傳統單點雷射與2D雷射應用於平坦度之比較研究

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鍾閎文(Hung-Wen Chung) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

傳統單點雷射與2D雷射應用於平坦度之比較研究
(The Comparative Study of Pavement Roughness with 1D and 2D Laser CCD)

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摘要(中)

路面之平坦度為路面重要特性，不僅為影響乘車的舒適度，亦提供於道路建設與維護評估之時機，而如何有效管理道路狀況，需定期檢驗及蒐集道路資料，過去檢驗技術大都為人力檢驗較費時且費工，故逐漸以慣性式平坦儀做為新式之檢測方法。
慣性式平坦儀基礎係以非接觸式測距儀進行平坦度量測，而近年雷射技術發展相當快速，從過去單點雷射提升為二維雷射，本研究便嘗試以二維雷射取代單點雷射量測道路平坦度，比對兩者之間差異性，並以國內外開發慣性平坦儀之相關規範進行參考開發，而二維雷射量測為一斷面之量測，因此定義三種不同參數進行自我比對，包含剖面平均值、峰值值及中間值，探討三者之間是否具差異性。
研究結果發現，不同參數的比較亦無差異，主因為平坦度之定義為巨觀，故在微小高程之差異上並不會造成平坦度太大之改變。依照規範要求，二維雷射應用於量測上與國際認證之ARRB Working Profiler、水準儀及單點雷射慣性平坦儀所量測之國際糙度指標並無差異，透過交叉相關性分析，結果發現二維雷射與其他儀器之相關性具高度相關，二維雷射應可使用於鋪面平坦度量測。

摘要(英)

Pavement roughness is an important feature of the Surface Services, not only does it affects the comfort of riding in a vehicle, but also shows the durability of the pavement allowing the Directorate General to evaluate the frequencies of pavement maintenance. Nevertheless, to have a more efficient control of pavement conditions, collecting the data of regular pavement roughness testing is required. In addition, the testing techniques in the past wasted more time and human resources compared to the new testing meters. As a result, inertial profilers and intelligent vehicle are generally used nowadays.
In this research, 1D laser is replaced by 2D to examine pavement roughness in order to compare the differences of the results between the two laser rangefinders.
Furthermore, the experimental results can be as well referred to the standards of AASHTO and CNS. Additionally, 2D laser calculates the longitudinal measurements of pavement. In consequence, there are three parameters including profile average rangefinder (PAR), profile peak value (PPV) and profile center value (PCV) defined to be analyzed and see if there is difference among these values.
The results revealed that there is non-significant difference among these values. On account of the definition of roughness calculating formula is macroscopic so that the micro-gap in elevation can’’t make too much difference.
According to the standards of AASHTO and CNS, examining pavement roughness by 2D laser suggested no dissimilarity with reference profiling devices, such as Australian Road Research Board Walking Profiler, level Instrument, 1D laser Inertial profiler and International Roughness Index (IRI).
Likewise, the repeatability of 2D laser was evaluated by computing the Average Cross Correlation (ACC) (IRI filtered) and the result is highly positive correlation with other devices. It is also no significant different from the result of other devices in Root Mean Square (RMS). Thus 2D laser can be equipped with inertial profilers.

關鍵字(中)

★ 二維雷射測距儀
★ 平坦度
★ 陀螺儀
★ 慣性式平坦儀

關鍵字(英)

★ Inertial Profilers
★ Gyroscope
★ IRI
★ 2D Laser

論文目次

目錄 I
圖目錄 V
表目錄 IX
第一章、緒論 1
1.1研究背景與動機 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 6
2.1單點與二維雷射量測鋪面因子之比較研究 6
2.1.1雷射測距儀基本原理及介紹 6
2.1.2二維雷射量測平坦度之研究 9
2.1.3二維雷射量測鋪面因子之研究 14
2.1.4雷射雷達 17
2.1.5小結 18
2.2以加速度規及陀螺儀修正平坦儀慣性運動現象 19
2.2.1加速度規及陀螺儀之原理 20
2.2.2修正慣性平坦儀之標高 21
2.2.3各軸加速度對慣性平坦儀之影響 22
2.2.4小結 24
2.3鋪面平坦度調查機制及儀器開發現況 25
2.3.1斷面式平坦儀 25
2.3.2反應式平坦儀 31
2.3.3慣性式平坦儀 33
2.4鋪面平坦度評估指標 40
2.4.1平坦度標準差 40
2.4.2 輪廓指數 42
2.4.3 行駛指數 44
2.4.4 國際糙度指標 47
第三章、研究方法 52
3.1智慧型檢測車各項量測儀器 52
3.1.1二維雷射測距儀 53
3.1.2陀螺儀 54
3.1.3測距儀 55
3.1.4自動胎壓監測系統 55
3.2各項儀器自我驗證計畫 56
3.2.1雷射高程驗證 57
3.2.2陀螺儀三軸方向及加速度驗證 57
3.2.3距離量測儀驗證 58
3.2.4平坦度量測驗證 59
3.3 二維雷射平坦度量測參數定義 60
3.3.1 剖面平均值 60
3.3.2 剖面峰值 60
3.3.3 剖面中間值 61
3.4 量測儀器 62
3.4.1 水準儀 62
3.4.2 ARRB WP 62
3.4.3 單點雷射慣性式平坦儀 63
3.4.4 二維雷射慣性式平坦儀 63
第四章、二維雷射慣性平坦儀之驗證 64
4.1慣性平坦儀自我驗證 64
4.1.1雷射測距儀自我驗證數據 64
4.1.2慣性系統彈跳狀態分析 67
4.1.3三軸角度修正評估 70
4.2參考平坦儀之驗證 71
4.2.1水準儀量測路面高程 71
4.2.2 WP自我實驗校正 72
4.2.3 WP自我現地校正 74
4.2.4 WP與水準儀現地比對分析 75
4.3傳統單點雷射應用於平坦度之驗證 77
4.4二維雷射應用於平坦度之驗證 78
4.4.1短距離驗證 78
4.4.2中長距離驗證 81
4.3.3二維雷射與單點雷射不同速度下之影響 87
4.5慣性平坦儀影響因子之探討 90
4.5.1設備因子影響之探討 90
4.5.2環境因子影響之探討 91
4.5.3參數因子影響之探討 92
4.4.4其他因子影響之探討 93
4.6慣性式平坦儀驗證規範比較 94
4.7不同型式平坦儀之比較 96
4.8目前國內平坦度指標規定 98
4.8.1交通部「公路工程施工規範」平坦度規定 98
4.8.2國道新建工程局及國道高速公路局之「施工技術規範」平坦度規定 98
4.8.3公路總局「施工說明書-技術規定」平坦度規定 98
4.8.4公共工程委員會「施工綱要規範」平坦度規定 100
4.8.5內政部營建署「市區道路平坦度驗收規範」規定 100
4.8.6地方政府規定 101
4.8.7 小結 101
第五章、結論與建議 102
5.1結論 102
5.2建議 103
參考文獻 104

參考文獻

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指導教授

林志棟、陳世晃
(Jyh-Dong Lin、Shih-Huang Chen)

審核日期

2012-7-10

推文