以不同光譜雷射應用於鋪面平坦度量測之綜合性評估

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馬仲慶(Zhong-Qing Ma) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

以不同光譜雷射應用於鋪面平坦度量測之綜合性評估
(Comprehensive Assessment of Using Different Optical Spectrum Laser for Measuring Pavement Smoothness)

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摘要(中)

路面的平坦與否關係到用路人對舒適性的感受，並與行車安全有密切相關，為能快速且不影響交通的情況下了解路面平坦度狀況，國內有許多單位逐漸採用慣性式平坦儀的檢測方式進行路面平坦度的量測。本研究將以二維藍光慣性式平坦儀，依據CNS 15371 舖面量測用慣性剖面儀驗證法進行驗證，並且配合單點紅光慣性式平坦儀以不同行車速度及煞停行為之影響因子進行平坦度量測，以比較其量測結果之差異性及重複性，最後探討不同車載量測設備對於平坦度量測結果之影響，並評估慣性式平坦儀是否能應用於橋梁段進行平坦度量測。由平坦儀驗證結果發現，二維藍光慣性式平坦儀能符合CNS 15371 規範之標準。由單點紅光及二維藍光慣性式平坦儀在不同行車速度及煞停行為下進行之影響因子穩定性分析結果發現，在縱剖面高程重複性相關係數平均值皆大於0.7；在國際糙度指標(International Roughness Index, IRI)值之多重比較分析結果皆無顯著的差異；在頻譜密度(Power Spectral Density, PSD)分析所得波長小於30m 之總能量差異量皆在1×10-5(m2-m/cycle)以下，故說明所量測之結果差異不大，其結果也相對穩定。由車載設備影響結果發現，利用慣性式平坦儀於橋梁段進行平坦度量測具有高度相關性，但需同時使用位移感測器及加速度規進行量測，使所計算之剖面高程能得到更高的相關性，綜合上述研究，2D 藍光雷射慣性平坦儀可用於糙度測量並值得進一步研究。

摘要(英)

The comfort and safe driving and traffic can be influenced by pavement roughness. To prompt measure the pavement roughness without impacting traffic, lots of Departments of Transportation in Taiwan adopt the inertial profile to measure pavement roughness. The objective of this study is evaluating whether the 2D Blu-ray laser inertial profiler could be using in pavement roughness measurement or not. Firstly, the 2D Blu-ray laser inertial profiler was verified by Chinese National Standard (CNS) 15371. The 2D Bluray laser inertial profiler and the single point laser inertial profiler were used measure the roughness at various cruise speeds and the sudden brake factor. Finally, the results would be discussed. In addition, the study will also evaluate whether the inertial profile be possible to roughness measurement in bridge section or not. The results of verification found that the 2D Blu-ray laser inertial profiler totally matched the requirement of the CNS 15371
standard. Based on the results of the stability analysis on longitudinal profile elevation, the correlation coefficient of repeatability between the 2D Blu-ray
laser inertial profiler and the single point laser inertial profiler was more than 0.7. There was no significant difference in the multiple comparisons of
International Roughness Index (IRI) using two inertial profilers. In addition, based on Power Spectral Density (PSD) analysis, the total energy difference between the wavelengths of less than 30 m obtained was less than 1×10-5(m2-m/cycle), it means the measured difference was small and measurement is stable. In the bridge section, if the inertial profile should adopt laser CCD and
accelerometers, the roughness measurement would match the requirement of CNS 15371. Based on above, 2D Blu-ray laser inertial profiler could be used in roughness measurement and it is worthy of further study.

關鍵字(中)

★ 慣性式平坦儀
★ 糙度
★ 藍光二維雷射

關鍵字(英)

★ Inertial Profiler
★ Roughness
★ 2D Blu-Ray Laser

論文目次

目錄................................................... I
圖目錄 ................................................ V
表目錄................................................ IX
第一章、緒論............................................ 1
1.1 研究背景 .......................................... 1
1.2 研究目的 .......................................... 2
1.3 研究內容與方法 .................................... 3
1.4 研究流程 ......................................... 4
第二章、文獻回顧 ...................................... 5
2.1 鋪面平坦度量測定義 ................................ 5
2.1.1 鋪面平坦度評估指標 .............................. 5
2.1.2 鋪面平坦度量測儀器 .............................. 10
2.1.3 小結 ........................................... 16
2.2 雷射測距技術應用於鋪面量測相關研究................... 17
2.2.1 雷射位移感測器基本原理及應用 ..................... 17
2.2.2 國內外車載雷射相關應用 ........................... 20
2.3 動態參數修正相關研究 ............................... 31
2.3.1 加速度規基本原理 ................................ 31
2.3.2 動態行為對車載量測系統之影響 ..................... 34
2.3.3 修正標高之相關研究 .............................. 37
第三章、研究方法 ...................................... 41
3.1 二維藍光慣性式平坦儀車載設備 ....................... 41
3.1.1 位移感測器 ..................................... 42
3.1.2 加速度規 ....................................... 42
3.1.3 距離量測系統 ................................... 43
3.1.4 平坦度量測整合系統 .............................. 44
3.2 車載設備校正計畫 .................................. 45
3.2.1 位移感測器高程校正 .............................. 45
3.2.2 加速度及距離感測器校正 .......................... 45
3.3 量測參數定義 ...................................... 46
3.3.1 剖面平均值(Profile Average Value) ............... 46
3.3.2 剖面峰值(Profile Peak Value) ... ................ 47
3.3.3 剖面中心值(Profile Center Value) ................ 47
3.3.4 取樣間距 ........................................ 48
3.4 二維藍光慣性式平坦儀驗證 ........................... 48
3.4.1 參考剖面建立 .................................... 48
3.4.2 平坦儀驗證 ...................................... 50
3.5 現地量測 .......................................... 53
3.5.1 現地量測規劃 ......... .......................... 53
3.5.2 穩定性分析 ...................................... 55
3.5.3 車載設備量測之影響 .............................. 56
第四章、不同光譜之慣性式平坦儀綜合評估 .................. 57
4.1 二維藍光慣性式平坦儀車載設備校正 .................... 57
4.1.1 位移感測器高程校正結果 ........................... 57
4.1.2 距離感測器校正結果 .............................. 60
4.2 二維藍光慣性式平坦儀驗證結果 ....................... 60
4.2.1 參考剖面建立結果 ................................ 60
4.2.2 平坦儀驗證結果分析 .............................. 62
4.2.3 驗證結果綜合評估 ................................ 67
4.3 影響因子穩定性分析結果 ............................. 70
4.3.1 縱剖面高程影響分析 .............................. 70
4.3.2 IRI 值影響分析 .................................. 75
4.3.3 PSD 影響分析 .................................... 80
4.3.4 影響因子綜合評估 ................................ 84
4.4 不同車載平坦度量測設備影響之探討 .................... 85
4.4.1 不同車載平坦度量測設備影響分析 .................... 85
4.4.2 橋梁段平坦度量測結果 ............................. 87
4.4.3 車載設備影響評估 ................................ 88
第五章、結論與建議..................................... 89
5.1 結論.............................................. 89
5.2 建議 ............................................. 90
參考文獻 ............................................. 91

參考文獻

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中央大學土木工程研究所，碩士論文，2012 年。

指導教授

陳世晃(Shih-Huang Chen)

審核日期

2017-7-20

推文