其他紋理深度參數與抗滑的關係

關於紋理深度參數與抗滑值之相關性分析，在 1989 年就有相關的研究，Forster, 1989 [30]的研究中是利用顯微鏡量測試體透過攝影機觀看細質紋理的剖面圖，並利 用圖 2.16 所示之參數因子描述剖面圖的細質紋理狀況，理論上來說，當平均粗糙 密度越大，接觸點越多，其鋪面能提供的黏滯力越大；當平均形狀因子（shape factor, SF）越大，鋪面在潮濕的狀態下黏滯力越大。此外，研究中定義和模擬輪胎接觸 之鋪面形狀因子為 SFc（shape factor on contact area）、粗質紋理參數（percent contact area, CA）和細質紋理參數（SFc）組成的紋理參數為整體紋理參數（overall microtexture and macrotexture texture measurement, TXT），TXT=SFc/CA*1000。

圖 2.18

圖 2.16 鋪面細質紋理參數之定義[30]

研究總共量測 87 個鑚心試體的紋理，包括有鋸槽（grooved）和無鋸槽

（ungrooved）的水泥混凝土（Portland Cement Concrete, PCC）、密級配瀝青混凝土

（Dense-Graded Asphalt Concrete, DGAC）、開放級配瀝青混凝土（Open-Graded Asphalt Concrete, OGAC），先進行平均形狀因子和 BPN 之迴歸分析，得到相關係 數為 0.68，研究中認為此相關性不佳，因此將其中的 19 個試體經模擬車輛經過後，

平均粗糙密度＝尖峰數目 剖面長度＝ 平均粗糙寬度 剖面長度

尖峰數目 平均粗糙高度＝高度總和

數目 ＝

平均形狀因子 ＝平均粗糙高度 平均粗糙寬度＝

再量測其細質紋理，並使用英式擺錘量測試體的抗滑能力，以及直接取得在相同 的鋪面試體下的 SN₄₀，將上述定義之紋理參數與抗滑值進行迴歸分析，相關係數 整理如表 2.9 所示，結果由粗質和細質紋理參數組成的紋理參數 TXT 和 SN40的相 關性最佳。

表 2.9 不同紋理參數與抗滑值之相關係數

紋理參數 抗滑值 相關係數

SF BPN 0.56

SFc BPN 0.45

TXT BPN 0.62

TXT SN₄₀ 0.7

Saito et al., 1996 [5]的研究中為長期監測在單一鋪面下之鋪面抗滑能力與鋪面 深 度 ， 利 用 微 型 紋 理 儀 （ mini texture meter, MTM ） 量 測 得 鋪 面 紋 理 深 度

（sensor-measured texture depths, SMTD）之紋理深度與不同速度下 DFT 動態摩擦 數進行相關性分析，結果如圖 2.17 所示，研究中發現不同速度下之 DFT 動態摩擦 數與 SMTD 相關性的趨勢為速度較慢時其動態摩擦數與 SMTD 的相關性較佳，但 相關係數皆不高，最高僅為 0.47。

圖 2.17 不同速度 DFT 動態摩擦數與 SMTD 之相關性[5]

林嘉宏（2008）[19]的研究中自行在研究室製作 10 個密級配瀝青混凝土

（Dense-Graded Asphalt Concrete, DGAC）以及 8 個石膠泥瀝青混凝土（Stone Matrix Asphalt, SMA）試體，根據不同類型的鋪面試體其瀝青和粒料的配比皆不相同，利 用 HDCTM 以及 BPT 量測得鋪面試體之紋理特性和鋪面抗滑值 BPN乾、BPN濕， 使用四種不同的一維紋理參數和 BPN 進行相關性分析。不同的紋理參數定義如 下：

1. 不同的表面紋理：林嘉宏認為紋理與摩擦力之間最主要和正紋理深度（大於零）

有較大的關係，因此將正紋理深度以高程 0.5 mm 為分界區分兩部分：高程介 於 0.5 mm 至 50 mm 為深紋理深度(Positive Deep Texture Depth)，而高程小於 0.5 mm 為淺紋理深度(Positive Shallow Texture Depth)。再將紋理高程介於 0.5 mm 至 50 mm 之數值加總後做為深紋理深度之總和（Sum of Positive Deep Texture Depth，簡稱 SPDTD），如圖 2.18 所示；將紋理高程介於 0 mm 至 50 mm 之數 值加總後做為淺紋理深度之總和（Sum of Positive Shallow Texture Depth，簡稱 SPSTD），如圖 2.19 所示。由於不確定深紋理總和和淺紋理總和對 BPN^乾、BPN

濕的影響，因此研究中使用 SPSS 逐步分析法，讓軟體自動選出對 BPN 相關性 較高之自變數，結果 SPSS 皆選擇深紋理深度總和進入迴歸方程式中，表示深 紋理深度總和影響 BPN^乾和 BPN^濕較大。

圖 2.18 深紋理深度之總和[19]

圖 2.19 淺紋理深度之總和[19]

2. 紋理總和（Sum of Texture, ST）：紋理總和即為所有紋理值大於零的全部加總起 來，也就是所有的深紋理深度與淺紋理深度之總和，如圖 2.20 所示。

圖 2.20 紋理總和[19]

3. 平均節塊深度（Mean Segment Depth, MSD）：量測時先把整塊（圓弧長 892 mm）

所有資料點數區分成八個節塊（如圖 2.21），每塊基準長度為 111.5 mm，將每 一基準長度節塊分為二半各為 55.75 mm，量測每半個節塊之最高點與節塊紋 理平均高度之差值，再將每個節塊上所量得之二個差值加以平均為節塊平均值

（如圖 2.22）。

圖 2.21 區分八大塊[19]

圖 2.22 平均節塊深度量測圖[19]

4. 平均剖面深度（Mean Profile Depth, MPD）：將所有之節塊平均值加以平均即得 平均剖面深度。

表 2.10 為不同紋理參數與 BPN 相關係數之整理表，可得知整體密級配與石膠 泥瀝青混凝土鋪面試體於乾燥和潮濕的情形中紋理參數與 BPN 相關係數不盡相同，

首先針對密級配鋪面與 BPN ^乾的情形，在深紋理深度總和與紋理總和兩個變數之 相關係數皆為 0.7，另外於潮濕的情況下，深紋理深度總和與紋理總和各為 0.4 與 0.5，可明顯看出不同情形下關係上有明顯降低，推測是密級配鋪面於潮濕中會因 水膜覆蓋而影響到部分較微小紋理。由同表中可看出密級配鋪面中 BPN乾、BPN濕

與 MSD、MPD 有著極高的關係存在著，可由表 2.10 中相關係數顯示出各個值皆 高達 0.7 以上。而石膠泥鋪面方面，各個紋理參數與 BPN乾、BPN濕相關係數皆高 達 0.7 以上，代表各紋理參數與 BPN 之關係皆具高度相關。

表 2.10 不同紋理參數與 BPN 值之相關係數[19]

紋理參數 密級配瀝青混凝土 石膠泥瀝青混凝土

BPN^乾 BPN^濕 BPN^乾 BPN^濕

深紋理深度總和 0.7 0.4 0.7 0.7

紋理總和 0.7 0.5 0.7 0.8

MSD 0.9 0.7 0.8 0.7

MPD 0.9 0.8 0.8 0.7

徐貫倫 (2009) [20]接續林嘉宏之研究，在研究室製作 10 個密級配瀝青混凝土

（DGAC）試體，其中選定 5 種不同級配，每一種級配各製作兩個試體，再由 HDSTM 量測得 DGAC 試體之二維鋪面紋理值，量得的紋理資料切割和一維鋪面紋理值相 同，皆切為八塊進行分析，兩者量測範圍的比較如圖 2.23 所示。

圖 2.23 BPT 橡膠滑片於一維與二維雷射量測下之範圍比較[20]

徐貫倫提出七種二維之紋理參數，期望能找到一個能夠代表整個鋪面二維紋 理參數，並且對於 BPN 值具有良好關聯性之紋理參數值，其中有五種和林嘉宏提 出之一維紋理參數定義相同，如表 2.11 所示。

表 2.11 二維紋理參數定義與相對之一維紋理參數比較

二維紋理參數 一維紋理參數

1. 紋理最高值（Peak of Texture）：選擇該 A~H 節塊內各個剖

面最高之紋理值，平均該最高點之紋理值。 --

2. 紋理平均值（Average of Texture）：選擇該節塊內各個剖面

之紋理平均值，並且加總各個剖面的平均值並取平均數。 -- 3. 節塊平均剖面深度（Segment of Average Profile Depth,

SAPD）：將一組剖面分成區域一和區域二兩個部份，並篩 選出在兩個區域中之最高點並且取兩者之平均值，接著求 出該剖面的平均值，再將最高點的平均值扣除整個剖面的 平均值。

MSD

4. 總和平均剖面深度（Mean of Average Profile Depth,

MAPD）：將各個節塊中的 SAPD 全部加總計算取得平均。 MPD

徐貫倫為了說明二維紋理參數比一維紋理參數對 BPN 之相關係數較佳，使用 HDCTM 量測試體得一維紋理參數與 HDSTM 量測得二維紋理參數之相關係數比 較如表 2.13 所示。另外，表 2.14 為本研究自行將林嘉宏與徐貫倫研究中對密級配 瀝青混凝土相同定義之紋理參數與 BPN 之相關係數比較表，從兩表中可發現在 BPN^濕的方面，使用二維的紋理參數皆比一維的紋理參數佳；在 BPN^乾的方面，多 數的二維紋理參數較佳，少數一維紋理參數和二維紋理參數相關性相同。

表 2.13 一維和二維紋理參數與 BPN 之相關係數比較[20]

紋理參數 平均節塊深度 平均剖面深度

一維 二維 一維 二維

BPN^乾 0.8 0.9* 0.7 0.9*

BPN^濕 0.8 0.9* 0.8 0.9*

*表示與 BPN 相關係數相對較高之量測值

表 2.14 一維和二維紋理參數與 BPN 之相關係數比較

紋理參數 平均節塊深度 平均剖面深度 深紋理深度總合 紋理總合 一維 二維 一維 二維 一維 二維 一維 二維 BPN^乾 0.9 0.9 0.9 0.9 0.7 0.7 0.7 0.9*

BPN^濕 0.7 0.9* 0.8 0.9* 0.4 0.7* 0.5 0.9*

*表示與 BPN 相關係數相對較高之量測值

以上兩篇研究皆為找出和抗滑值相關之紋理參數，研究結果中也顯示某些紋 理參數和 BPN 的相關係數高達 0.9，但兩篇研究中皆提及資料樣本數可能較為不 足（少於 10 個）。

由於 HDCTM、HDSTM 皆為定點式量測紋理儀器，在實際量測現地紋理的應 用上速度可能較慢，因此，劉育臻[24]利用車載高速二維紋理量測系統動態地量測 現地紋理的情況，量測的地點選於台中、高雄現地鋪面，將量測得的紋理資料轉 換為之前研究中定義之節塊平均剖面深度（Segmant of Average Profile Depth, SAPD）、紋理最高值（Peak of Texture, PT）兩種紋理指標，與 BPN^濕比較結果如 表 2.15 所示，可發現在現地的鋪面量測中紋理參數與 BPN 值之相關係數皆能達高 度相關，但在此研究中也提到選擇現地之 7 個以及 10 個樣本數可能較為不足。

表 2.15 不同現地下紋理指標與 BPN^濕之相關係數[24]

台中現地鋪面 高雄現地鋪面

SAPD 0.9 0.7

PT 0.9 0.7

將以上六篇關於鋪面紋理指標與抗滑值相關性之研究整理如表 2.16 所示，由 左至右是由年份來排序，從量測紋理的方法可發現過去常用來檢測紋理的方法為 定點式的量測，而近年來的研究是以動態為主，在量測紋理的速度上較為快速且 有效率。另外，二維紋理參數與抗滑值的關係比一維紋理參數佳，但使用二維的 量測儀器可能會有成本考量的問題，然而在周家蓓等人的研究中提到若是以密集 的測線量測鋪面可能可以解決一維紋理儀在量測鋪面紋理的不足。另外，可以發 現在林嘉宏、徐貫倫以及劉育臻的研究結果得到和抗滑值關係性很高的紋理參數，

但是收集的樣本數量小於 10 個，較為不足。除此之外，DFT 可量測到不同速度下 之鋪面抗滑值，可能比 BPT 更具有代表性，但從 Saito 以及周家蓓等人的研究結果 得到紋理參數與 DFT 關係呈中度相關或無相關。

表 2.16 鋪面紋理指標與抗滑值關係之研究整理