评价指标倍频 程指数。
[0074] 本发明的技术方案通过如下试验进一步说明。
[00巧]示例性的，
[0076] (1)现场取样
[0077] 按照《公路工程路基路面现场测试规程》中T 0901 -2008的规定进行现场取样。现 场取样选取能够代表所测路面表面构造特性的路段，取样数量满足评价要求，每取样点至 少取3个试样，试样间的距离为3~5m。
[0078] (2)制作渐青混合料试验试件
[0079] 为了确保得到的渐青混合料表面构造线总长度大于750mm，即够满足ISO. 13473-4 中规定的分析微观构造和宏观构造所需最小分析长度的要求，将旋转压实试件在中间位置 W及距离中间位置25mm的两边，分别使用喷水冷却型石料切割机慢速切割3刀，形成6个剖 切面;然后将切割好的试件切片在室内放置24小时，使其表面水分充分蒸发。
[0080] (3)获取所述渐青混合料试验试件的断面扫描图像
[0081] 将上述渐青混合料试验试件置于扫描仪上进行扫描，从而获取渐青混合料试验试 件的断面扫描图像。其中，扫描仪为扫描精度大于1200pix/inch的常规办公用平板扫描仪， 扫描精度的要求是为了满足渐青混合料微观构造的分析要求;扫描时，在扫描仪屏幕表面 放置一张透明塑料薄膜，防止扫描仪屏幕表面出现划痕。
[0082] (4)降噪、锐化预处理所述断面扫描图像
[0083] 通过图像处理模块对上述渐青混合料试验试件的断面扫描图像进行降噪、锐化预 处理，如图3所示，先对断面扫描图像进行灰度数字化，得到断面扫描图像灰度图，再对其依 次施加高斯平滑滤波器、拉普拉斯高通滤波器，然后锐化，最后再次施加高斯平滑滤波器。
[0084] (5)拾取所述断面扫描图像的表面构造线
[0085] 截取经过预处理后的渐青混合料断面灰度图中仅包含背景、渐青胶浆和集料的一 小块局部区域图像，得局部区域灰度图，如图4所示;然后将此局部区域图像W像素点大小 为列，计算每一列中所有像素灰度值的总和，如下式所示
[0086]
[0087]式中，h = 1，…，ho，h为图像水平方向的像素，其值为1~ho; V为图像竖直方向的像 素，其值为1~VO; r为每个像素的灰度值;P化)代表图像中h列竖直方向上的各像素灰度值 的总和。
[0088] 该局部区域灰度图各列中所有像素灰度值总和在水平方向的分布，如图5所示，此 局部区域灰度图从左到右依次为背景、渐青胶浆和集料部分，且=部分之间存在明显的界 限巧PII。
[0089] 通过像素灰度值列总和分布图绘制局部区域灰度图的灰度直方图，并对该灰度直 方图进行拟合，得到灰度直方图的拟合曲线图，如图6所示。灰度直方图的拟合曲线图上也 明显呈现出=个组成阶段，且各组成阶段的像素灰度值差异较大，背景与渐青胶浆部分的 界限IW及渐青胶浆和集料部分的界限II，在各列的灰度值分布图上分别对应的是曲线斜 率最大的位置A和C;
[0090] 拟合曲线图上有=个明显的峰值，运主要是因为组成背景、渐青胶浆和集料部分 的像素个数要明显多于组成=者分界线I和II的像素数。第一个峰值和第二个峰值之间的 谷底，即为背景和渐青胶浆的分界灰度值A，第二个峰值和第=个峰值之间的谷底，则是渐 青胶浆和集料部分的分界灰度值C。
[0091] 将背景和渐青胶浆部分的分界灰度值A作为阔值，施加在渐青混合料断面灰度图 像上，便可得到背景和渐青混合料的分界线，为图7(a)中的构造线1，但是渐青混合料表面 的实际构造线应该是图7(b)中的构造线2,也就是渐青混合料表面的开口空隙与渐青胶浆 及集料的分界线。
[0092] 为了更加直观地分析构造线1和混合料表面实际构造线2的关系，绘制了渐青混合 料断面灰度图像的二维平面等高线图，如图8所示。从渐青混合料断面灰度图像的二维等高 线图上，截取只包含一个闭口空隙的局部区域1，区域1的放大示意图如图9所示，从区域1上 再截取区域2,区域2的放大示意图如图10所示，在运个二维等高线图的局部区域2上，区域A (包括A1、A2和A3)代表的是空隙底部，给整个渐青混合料断面灰度图像施加背景和渐青胶 浆部分的分界灰度阔值A之后，运部分将和背景部分一并从图像中被去除掉，因为运部分距 离扫描仪屏幕较远，得到的扫描图像中此部分的灰度值跟背景部分较为接近;去除区域A 后，在二维等高线图的局部区域上剩下：区域B(包括B1、B2、）B3和B4)、区域C和区域D(包括 Dl和D2)，运S部分分别代表的是接近扫描仪屏幕的空隙壁坡面、渐青胶浆和集料;从空隙 底部到空隙边缘(空隙与渐青胶浆部分的分界处），图像的灰度值逐渐增大，且在空隙壁坡 面处的各灰度级对应的像素个数随着灰度级的增大逐渐增多，且其增多速率保持相对稳 定；同时，计算图10中所示的空隙壁坡面处各灰度级对应的像素点个数，由里到外依次约为 3000、3400、3800、4300和4800个，各灰度级像素点数的增加值相对稳定在500个左右。运一 现象反映在渐青混合料断面扫描灰度图像的灰度直方图中为，从背景和空隙的分界灰度级 A处，到空隙壁坡面和渐青胶浆的分界灰度级B处，像素点数随着灰度级的增加依次增大，且 增加速率保持相对稳定，即像素数曲线的斜率保持不变，如图11所示。
[0093] 在图10中越过空隙壁坡面和渐青胶浆的分界之后，即为组成渐青胶浆的区域C，同 一灰度级的像素组成数量便急剧增加，反映在渐青混合料断面扫描图像的灰度直方图上， 即为越过B点之后，像素数曲线的斜率急剧增大，曲线在B点处出现明显的拐点。运也充分说 明，B点对应的图像灰度级，即为空隙坡面和渐青胶浆部分的分界阔值，至此，便得到了渐青 胶浆和空隙壁坡面的分界阔值，并定义为阔值B，即为拾取表面构造线时的灰度判断阔值。
[0094] 给渐青混合料断面灰度图像施加阔值B，并将低于阔值B的像素点灰度值置零。然 后W图像的边缘为基准线，捜索像素点灰度值不为零的点，像素点灰度值不为零的点依次 构成了渐青混合料的表面构造线。
[00M] (6)对所述表面构造线进行坏点删除、防混淆滤波、加窗函数、离散傅里叶变换，得 所述表面构造线的恒带宽窄频谱
[0096] 首先须消除由于扫描过程中试件摆放不规正等原因造成的渐青混合料表面构造 线端头误差、倾斜坡度误差W及偏置误差。
[0097] 再通过表面构造线处理模块对上述断面扫描图像的表面构造线进行坏点删除、防 混淆滤波、加 SCB窗函数、离散傅里叶变换。
[009引（6.1)坏点删除
[0099] 本实施例使用线性插值的方法，如下式所示，置换掉渐青混合料表面构造线识取 过程中出现的随机坏点，
[0100]
[0101] 式中，g是渐青混合料表面构造线坏点处的水平位置编号，〇和*分别是坏点前后距 离最近的构造线水平位置编号，Zg是坏点处的插值，Zd和Zt分别是水平位置编号为0和*处的 表面构造深度值。依据ISO. 13473-4的规定，表面构造线中坏点所占比例不能超过10%。
[0102] (6.2)防混淆滤波
[0103] 当采样频率低于奈奎斯特频率(被采样频率的一半)时，被采样波形的周期内将少 于2个采样点，此时采样点不能完全重建原信号，出现比原信号低的频率。为了防止混淆现 象的发生，在进行渐青混合料表面构造线倍频程指数计算之前，需使用低通滤波器去除构 造线中频率低于采用频率一半的频率成分。
[0104] (6.3)加窗函数
[0105] 为了减少频谱能量泄露，需要给原函数加窗函数，使其在端头趋于零，运样就能使 能量相对集中在主瓣，得到的频谱函数就会近似地接近真实频谱。输入信号通过窗函数时， 相当于原始的频谱数据与窗函数频谱的卷积。
[0106] Split Cosine Bell(SCB)窗'巧a的定义如下式所示，
[0107]
[0108] 式中，N表示防混淆滤波后的表面构造线划分的窗的个数。在窗长度的前1/10处， 采用余弦函数的平方增加，窗长度的后1/10处，采用余弦函数的平方衰减，中间部分则保持 原函数不变。
[0109] (6.4)离散傅里叶变换
[0110] 本实施例使用离散傅里叶变换（Discrete Fourier Transform-DFT),将长度有限 的渐青混合料表面构造线，运用下式，将空间域上渐青混合料表面构造线函数变换到频率 域上的函数表达形式Zk，
[0111]
[0112] 式中，M为计算用表面构造线空间域上总点数，C为虚数单位(C2=I), Zk为表面构造 线频率域上第k个倍频带的功率谱，k为频率域上表面构造线第k个倍频带，b为表面构造线 函数在空间域上的第b个数据。
[0113] 渐青混合料表面构造线经过离散傅里叶变换之后，需要验证其是否满足帕塞瓦尔 定理(ParsevaT S Theorem)，该定理也称之为瑞利恒等式或瑞利能量定理。
[0114] 离散傅里叶变换的结果是复数值的恒带宽窄带频谱，其带宽Af取决于渐青混合 料表面构造线的评价长度1，由下式计算，
[0115]
[0116] 式中，1为渐青混合料表面构造线的评价长度。频谱范围，W带宽A f为间隔，从0到 (M-1) A f分布;但由于其频谱的对称性，一般只对0到的频谱范围进行研究。
[0117] (7)对所述表面构造线的恒带宽窄频谱进行功率谱分析，并计算用于渐青路面表 面构造的评价指标倍频程指数Ltx, I-J
[011引（7.1)功率谱分析
[0119] 为了从傅里叶变换后的频率谱，得到渐青混合料表面构造线功率谱Zpsd,k，需要用 窄带宽度去除每个窄带内频率幅值的平方，如下式所示，
[0120]
[0121] 式中，PSD为恒带宽窄频谱的能量密度，k为第k个恒带宽倍频带，Zpsd,k为表面构造 线第k个恒带宽倍频带处的功率谱；A f为恒带宽窄频谱的带宽，Zk为渐青混合料表面构造 线函数频率域上的表达形式，即表面构造线频率域上第k个倍频带中屯、频率处表面构造波 长对应的函数值。
[0122] 对于恒带宽窄带频谱，其频率谱分辨率对于所有频率均是恒定值，但是其波长分 辨率并非常值，由下式计算
[0123]
[0124] 巧甲，A A刃汲长分辨準，Af刃但带觉窄娜谐的带觉，f刃横带觉窄娜谐，A刃波长。
[0125] (7.2)计算倍频程指数Ltx, I-J
[0126] (7.2.1)为了计算倍频程指数Ltx,1-J，需要将渐青混合料表面构造线的恒带宽窄带 频谱变换到恒百分比带宽窄带频谱。从恒带宽窄带谱变换来的恒百分比带宽窄带谱，其带 通滤波器(分数倍频程)被认为是理想滤波器。
[0127] (7.2.2)计算表面构造线恒百分比带宽窄带频谱中分数倍频带m中的能量Zp,m，由 下式计算
[012 引
[0129] 式中，
[0130] m为第m个倍频带中屯、频率处的表面构造波长值；
[0131] n为倍频带数；
[0132] k为第k个倍频带中屯、频率处的表面构造波长值；
[0133] fm是倍频带中屯、波长为m处的中屯、频率；
[0134] fi。是倍频带的下限频率，也是窄带频谱中的中央频率；
[0135] A f为恒带宽窄频谱的带宽；
[0136] f UP是倍频带的上限频率，也是窄带频谱中的中央频率；
[0137] Zpsd, 1。是倍频带的下限功率，也是窄带频谱中的功率；
[0138] ZpsD,k是倍频带中屯、波长k对应的恒带宽窄频谱的功率谱；
[0139] Zpsd,up是倍频带的上限功率，也是窄带频谱中的功率。
[0140] 其中，中屯、波长m对应的倍频带下限频率是且有关系式
[0141]
[0142] I，且有关系式
[0143]
[0144] (7.2.3)计算表面构造线倍频带中屯、波长m处的倍频程表面构造水平Ltx,m，由下式 计算
[0145]
[0146] 式中，Ltx,m是渐青混合料表面构造波长m处的倍频程表面构造水平，ref是 reference的缩写，aref是渐青混合料表面构造线函数在频率域的参考频率，一般取l(T6m。
[0147] (7.2.4)计算表面构造线倍频程水平的平均值革*f若，由下式计算
[014 引
[0149] 式中，Q为平行试验的总次数，y为第y次试验。
[0150] (7.2.5)采用下式
[0151]
[0152] 计算并提出了能够表征路面表面宏观构造的倍频程指数Ltx,0.5-31.5?及表征路面 表面微观构造的倍频程指数Ltx, 0.13-0.50，如图13所示。
[0153] 式中，i、j分别为第i、j个倍频带中屯、频率处的表面构造波长，i-j表示表示波长i 到波长j范围内的所有倍频带中屯、频率对应的波长值，m表示第m个倍频带中屯、频率处的表 面构造波长，山<,"为波长111处倍频带的表面构造水平，为波长为111处倍频带的表面构 造水平的平均值，Ltx,d为波长i到波长j范围内的用于渐青路面表面构造的评价指标倍频 程指数。
[0154] 其中，表征渐青混合料表面微观构造分布特性的倍频程指数Ltx,0.13-0.50包含的表 面构造波长范围为0.0125mm到0.5mm，覆盖了 ISO. 134873-2中规定的路面表面微观构造的 大部分波长范围；表征渐青混合料表面宏观构造的倍频程指数Ltx,0.5-31.5包含的表面构造波 长范围为0.4mm到50mm，覆盖了ISO. 134873-2中规定的路面表面宏观构造的全部波长范围。
[0155] 本发明利用从断面扫描图像中拾取渐青混合料二维表面构造线，然后运用频谱分 析法，将空间域的渐青混合料二维表面构造波转换为频域波，在频域波的基础上分析获取 能够全面准确表征渐青混合料二维表面构造分布特性的指标倍频程指数，能够克服=维重 构算法的测试精度较低、难W实现对路面微观构造准确分析和评价的不足，且可W弥补传 统路面表面构造测试方法使用单一评价指标评价路面表面构造整体特性存在的不足，能够 准确客观地测试和评价渐青混合料表面宏观构造及微观构造的整体特性和分布特性，对研 究渐青路面的抗滑降噪性能具有重大意义。如图14,为两种不同的渐青路面，当车轮与运两 种路面相互作用时，所产生的表面抗滑性能W及轮胎与路面之间产生的噪声存在明显的不 同，但是使用传统的路面表面构造评价方法，得到的运两种路面的表面构造整体水平评价 指标MPD值相同，运表明传统的表面构造整体水平评价指标MPD值，不足W评判运两种路面 的表面构造特性，然而使用本发明的评价方法，可W得到表征路面表面构造分布特性的倍 频程指数之间存在明显的不同。由此可W说明，本发明的渐青路面表面构造的二维测试评 价系统及方法具有测试精度高、操作简单、费用低等优点，并且是一种价格低廉、易于推广 的新型测试和评价系统及方法。
[0156] W上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何 熟悉本技术领域的技术人员在本发明掲露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵 盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应W所述权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种沥青路面表面构造二维测试评价系统，其特征在于，所述评价系统包括： 图像获取模块，用于获取沥青混合料试验试件的断面扫描图像； 图像处理模块，用于预处理所述断面扫描图像，得断面扫描灰度图； 表面构造线拾取模块，用于拾取所述断面扫描图像的表面构造线； 表面构造线处理模块，用于对所述表面构造线进行坏点删除、防混淆滤波、加窗函数、 离散傅里叶变换，得所述表面构造线的恒带宽窄频谱； 分析计算模块，用于对所述表面构造线的恒带宽窄频谱进行功率谱分析，并计算用于 沥青路面表面构造的评价指标倍频程指数。2. -种沥青路面表面构造的二维测试评价方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1，制作沥青混合料试验试件； 步骤2，获取所述沥青混合料试验试件的断面扫描图像； 步骤3，预处理所述断面扫描图像，得断面扫描灰度图； 步骤4，拾取所述断面扫描灰度图的表面构造线； 步骤5,对所述表面构造线进行坏点删除、防混淆滤波、加窗函数、离散傅里叶变换，得 所述表面构造线的恒带宽窄频谱； 步骤6,对所述表面构造线的恒带宽窄频谱进行功率谱分析，并计算用于沥青路面表面 构造的评价指标倍频程指数LTm，采用下式进行计算式中，i、j分别为第i、j个倍频带中心频率处的表面构造波长，i_j表示表示波长i到波 长j范围内的所有倍频带中心频率对应的波长值，m表示第m个倍频带中心频率处的表面构 造波长，LTX,m为波长m处倍频带的表面构造水平，1^￡^为波长为m处倍频带的表面构造水 平的平均值，LTX,η为波长i到波长j范围内的用于沥青路面表面构造的评价指标倍频程指 数。3. 根据权利要求2所述的沥青路面表面构造的二维测试评价方法，其特征在于，步骤3 具体包括如下子步骤： (3a)灰度化所述断面扫描图像； (3b)消除所述断面扫描图像的噪点； (3c)将所述断面扫描图像的空间域转换为频率域； (3d)然后在所述断面扫描图像的频率域对所述断面扫描图像进行锐化滤波处理； (3e)再将所述断面扫描图像的频率域转换为空间域，得预处理后的断面扫描灰度图。4. 根据权利要求2所述的沥青路面表面构造的二维测试评价方法，其特征在于，步骤4 具体包括如下子步骤： (4a)识别灰度判断阈值； (4b)将低于灰度判断阈值的像素点灰度值置零，然后以所述断面扫描图像的边缘为基 准线，搜索像素点灰度值不为零的点，像素点灰度值不为零的点依次构成了沥青混合料的 表面构造线。5. 根据权利要求4所述的沥青路面表面构造的二维测试评价方法，其特征在于，子步骤 (4a)具体包括如下子步骤： (4al)截取所述断面扫描灰度图中局部区域，所述局部区域包含部分背景、部分沥青胶 浆和部分集料，得到局部区域灰度图； (4a2)将所述局部区域灰度图以像素灰度值大小为列计算每一列中所有像素灰度值的 总和，绘制所对应的像素灰度值列总和分布图； (4a3)通过所述像素灰度值列总和分布图，绘制所述局部区域灰度图的灰度直方图，并 对该灰度直方图进行拟合，得到灰度直方图的拟合曲线； (4a4)通过所述灰度直方图的拟合曲线，确定斜率最大的拐点，该拐点所对应的像素灰 度值即为灰度判断阈值。6. 根据权利要求2所述的沥青路面表面构造的二维测试评价方法，其特征在于，步骤5 中，对所述表面构造线加窗函数，所述窗函数具体为SCB窗函数巧,，如下式式中，N表示防混淆滤波后的表面构造线划分的窗的个数。
【文档编号】G06T7/00GK105957064SQ201610257105
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月24日
【发明人】韩森, 陈德, 漆祥, 王兆宇, 彭彪, 杨晓飞, 勾俊芳, 韩霄, 李微, 任万艳, 孙培, 吴晓明, 徐鸥明, 刘亚敏, 高魏, 凌晨
【申请人】长安大学