一种基于网格分布特征的路面三维纹理均匀性评价方法技术

本发明专利技术涉及一种基于网格分布特征的路面三维纹理均匀性评价方法，包括：获取路面三维纹理数据后进行预处理，得到样本；对样本进行网格划分，计算单样本每个网格单元的三维纹理特征参数及统计指标，基于统计指标和正态分布检验对单样本均匀性进行评价，若单样本判定均匀，则对多样本进行同分布检验，若多样本均服从同一种分布，则判定路面整体分布均匀；若多样本分布不一致，则基于二维小波分解得到粗细集料分布比，判断多样本之间是否存在粗细集料分布不均匀；若单样本判定不均匀，则采用空间自相关性分析方法对局部不均匀形态进行描述和刻画。与现有技术相比，本发明专利技术能够建立出面域的精细化均匀性评价体系，并能针对多种不均匀现象进行相应评价。匀现象进行相应评价。匀现象进行相应评价。

【技术实现步骤摘要】
一种基于网格分布特征的路面三维纹理均匀性评价方法


[0001]本专利技术涉及道路工程质量评估
，尤其是涉及一种基于网格分布特征的路面三维纹理均匀性评价方法。

技术介绍

[0002]沥青路面是由沥青、集料以及添加剂所组成的沥青混合料经摊铺、压实而形成的。其中，集料是由规定比例的不同尺度的粗、细集料所混合而成的，直接影响沥青混合料路用性能，而路面混合料的均匀性主要是指粗集料和细集料在空间分布上的均匀性。实际中，在道路施工不同阶段(拌合、摊铺、压实)，由于诸多不确定因素的影响，路面混合料分布可能会出现不均匀的现象，使得沥青混合料的密度和空隙率等参数发生变化，从而导致路用性能下降，出现早期损坏。因此，针对路面均匀性进行评价，对于施工质量的监测、评估与控制有着重要的意义。
[0003]沥青混合料均匀性主要分为内部结构均匀性和表层均匀性，沥青混合料内部结构均匀性检测则分为无损检测和有损检测。无损检测是利用密度仪、探地雷达等设备间接获取路面内部结构状态，用于评估路面结构的压实程度、纵向均匀程度。然而，无损检测的设备检测精度有限，因此有损检测仍然被认为是当前获取沥青混合料内部真实状况的唯一途径。传统是对路面钻芯取样后，对样本进行多方向的力学性能测试，来评估其不同方向的均质性。此外，随着数字化技术的发展，计算机断层扫描技术可获取钻芯后的试件或是实验室制备的马歇尔试件的断面图像数据，以作为均匀性分析的重要数据来源。尽管内部均匀性能够在一定程度上反映施工质量和路面性能，但是由于钻芯取样对路面结构具有破坏性，因此样本数据量有限，当前对于水平均匀性的分析方法和指标较为简单，无法更大范围地进行面域均匀性的检测。
[0004]沥青混合料表层均匀性评价虽然无法获知混合料内部状态，但可以对整体的施工质量进行评估，及时发现不均匀分布的区域。路面混合料表层不均匀主要表现形式为离析、局部破损等。传统评价方法主要是目测法和铺砂法，目测法通常用于施工现场沥青混合料离析判定，较为主观，难以统一标准。铺砂法是通过评定路面表面宏观构造的差异，来反映集料分布的均匀性，然而其测试方法精度较差、耗时费力。目前，为了快速地获取面域的路表数据用于均匀性的评价，引入了多种新兴感知手段，包括图像采集、热红外成像、激光三维扫描等。通过图像判别路面离析成了热门的研究方向，然而当前方法仅仅通过机器学习模型对路面是否离析进行分类，缺乏判定依据和指标，尽管提出了整体的均匀性评价参数，但缺乏空间分布形态以及多种不均匀情况的描述。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于网格分布特征的路面三维纹理均匀性评价方法，能够建立出面域的精细化均匀性评价体系，并能针对多种不均匀现象进行相应评价。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于网格分布特征的路面三维纹理均匀性评价方法，包括以下步骤：
[0007]S1、通过三维激光检测技术获取路面三维纹理数据，并进行数据预处理，得到样本数据；
[0008]S2、对样本进行网格划分，计算单样本每个网格单元的三维纹理特征参数；
[0009]S3、计算单样本网格三维纹理特征参数的统计指标，基于统计指标和正态分布检验对单样本均匀性进行综合评价，若单样本判定为均匀，则执行步骤S4，否则执行步骤S6；
[0010]S4、对多样本进行同分布检验，比较样本间的均匀程度，若多样本均服从同一种分布，则判定路面整体分布均匀；若多样本分布不一致，则执行步骤S5；
[0011]S5、基于二维小波分解得到的粗细集料分布比，判断多样本之间是否存在粗细集料分布不均匀的情况，得到全局均匀性细化评价结果；
[0012]S6、采用空间自相关性分析方法对局部不均匀形态进行描述和刻画，得到局部均匀性细化评价结果。
[0013]进一步地，所述步骤S1具体是利用三维激光扫描设备获取路面三维纹理数据，并进行数据预处理，包括但不限于网格化、插值、滤波降噪操作，以将路面三维纹理数据截取成多个相同尺寸的样本。
[0014]进一步地，所述步骤S2中每个网格单元的三维纹理特征参数包括轮廓参数、高度参数、功能参数、体积参数和复合参数，所述轮廓参数包括算术平均高度Ra、均方根高度Rq、算术平均斜率Da、均方根斜率Dq、算数平均波长La、均方根波长Lq和平均断面深度MPD；
[0015]所述高度参数包括偏斜度Ssk、峭度Sku、最大峰高Sp、最大谷深Sv；
[0016]所述的功能参数包括中心部的水平差Sk、突出峰部高度Spk、突出谷部高度Svk、极点高度Sxp；
[0017]所述体积参数包括谷部的空隙容积Vvv、中心部的空隙容积Vvc、峰部的实体体积Vmc、中心部的实体体积Vmp；
[0018]所述复合参数包括界面扩展比Sdr。
[0019]进一步地，所述步骤S2具体是基于滑窗思想对样本进行网格划分，以将一块路面样本平均分成若干个网格，之后通过对每个网格内的路面进行参数计算，得到纹理参数在该区域的分布特征，即为单样本每个网格单元的三维纹理特征参数。
[0020]进一步地，所述步骤S3中样本网格三维纹理特征参数的统计指标包括样本均值、样本标准差、变异系数、偏差系数和峰度系数，所述样本均值具体为：
[0021][0022]所述样本标准差具体为：
[0023][0024]所述变异系数具体为：
[0025][0026]所述偏差系数具体为：
[0027][0028]所述峰度系数具体为：
[0029][0030]其中，为样本均值，m为样本的数量，n为划分网格的数量，Y为纹理计算参数，S为样本标准差，C
v
为变异系数，C
s
为偏差系数，C
K
为峰度系数。
[0031]进一步地，所述步骤S3具体包括以下步骤：
[0032]S31、计算单样本网格三维纹理特征参数的统计指标；
[0033]S32、对样本参数进行正态分布检验；
[0034]S33、结合步骤S31计算得到的统计指标以及步骤S32得到的正态分布检验结果，对单个路面样本的均匀性进行综合评价，若单样本判定为均匀，则执行步骤S4，否则执行步骤S6。
[0035]进一步地，所述步骤S32中进行正态分布检验的方法包括但不限于Lilliefors检验、Kolmogorov
‑
Smirnov检验，原假设为h，h＝0假设符合正态分布，若h＝1假设不符合正态分布；显著性水平alpha在0.01和0.2之间，p为接受假设的概率值，p小于alpha，则可以拒绝是正态分布的原假设。
[0036]进一步地，所述步骤S4中对多样本进行同分布检验的具体过程为：分别对样本进行两两比较，通过方差齐性检验来检验两对样本的方差是否相等，通过独立双样本T检验来检验两对样本的均值是否相等，若该路面采样的样本两两均有相近分布，则判定路面整体分布均匀。
[0037]进一步地，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于网格分布特征的路面三维纹理均匀性评价方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、通过三维激光检测技术获取路面三维纹理数据，并进行数据预处理，得到样本数据；S2、对样本进行网格划分，计算单样本每个网格单元的三维纹理特征参数；S3、计算单样本网格三维纹理特征参数的统计指标，基于统计指标和正态分布检验对单样本均匀性进行综合评价，若单样本判定为均匀，则执行步骤S4，否则执行步骤S6；S4、对多样本进行同分布检验，比较样本间的均匀程度，若多样本均服从同一种分布，则判定路面整体分布均匀；若多样本分布不一致，则执行步骤S5；S5、基于二维小波分解得到的粗细集料分布比，判断多样本之间是否存在粗细集料分布不均匀的情况，得到全局均匀性细化评价结果；S6、采用空间自相关性分析方法对局部不均匀形态进行描述和刻画，得到局部均匀性细化评价结果。2.根据权利要求1所述的一种基于网格分布特征的路面三维纹理均匀性评价方法，其特征在于，所述步骤S1具体是利用三维激光扫描设备获取路面三维纹理数据，并进行数据预处理，包括但不限于网格化、插值、滤波降噪操作，以将路面三维纹理数据截取成多个相同尺寸的样本。3.根据权利要求1所述的一种基于网格分布特征的路面三维纹理均匀性评价方法，其特征在于，所述步骤S2中每个网格单元的三维纹理特征参数包括轮廓参数、高度参数、功能参数、体积参数和复合参数，所述轮廓参数包括算术平均高度Ra、均方根高度Rq、算术平均斜率Da、均方根斜率Dq、算数平均波长La、均方根波长Lq和平均断面深度MPD；所述高度参数包括偏斜度Ssk、峭度Sku、最大峰高Sp、最大谷深Sv；所述的功能参数包括中心部的水平差Sk、突出峰部高度Spk、突出谷部高度Svk、极点高度Sxp；所述体积参数包括谷部的空隙容积Vvv、中心部的空隙容积Vvc、峰部的实体体积Vmc、中心部的实体体积Vmp；所述复合参数包括界面扩展比Sdr。4.根据权利要求1～3任一所述的一种基于网格分布特征的路面三维纹理均匀性评价方法，其特征在于，所述步骤S2具体是基于滑窗思想对样本进行网格划分，以将一块路面样本平均分成若干个网格，之后通过对每个网格内的路面进行参数计算，得到纹理参数在该区域的分布特征，即为单样本每个网格单元的三维纹理特征参数。5.根据权利要求3所述的一种基于网格分布特征的路面三维纹理均匀性评价方法，其特征在于，所述步骤S3中样本网格三维纹理特征参数的统计指标包括样本均值、样本标准差、变异系数、偏差系数和峰度系数，所述样本均值具体为：所述样本标准差具体为：
所述变异系数具体为：所述偏差系数具体为：所述峰度系数具体为：其中，为样本均值，m为样本的数量，n为划分网格的数量，Y为纹理计算参数，S为样本标准差，C
v
为变异系数，C
s<...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜豫川，翁梓航，吴荻非，刘成龙，岳光华，林雨超，李亦舜，潘宁，曹静，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：