路面集料形态测量及表征研究与数据库系统文献综述

文献综述：

1.背景介绍

在道路建筑材料中，集料是用量最大的一类。美国每年生产27 亿吨、价值高达142 亿美元的矿质集料，其中最重要的就是用于水泥混凝土(PCC)和热拌沥青混凝土(HMA)路面中：在水泥混凝土中，集料所占的质量百分率为70~85%，而在热拌沥青混凝土中则可达到90~95%^[1]。这可以看出集料质量对于沥青混合料的性能有着决定性的作用。在日常的实际工程中评价沥青混合料的性能以控制施工质量时，需要利用现场的集料进行制备沥青混合料试件进行试验研究。但由于实地的实验条件较为简单，试验通常需要消耗较大的时间和经济成本，同时很难以避免真实试件中单体差异对于试验结果的影响或是实验操作中人为因素导致的实验结果差异。

近年来，随着计算机技术的发展，数字图像技术处理也开始被广泛应用。这一技术能够将集料的研究层面从宏观转向微观结构，量化集料的表面形状特征，从而定量的分析集料表面特征与性能评定的相关性。技术逐渐地成熟推动使用数字图像技术处理集料也成为了道路工程的发展趋势之一。在数字图像处理技术的帮助下，可以选用不同指标来分析集料形状特征与其力学性能的相关性。

本文将从现有的图像扫描技术、集料表面形状特征研究、数据库建立技术三个方面来介绍相关的研究进展。

2.图像处理技术

数字图像处理(Digital Image Processing)是通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理的方法和技术。该项技术最早出现于20世纪50年代，最初应用于遥感和医学领域，目前广泛应用在科学研究、工业生产、医疗卫生、教育、娱乐、管理和通信等方面都有广泛的应用并取得了巨大的成功和经济效益。近年来，有大量的研究将图像分析技术应用于颗粒形状的研究，一些学者在宏观和微观范围内通过实验室实验研究颗粒的大小和形状，还有一些研究在获取分析沥青混凝土中的集料与材料功能性之间关系。

获取集料图像的手段的发展大概经历了多角度照相机拍摄—激光扫描—专业集料传送带多面扫描仪这几个阶段。Barksdale等将集料切成薄片并利用复印机获取每一层集料颗粒的图像，研究针片状颗粒的测定方法^[2]。Wilson等利用视频相机获取集料图像，然后将其数字化成一个灰度值从0到68的像素图像，通过颗粒轮廓上曲率的变化，对集料棱角性进行量化^[3]。Fletcher等利用高分辨率视频相机采集粗集料图像，利用分形算法对图像上的颗粒形状和表面纹理进行测定[4]。蒯海东通过截取集料的多个截面获得数码图像后对图像进行灰化和二值化以获得清晰的图像，后期用生长算法有效辨别集料颗粒，并用重心确定面积，用轮廓提取法确定周长，用最小外接矩形确定集料主轴和次轴^[5]。