博碩士論文 92322059 詳細資訊


姓名 吳宜叡(I-Jui Wu)  查詢紙本館藏   畢業系所 土木工程學系
論文名稱 智慧型鋪面檢測車認證及鋪面平坦度之研究
(Certification of Intelligent Vehicle for Pavement Roughness Survey)
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摘要(中) 糙度(roughness),亦稱為平坦度,為道路表面輪跡縱向剖面起伏的變動量,影響路面行駛品質甚大。平坦之路面行駛舒適快速,可提高道路服務品質,反之,高低起伏嚴重之路面使車輛產生不斷的震動,用路人也會因此感到相當不適,再者,因需要確保安全行車而降低行駛速度,不但使公路的服務水準與效率大大降低,且由於路面之不平坦而造成車輛過度之震動,遂使車輛磨耗、燃料消耗而大大降低車輛使用壽命。
在檢測儀器方面,目前國內尚使用傳統三公尺直規與高低平坦儀,不僅費時費力,計算單點高低差與平坦度標準差程序冗長,不適合路網層級上使用。雖近年來有引進國外相關平坦度檢測儀器,但仍屬極少部分單位擁有,且初期購置成本高,因此,在國內對推動較先進之儀器檢測與國際化指標使用上實屬難題。
本研究改善前一代自行研發智慧型鋪面檢測車,添購新型設備及軟體以改善前一代儀器所遭遇問題,更針對本系統進行一連串的驗證程序,其中包括本系統各項儀器的驗證以及國際糙度指標穩定性等驗證,以上程序皆參考國外相關規範加以驗證,藉由以上驗證程序的進行,除了可增加本檢測系統之可信度,亦可改善平坦度檢測儀器績效不彰之問題。另外,目前以自行研發檢測車中,皆尚未通過中華民國實驗室認證體系(CNLA)認可,雖有進行相關驗證程序,但尚屬研究開發階段,因此本研究希望藉由多項驗證程序,搭配國外相關規範,初步研擬CNLA認證程序相關文件及操作手冊等,冀望可使本自行研發檢測車通過認證許可。
本研究以本智慧型鋪面檢測車搜集桃園縣境內所有鄉道平坦度資料,加以統計分析後,並探討造成道路不平坦之原因。另外結合運研所發展之Videologging系統,於檢測過程中將所有道路基本影像資料加以收集,藉由照片或者連續影像,可使用路人或養護單位對該路段之全貌、各項設施之相關位置及道路兩側土地使用情形,有較全盤性的瞭解,無需至現場,便可進行初步勘驗道路沿線狀況。
本研究收集桃園縣近三年鄉道養護資料,統計其養護面積大小、養護總結算經費、養護方式與養護維修成本等,並結合平坦度檢測資料進行鄉道養護門檻值之訂立,結果為6.65 m/km。另外,將以上所有資料應用於鋪面維護管理系統中,期望對桃園縣境內道路品質有所提升,所有用路人皆可有更快速、更舒適的行車環境。
摘要(英) Roughness is a vestige lengthways the section rises and falls of fluctuation quantity of the road surface, which influence the quality of the road to drive very much. The road of the roughness faces to drive the comfort quickly can raise the road service quality. Therefore, people who use the road will not feel well if there is high and low to rise and fall the serious road to make the vehicle produced the continuous vibration. Furthermore, because of need to insure the transportation security and reduce the drive speed, it not only makes the service level and efficiency of the road reduced consumedly, but also cause the vehicle excessiveness of vibrate, the fuel consumes and reduce the vehicle service life consumedly which because the road faces not roughness.
In part of apparatus to examine, the 3m straight and Hi-Lo Detector are not only waste a lot of time but also strenuous effort. It’s also not suitable in network level by using standard deviation of roughness. Although introduce an examination instrument in recent years, still belong to very few parts of units to own, and purchased the cost high in the early years. Therefore, compare to the promotion at the home advanced of the instrument examines and internationalizes the index sign the usage up is really difficult problem.
So this study tries to develop the intelligent vehicle for pavement survey by oneself. It can improve the problem which existed in the apparatus of survey roughness. Even carry on a series of identification procedures to this system, among them include identifications such as identification and the international roughness index sign stability etc. of various instruments of this system. The above procedure all consults the foreign related standard to take into the identification. By the above identification procedure, in addition to canning increase the credibility of this examination system, also can improve the not easily seen problem of an examination instrument results. All intelligent vehicles for pavement survey by oneself are not passing the accredited of Chinese National Laboratory Accreditation (CNLA). Although there is keep doing the related identification procedure, it still in the research development stage. So this research hopes to first step draws up the CNLA certification procedure relevant document and operates the manual...etc. to identify the procedure by many items, matching the foreign related standard. Looking forward to make the intelligent vehicle for pavement survey which developed by oneself can pass the certification permission.
This research with originally intelligent spread to face to examine the car to collect Taoyuan County inshore ll country a data, after taking in to statisticsed the analysis, and inquire into the not flat reason of causing the road.And combine the Videologging system of the Institute of Transportation development. Take into the collections in the lieutenant general all image datas with basic roads of the examination process. With continues image perhaps by the photograph, can use the stranger or two usage situation in the side landses of the related position and road of the entire content, various facilities that protect the unit to the road’’s segment. Didn’’t need to the scene, can carry on the first step the inspection the road to follow the line condition.
This research collects the protect data of country way of three years in Taoyuan County. And The covariance protects the area size、Protecting the summary calculates the budget、protect the way and protect to maintain cost etc. Combining an examination data carries on the country way to protect the threshold value, The result is 6.65 m/km. Apply above all data in spread to face in the pavement management system. Expect to have to promote to inshore road quality in Taoyuan County, all use the stranger and all can have to go the car environment sooner and soon and more comfortablely.
關鍵字(中) ★ 智慧型鋪面檢測車
★ 國際糙度指標
★ 鋪面維護管理系統
關鍵字(英) ★ Pavement Management System
★ Intelligent Vehicle for Pavement Survey
★ International Roughness Index
論文目次 總目錄…………………………………………………..I
圖目錄…………………………………………………IV
表目錄………………………………………………..VII
第一章 緒 論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的與範圍 2
1.3 研究方法與內容 3
1.4 研究流程 6
第二章 文獻回顧 7
2.1 國內外平坦度評估指標 7
2.1.1平坦度標準差: 7
2.1.2國際糙度指標(International Roughness Index , IRI): 8
2.1.3騎乘指數(Ride Number, RN)(ASTM E1489-98) 13
2.1.4輪廓指數(Profile Index, PI)(ASTM E-1274) 15
2.1.5各評估指標比較 16
2.2 鋪面平坦度檢測儀器及原理介紹 17
2.2.1斷面式平坦儀 18
2.2.2反應式平坦儀 21
2.2.3慣性式平坦儀 24
2.2.4各式平坦度儀器比較 29
2.3 國內外鋪面平坦度規範及驗收標準 32
2.3.1國內鋪面平坦度規範 32
2.3.2國外鋪面平坦度規範 36
第三章 自行研發平坦度儀器驗證及認證 39
3.1 自行研發平坦度檢測儀器介紹 39
3.1.1 慣性式平坦儀檢測原理 40
3.1.2 精密測距儀 41
3.1.3 慣性參考儀器 46
3.1.4 距離量測系統(DMI) 49
3.1.5 訊號擷取系統 51
3.1.6 其他設備 54
3.1.7 小 結 55
3.2 平坦度儀器之驗證 56
3.2.1縱向測距系統之驗證 56
3.2.2慣性參考儀器之驗證 57
3.2.3距離量測系統之驗證 59
3.2.4指標穩定性 62
3.2.4.1 重現性驗證 62
3.2.4.2 準確性驗證 66
3.2.4.3 變異性驗證 68
3.2.5 小 結 77
3.3 平坦度儀器之認證 78
3.3.1 CNLA認證流程 78
3.3.2 ISO17025介紹 81
第四章 桃園縣鄉道平坦度檢測及統計分析 89
4.1 桃園縣鄉道平坦度檢測計劃 89
4.1.1 檢測教育訓練 89
4.1.2 檢測範圍 90
4.1.3 檢測進度規劃 95
4.2 桃園縣鄉道平坦度統計分析 96
4.2.1 鄉道統計分析結果 96
4.2.2 小結 100
第五章 平坦度資料應用於鋪面維護管理系統 101
5.1 鋪面維護管理系統介紹 101
5.1.1 台灣地區歷年鋪面維護系統 101
5.1.2 網際版路面管理雛形系統介紹 104
5.1.3 ArcIMS產品簡介 106
5.1.4 桃園縣鋪面維護管理系統 107
5.2 道路養護門檻值研擬及養護優選排序 111
5.2.1 桃園縣鄉道養護門檻值之研擬 111
5.2.2 平坦度指標應用於道路養護優選排序 115
5.3 養護門檻值之靈敏度分析 117
5.4 道路基本影像結合GIS系統 118
5.4.1 公路基本資料檢測系統(Videologging) 118
5.4.2 道路基本影像應用於鋪面維護管理系統 120
第六章 結論與建議 123
6.1 結 論 123
6.2 建 議 124
參考文獻 126
附 錄…………………………………………….130
圖 目 錄
圖1-1 研究流程圖 6
圖2-1 黃金車模型 10
圖2-2 IRI波譜分布 10
圖2-3 柔性鋪面國際糙度指標評估圖 11
圖2-4 RN四分車濾波器波數反應圖 15
圖2-5 三米直規量測示意圖 19
圖2-6 直規型高低平坦儀 19
圖2-7 加州平坦儀 20
圖2-8 Rainhart路面平坦儀 20
圖2-9 ARRB Walking Profiler行走式平坦儀 21
圖2-10 裝載Mays Meter車子示意圖 22
圖2-11 BPR平坦儀 22
圖2-12 ARRB MLP 26
圖2-13 瑞典VTI道安智慧車Laser RST 26
圖2-14 ARAN道安自動道路檢測車 27
圖2-15 Dynatest RSP 28
圖2-16 K.J. LAW 8300A 28
圖2-17 中大自行研發智慧型鋪面檢測車 29
圖2-18 IRI與路面狀況與車速之關係 37
圖3-1 檢測系統架構圖 41
圖3-2 SLS 5150雷射測距儀示意圖 42
圖3-3 雷射與超音波測距形式示意圖 44
圖3-4 雷射擺設方向與車輛行駛方向示意圖 45
圖3-5 應變式加速度規 47
圖3-6 壓電式加速度規 49
圖3-7 DMI距離量測系統 50
圖3-8 擷取卡與訊號擷取盒 51
圖3-9 道路檢測程式畫面 52
圖3-10 IRI分析程式畫面 53
圖3-11 RoadRuf分析程式畫面 53
圖3-12 鋁擠架 54
圖3-13 不斷電穩壓系統(UPS) 54
圖3-14 Rack4積分盒 58
圖3-15 慣性參考儀器驗證結果 59
圖3-16 距離量測系統管制圖 62
圖3-17 雷射高程資料折線圖(3次) 63
圖3-18 加速度規高程資料折線圖(3次) 63
圖3-19 中大路水準測量縱斷面剖面圖 66
圖3-20 國際糙度指標量測結果之管制界限圖 67
圖3-21 20公里與80公里高程比較圖 72
圖3-22 40公里~80公里之IRI比較圖 73
圖3-23 雷射接收面與行駛方向平行示意圖 75
圖3-24 雷射接收面與行駛方向垂直示意圖 75
圖3-25 速度不同之IRI值比較圖(擺設方向錯誤) 76
圖3-26 CNLA認證程序流程圖 79
圖3-27 CNLA初次認證程序流程圖 80
圖3-28 品質系統架構圖 82
圖4-1 平坦度檢測車教育訓練流程圖 90
圖4-2 檢測範圍示意圖 90
圖4-3 桃園縣鄉道平坦度分布柱狀圖 97
圖4-4 桃園縣鄉道平坦度分布圓餅圖 97
圖4-5 養護路段之國際糙度指標統計分析圖 99
圖4-6 未養護路段之國際糙度指標統計分析圖 99
圖5-1 台灣地區歷年鋪面維護系統圖 103
圖5-2 網際鋪面維護管理暨地理資訊系統架構 108
圖5-3 鄉道平坦度累績百分比圖 115
圖5-4 公路基本資料管理系統架構圖 119
圖5-5 DV架設與拍攝位置 120
圖5-6 路基路面播放程式 120
圖5-7 道路基本影像結合GIS系統 121
表 目 錄
表2-1 平坦度標準差d2係數表 8
表2-2 乘騎指數(RN)所代表的路面服務水準 14
表2-3 計算IRI與RN所使用之四分車參數表 14
表2-4 國內現有平坦度量測設備 18
表2-5 慣性式平坦儀種類表 25
表2-6 各式平坦儀比較結果表 30
表2-7 各式平坦儀特性整理表 31
表2-8 市區道路原始平坦度IRI值大於650cm/km時之驗收評估標準 35
表2-9 市區道路新工或原始平坦度IRI值不大於650cm/km時之驗收評估標準 35
表2-10道路等級與國際糙度指標與車速範圍之關係 37
表3-1 智慧型檢測車購置成本與規格比較表 40
表3-2 LMI雷射測距儀規格表 42
表3-3 ASTM E 950-98規定慣性式平坦度儀等級與取樣間距 43
表3-4 不同行車速度下,滿足ASTM E 950-98所需取樣頻率換算表 43
表3-5 ASTM E 950-98規定慣性式平坦度儀等級與縱向解析度 44
表3-6 DMI規格表 50
表3-7 雷射測距儀驗證結果 57
表3-8 距離量測系統驗證結果 60
表3-9 距離量測結果之單因子變異數分析 61
表3-10 重覆性平坦度IRI量測結果 63
表3-11 M.Y.Shahin方式(IRI)之單因子變異數分析表 64
表3-12 RoadRuf方式(IRI)之單因子變異數分析表 64
表3-13 M.Y.Shahin與RoadRuf之IRI單因子變異數分析表 64
表3-14 自行研發平坦儀與水準測量之IRI比較表 67
表3-15 不同速度平坦度檢測結果 68
表3-16 20~80公里(IRI)單因子變異數分析表 68
表3-17 30~80公里(IRI)單因子變異數分析表 69
表3-18 40~80公里(IRI)單因子變異數分析表 70
表3-19 40KM以下量測結果表 71
表3-20 35~40公里(IRI)單因子變異數分析表 71
表3-21 不同煞車速度平坦度檢測結果 73
表3-22 煞車次數之單因子變異數分析表 74
表4-1 檢測路線表 91
表4-2 檢測規劃行程表 95
表4-3 桃園縣鄉道國際糙度指標統計表 96
表4-4 91~93年度桃園縣鄉道養護資料表 98
表5-1 國內發展之鋪面維護管理系統 102
表5-2 桃園縣鄉道養護資料整理表 114
表5-3 各文獻之養護排序評估屬性使用次數統計表 117
表5-4 桃園縣鄉道平坦度靈敏度分析結果 118
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指導教授 林志棟(Jyh-Dong Lin) 審核日期 2005-7-14
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