[发明专利]一种构建沥青混合料三维空隙模型的方法

权利要求书

1.一种构建沥青混合料三维空隙模型的方法，其特征在于它是按照以下步骤进行的：

步骤一：空隙骨架节点确定

依据目标空隙设计要求，在目标空隙中选取任意点作为初始空隙节点，建立初始空隙节点的空间坐标X、Y、Z；以初始节点为基点，选取其余空隙节点，并建立每个空隙节点的空间坐标X、Y、Z；所述的其余空隙节点的Z坐标间距相同；确定初始空隙节点与其余空隙节点的联结关系，记录与该节点相连的空隙节点序号；

步骤二：空隙节点断面设计

1)在空隙节点位置确定该空隙高度处的空隙断面轮廓控制点；

2)在平面坐标系中，确定空隙断面轮廓的控制点坐标X、Y；将控制点坐标X、Y依次输入到Matlab平台csape函数中，计算得到三次样条曲线的计算参数，将三次样条曲线计算参数和空隙轮廓点个数输入到Matlab平台ppval函数中，计算空隙断面轮廓的坐标序列；

3)将计算得到的空隙断面轮廓坐标序列赋值给空隙节点；

4)重复以上步骤，直到所有空隙节点的断面轮廓得到定义；

步骤三：利用线性相似渐变算法计算空隙骨架模型

将同一Z值高度处的空隙节点和断面视为同一层，提取相邻层空隙断面轮廓点的X、Y坐标，如果相邻两层空隙节点个数均只有一个，执行两空隙线性相似渐变算法；如果相邻两层空隙节点存在某一层为两个或两个以上，执行三空隙线性相似渐变算法；

所述的两空隙线性相似渐变算法具体步骤如下：

相邻两层空隙分别记为空隙A和空隙B

5)计算相邻两层空隙A和空隙B的形心，以轮廓X、Y坐标的均值作为空隙轮廓的形心，通过平移操作将两空隙的形心重合；

6)在形心位置处沿X方向和Y方向绘制直线，将空隙轮廓分为四个象限；

7)在每个象限中分别提取空隙轮廓段所对应的控制点坐标，按照均分周长的方式将该象限内的空隙轮廓等间距分为20份，采用线性插值方式计算20份轮廓小段的分割点坐标，重复该操作，对两个空隙轮廓各四个象限的轮廓段进行分割，并记录分割点坐标；

8)对在同一象限内的两层空隙轮廓段的分割点进行一一对应，连接对应点，按照相邻两层空隙之间的内插断面个数对对应点连线进行等分，重复该步骤对四个象限内的对应点连线均进行等分操作；

9)将四个象限内的等分点进行对应连线，构成闭合的空隙轮廓曲线，由此计算得到相邻两层空隙之间的相似轮廓曲线；

10)经过逆向平移操作，将空隙轮廓平移到原始位置，计算得到的空隙轮廓按线性插值方式计算平移距离进行平移操作，使轮廓呈现线性渐变形式；

所述的三空隙线性相似渐变算法具体步骤如下，其中某层的单个空隙记为空隙A，另外一层的两个空隙分别记为空隙B和空隙C；

11)分别计算空隙A、空隙B以及空隙C的形心坐标，连接空隙B和空隙C的形心，经过旋转操作使形心连线处于水平方向，此处三个空隙轮廓旋转相同角度；

12)计算空隙B和空隙C的面积，并按下式计算分界点P位置：

式中l_BP——O_B到点P的距离；

l_BC——O_B到O_C的距离；

S_B——空隙B轮廓的断面面积；

S_C——空隙C轮廓的断面面积；

在P点处做竖直方向直线，将空隙A分为两部分，记为空隙A1和空隙A2；

13)以空隙B对应空隙A1，空隙C对应空隙A2，分别进行两空隙线性相似渐变算法，计算中间层空隙轮廓；

14)空隙A向空隙B、空隙C相似渐变的中间高度处视为中间层空隙轮廓的汇合位置，将空隙A分割位置处相邻象限内的中间层空隙轮廓进行融合操作，融合操作具体为选取空隙B区域内计算空隙轮廓20个分割点中前10个点，与空隙C区域内计算空隙轮廓20个分割点中后10个点进行拼接，构成融合后的空隙轮廓坐标，由此计算得到三空隙线性相似渐变算法的中间层空隙轮廓；

步骤四：导出设计空隙断层扫描图像

提取出任一层的空隙轮廓坐标，转化为二值化图像，即空隙轮廓内的矩阵点记为0，空隙轮廓外的矩阵点记为1，将矩阵以二值化图像形式输出；

步骤五：利用CT三维重构软件输出空隙几何模型

将空隙二值化图像导入CT三维重构软件中，进行空隙模型的重构，至此完成了沥青混合料空隙模型的设计。