自動化鋪面平整度量測分析與破壞影像偵測系統之研究

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陳建達(Chine-Ta Chen) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

自動化鋪面平整度量測分析與破壞影像偵測系統之研究
(Study of Automatic Pavement Roughness Measurement and Distress Image Detection System)

相關論文

★ 公共工程統包模式執行專案成員間問題之研究	★ 水泥製程於資源再利用之研究
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摘要(中)

國內自民國88年引進ARRN檢測技術後，藉由各方學者與專家之努力，國內發展出許多的鋪面維護管理系統與檢測設備，而為使鋪面維護管理系統之資訊能不斷快速更新，定期定時的提供大量的鋪面資訊對於系統是不可或缺的，而要如何使用檢測儀器完成路面影像掃瞄、拍攝、量測等工作，並使用軟體自行判讀計算指標，偵測鋪面破壞予以定位，在國內管理單位並無實際執行成功案例。
本研究成功研發出智慧型鋪面檢測設備，該設備能進行鋪面縱向剖面、鋪面影像及道路附屬設施等影像進行紀錄，並將影像結果轉換為定量指標提供鋪面維護管理系統作為分析之依據，並將影像資料之保存、管理及運用作業標準化，使鋪面檢查與情況審視工作得以快速執行，提昇鋪面檢查正確性與公信度。
平整度量測系統依據ASTM E950與AASHTO PP49等相關規定將水準儀、ARRB與智慧型鋪面檢測設備進行量測結果比較，並進行檢定判斷檢測車之IRI值與ARRB無顯著差異，建議未來驗證次數以12次做為驗證之標準次數；影像辨識軟體能以自動化方式進行鋪面指標計算(Unified Condition Index、Universal Condition Index)，偵測定位破壞位置(坑洞、鱷魚狀裂縫、橫向裂縫、縱向裂縫、補綻等)，並利用資料採礦技術建立自動指標與鋪面狀況指標(Pavement Condition Index ,PCI)之分類準則，未來可利用自動指標計算結果判斷鋪面狀況；道路影像實錄系統除能將附屬設施影像進行定位，本研究尚利用定框技術建立影像自動匯入功能，能將匯入影像自動進行分類，藉以統計數量與種類。
本研究使用智慧型鋪面檢測設備進行桃園縣鄉道資料蒐集，利用灰預測與回歸模式建構桃園縣劣化模式，再使用熵值法取得縱向裂縫指標、橫向裂縫指標、鱷魚狀裂縫指標、坑洞與補綻指標之間權重，建構鄉道鋪面現況指標CPPI，希望藉此能客觀評估鋪面服務力現況；此外，依據平整度普查資料與桃園縣鄉道養護能量訂定養護平整度門檻值為7.88 m/km，並使用鋪面狀況推估估計桃園縣鄉道使用年限為5年。
整合上述成果，將各分析模式結合路面各項資料與路網圖形化資料，發展桃園縣鋪面養護管理地理資訊系統，能使用該系統執行鋪面管理的理論、方法和實務經驗，並可提供實務單位確實可行的管理策略與分析工具。

摘要(英)

Since 1999, there were a lot of studies about pavement management system, but unfortunately we did not use it in real maintainance works. The purpose of this study is that we want to integrate three kinds of important technique into intelligent survey vechiel, and try to think a standard operation for pavement survey.
We did a lot of tests and verified about the pavement roughness measurement system in accordance with ASTM E950 and AASHTO PP49. We find that all results of test is conforming the standard of ASTM and AASHTO.
Roughness is a very important performance indicator in pavement maintenance management systems. The international rough index of indicators was used as the core of roughness measuring of degree gradually in recent years domestically, but to predict a smooth degree of indicators the method is set up differently as there is a different prediction indicator because the theoretical foundation is different.We predicts the deteriorationof IRI by different ways, including grey forecast, multiple regression.
We also try to use data minning technique to find a rule between unified condition index and pavement condition index, and the accuracy of the J48 classification tree is 80%. This study uses the pavement data of country road in Taoyuan County to build “Country Pavement Performance Index” by entropy.
Now, it is a simple way to know the profiler of pavement and detect pavement distress at the same time. This intellegent system can use vediologging module to locate the road image and build a function to let road image import into pavement management system automatically. We can supply the latest information of road to pavement management system.

關鍵字(中)

★ 預測模式
★ 灰預測
★ 鋪面檢測
★ 鋪面生命週期評估
★ 鋪面維護管理
★ 平整度
★ 鋪面影像偵測
★ 鋪面影像辨識
★ 鋪面狀況指標
★ 道路影像實錄

關鍵字(英)

★ International Roughness Index
★ Pavement Distress Image Detection
★ Grey Forecast
★ Pavement condition index
★ Unified Condition Index
★ Universal Condition Index
★ Data Minning

論文目次

第一章緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究範圍 2
1.3 研究目的 5
1.4 研究內容與方法 6
1.5 研究流程 9
第二章文獻回顧 13
2.1 鋪面維護管理系統發展與歷程 13
2.1.1 鋪面維護管理系統推動政策之研究 14
2.1.2 國外維護管理系統回顧 18
2.1.3 國內維護管理發展回顧 23
2.2 鋪面資料與路網關聯 32
2.2.1 GIS的元素 33
2.2.2 GIS在鋪面管理中的應用 33
2.3 鋪面狀況自動化檢視 36
2.3.1 The PCES System 38
2.3.2 The Swedish PAVUE System 39
2.3.3 Laser RST型道安智慧車(Research Laser RST) 41
2.3.4 The Swiss CREHOS 42
2.3.5 VCreck 43
2.3.6 Digital Highway Data Vehicle (DHDV)[70] 46
2.3.7 ARAN&WiseCrax 47
2.3.8 Mitsubishi Road Surface Survey System 49
2.3.9The Komatsu System 51
2.3.10 R-TEC System[71] 52
2.3.11 道路檢測車(CICS 路況快速檢測系統) 53
2.4 養護與修復計畫(M&R) 55
2.5 資料管理與分析 56
2.5.1 關聯分析應用於公路養護管理 58
2.5.2 預測方法應用於公路養護管理 60
2.5.3 分類規則應用於公路養護管理 62
2.6 鋪面評估指標 63
2.6.1 服務性指標 64
2.6.2 鋪面狀況指標 69
2.6.3 綜合指標 77
第三章平整度量測系統開發及驗證 81
3.1 平整度量測系統原理 81
3.1.1 量測系統原理介紹 81
3.1.2 取樣間距選取 89
3.1.3 設備濾波 91
3.1.4 剖面濾波 91
3.1.5 路面高程計算 96
3.1.6 速度變化對於IRI的影響 98
3.1.7 國際糙度指標(International Roughness Index)優點 100
3.2 平整度量測設備選擇 101
3.2.1 高程量測要求 102
3.2.2 加速度規要求 105
3.2.3 高精度里程計要求 105
3.2.4 本系統設備選擇 106
3.3 設備與系統驗證要求 109
3.3.1國內外鋪面平整度檢測車相關規範要求 109
3.3.2檢測車系統驗證的程序規範 112
3.3.3 設備與系統驗證 115
3.3.4 平整度路段驗證 121
3.4 小結 133
第四章鋪面影像擷取系統 135
4.1 裂縫量測與影像品質規範 135
4.1.1 小型試驗與評估 140
4.1.2 調查結果與商業軟體結果比對 141
4.1.3 進行路網級的裂縫調查 142
4.2 鋪面影像擷取設備與組裝 144
4.2.1 影像擷取系統設備選用 144
4.2.2 影像擷取系統之架設設計 151
4.2.3 輔助光源設計 152
4.2.4 鋪面擷取軟體設計 155
4.3 鋪面影像擷取測試 157
4.3.1 影像重複性擷取試驗 158
4.3.2 影像擷取時速試驗 160
4.3.3 天候與光源測試 162
4.3.4 小結 164
第五章鋪面影像破壞辨識偵測系統 165
5.1 影像辨識技術於鋪面維護管理之發展 165
5.1.1 鋪面缺陷影像辨識技術研究之發展 165
5.1.2 鋪面缺陷影像辨識技術於國內之發展 178
5.1.3 鋪面影像辨識與分類流程 184
5.2 鋪面破壞影像辨識與偵測系統 189
5.2.1 鋪面影像前處理 189
5.2.2 利用SVM建立破壞分類規則 195
5.2.3 利用資料採礦技術進行裂縫辨識 200
5.2.4 利用影像灰階特徵進行補綻、坑洞與人手孔辨識 209
5.3 影像辨識軟體驗證分析 212
5.3.1 辨識軟體之穩定性分析 213
5.3.2 檢測速率對於破壞影像辨識影響之分析 216
5.3.3 光源對於破壞影像辨識影響之分析 218
5.3.4 辨識軟體運算速度分析 220
5.3.5 小結 220
第六章道路影像實錄系統模組建構 221
6.1 道路影像實錄系統模組原理 221
6.2 道路影像實錄線上查詢系統 224
6.2.1美國奧勒崗州運輸部門 224
6.2.2美國賓州Video Log 225
6.2.3美國佛羅里達州Video Log系統 227
6.2.4美國康乃狄克州Photo Log系統 228
6.2.5 運研所公路基本資料庫 229
6.3道路影像檢測硬體設備與架構 231
6.4 影像資料庫結合養護資料庫 235
6.4.1 附屬設施影像資料處理 235
6.4.2 道路影像資料庫規劃 238
第七章桃園縣歷年檢測資料之分析與應用 247
7.1 桃園縣歷年鋪面檢測資料蒐集與整理 247
7.1.1 桃園縣鋪面道路資料之蒐集與整理 247
7.1.2 桃園縣鄉道鋪面平整度劣化模式建立 252
7.1.3 桃園縣鄉道鋪面狀況劣化模式之建構 257
7.1.4 養護門檻值界定 264
7.2 自動化鋪面指標應用效益分析 266
7.2.1 國外自動指標應用 266
7.2.2 鋪面殘餘壽命定義 272
7.2.3 自動化鋪面評估指標與人工調查指標關係 274
7.3 建構自動化鋪面現況評估指標 276
第八章結論與建議 279
8.1 結論 279
8.2 建議 282
參考文獻 285
附錄一桃園縣鋪面養護管理系統之架構 - 1 -
桃園縣鋪面管理系統資料庫欄位規劃 - 1 -
一、圖文查詢子系統 - 1 -
二、指標統計子系統 - 3 -
三、績效評估子系統 - 6 -
四、系統子系統建構 - 8 -
4-1 查詢子系統 - 8 -
4-2 指標功能子系統 - 11 -
4-3 預測功能子系統 - 12 -
4-4 經費預估子系統 - 13 -
4-5 績效評估子系統 - 13 -
4-6 統計管理子系統 - 15 -
4-7 系統資料管理子系統 - 17 -

參考文獻

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指導教授

林志棟(Jyh-Dongl Lin)

審核日期

2009-11-20

推文