Международный индекс шероховатости - International Roughness Index

Развитие шероховатости дороги в Техасе, США. Синие точки показывают время обслуживания.

В Международный индекс шероховатости (IRI) - это показатель шероховатости, который чаще всего получается из измеренных продольных профилей дороги. Он рассчитывается с использованием математической модели автомобиля с четвертью автомобиля, отклик которой накапливается для получения индекса шероховатости с единицами уклона (дюйм / милю, м / км и т. Д.).[1] Этот показатель эффективности имеет меньшую стохастичность и субъективность по сравнению с другими показатели эффективности дорожного покрытия, но он не лишен случайности полностью. Источники изменчивости данных IRI включают разницу между показаниями различных прогонов тестового автомобиля и разницу между показаниями траектории правого и левого колеса.[2][3] Несмотря на эти факты, с момента его появления в 1986 году[4][5][6] IRI стал дорогой грубость индекс, наиболее часто используемый во всем мире для оценки и управления дорожными системами.

Измерение IRI требуется для данных, предоставляемых Федеральному управлению автомобильных дорог США, и охватывается несколькими стандартами от ASTM International: ASTM E1926-08,[7] ASTM E1364 - 95 (2005),[8] и другие. IRI также используется для оценки конструкции нового покрытия, для определения штрафов или премиальных выплат на основе гладкости.

История

В начале 1980-х годов инженерное сообщество автомобильных дорог определило неровность дороги как главный показатель полезности сети автомобильных дорог для участников дорожного движения. Однако существующие методы, используемые для определения шероховатости, не могли быть воспроизведены различными агентствами, использующими различное измерительное оборудование и методы. Даже в рамках одного агентства методы не обязательно повторялись. И они не были стабильными со временем.

Соединенные Штаты Национальная совместная программа исследований автомобильных дорог инициировал исследовательский проект, чтобы помочь государственным органам улучшить использование оборудования для измерения шероховатости.[9] Работу продолжил Всемирный банк[4] определить, как сравнивать или преобразовывать данные, полученные из разных стран (в основном развивающихся), участвующих в проектах Всемирного банка. Результаты тестирования Всемирного банка показали, что большая часть используемого оборудования может производить полезные измерения шероховатости по единой шкале, если методы будут стандартизированы. Шкала шероховатости, которая была определена и протестирована, в конечном итоге была названа Международным индексом шероховатости.Всемирный банк.[6] IRI используется для управления дорожным покрытием, иногда используется для оценки нового строительства с целью определения премиальных / штрафных выплат подрядчикам, а также для определения конкретных мест, где рекомендуется ремонт или улучшение (например, шлифовка). IRI также является ключевым фактором, определяющим эксплуатационные расходы транспортных средств, которые используются для определения экономической целесообразности проектов улучшения дорог.[10]

Определение

IRI был определен как математическое свойство двумерного профиля дороги (продольный срез дороги, показывающий высоту, изменяющуюся в зависимости от продольного расстояния вдоль пройденного пути на дороге). Таким образом, он может быть рассчитан на основе профилей, полученных с помощью любого действующего метода измерения, от статического стержня и оборудования для измерения уровня до высокоскоростных инерционных систем профилирования.

Математическая модель четверти автомобиля воспроизводит измерения шероховатости, которые использовались дорожными агентствами в 1970-х и 1980-х годах. IRI статистически эквивалентен использовавшимся методам в том смысле, что корреляция IRI с типичным транспортным средством с инструментами (так называемая «система измерения неровности дороги типа ответа», RTRRMS) была так же хороша, как и корреляция между измерениями из любых два RTRRMS. Преимущество IRI в качестве статистики на основе профилей состоит в том, что он является повторяемым, воспроизводимым и стабильным во времени. IRI основан на концепции «золотого автомобиля», свойства подвески которого известны. IRI рассчитывается путем моделирования реакции этой «золотой машины» на профиль дороги. В моделировании смоделированная скорость автомобиля составляет 80 км / ч (49,7 миль / ч). Свойства «золотой машины» были выбраны в более ранних исследованиях.[9] для обеспечения высокой корреляции с характеристиками езды широкого диапазона автомобилей, которые могут быть оснащены инструментами для измерения статистики уклона (м / км). Демпфирование IRI выше, чем у большинства транспортных средств, чтобы математическая модель не «настраивалась» на определенные длины волн и не создавала чувствительность, не разделяемую большинством транспортных средств.

Статистика наклона IRI была выбрана для обратной совместимости с используемыми мерами шероховатости. Это средняя абсолютная (выпрямленная) относительная скорость подвески, деленная на скорость автомобиля для преобразования скорости (например, м / с) в уклон (м / км). Частотная составляющая скорости движения подвески аналогична частотной составляющей вертикального ускорения шасси, а также вертикальной нагрузки шины / дороги. Таким образом, IRI сильно коррелирует с общим уровнем вибрации езды и общим уровнем вибрации нагрузки на дорожное покрытие. Хотя он не оптимизирован для соответствия какому-либо конкретному автомобилю с полной точностью, он настолько сильно коррелирован с качеством езды и дорожной нагрузкой, что большинство исследовательских проектов, в которых тестировались альтернативные статистические данные, не обнаружили значительных улучшений в корреляции.

Измерение

IRI рассчитывается на основе профиля дороги. Этот профиль можно измерить несколькими способами. Наиболее распространенные измерения выполняются приборами класса 1, способными непосредственно измерять профиль дороги, и приборами класса 3, в которых используются корреляционные уравнения. Используя терминологию Всемирного банка, они соответствуют Уровень качества информации (IQL) 1 и IQL-3, отражающие относительную точность измерений.[11] Распространенное заблуждение состоит в том, что скорость 80 км / ч, использованная в моделировании, также должна использоваться при физическом измерении неровностей с помощью транспортного средства с инструментами. Системы IQL-1 измеряют направление профиля независимо от скорости, а системы IQL-3 обычно имеют корреляционные уравнения для разных скоростей, чтобы связать фактические измерения с IRI.

Системы IQL-1 обычно сообщают о шероховатости с интервалами 10–20 м; IQL-3 с интервалами 100 м +.

Ранние измерения проводились методом стержневой съемки. Лаборатория транспортных исследований разработала луч с датчиком вертикального смещения. С конца 1990-х годов использование Щуп Профайлер,[12] с заявленной точностью 0,01 мм (0,0004 дюйма), стало довольно распространенным явлением.[13] В ROMDAS Z-250 работает аналогично щупу. В Профилировщик ходьбы ARRB TR было важным нововведением, поскольку позволяло измерять точные профили при скорости ходьбы.

Динамические измерения профиля дороги выполняются приборами, установленными на автомобиле. Подход заключался в датчике (первоначально ультразвуковом, а позже - лазерном), который измерял высоту транспортного средства относительно дороги. Акселерометр имеет двойную интеграцию, чтобы определить высоту датчика относительно точки отсчета. Разница между ними - высота дороги. Затем этот профиль высоты обрабатывается для получения IRI. В наиболее распространенных подходах IRI измеряется на каждой колесной траектории. Для получения общего «профиля шероховатости» IRI необходимо объединить IRI.[14] для переулка. Это можно сделать двумя способами. Модель «полувагона» имитирует транспортное средство, движущееся по обеим дорожкам, в то время как модель «четверти автомобиля» моделирует одно колесо на каждой колесной дорожке, а среднее значение - это IRI полосы движения. Подход с четвертью автомобиля считается более точным в представлении движения, ощущаемого пользователями, и поэтому является наиболее распространенным.

Основная проблема профилировщиков связана с их контактными площадями по сравнению с площадью контакта шины. Последний намного больше, чем любой из статических / низкоскоростных приофилеров класса 1 или типичный лазерный профилометр. Это было решено совсем недавно с помощью сканирующих лазеров, которые создают трехмерную модель поверхности дорожного покрытия. Примером этого является Система Pavemetrics который был принят многими различными OEM-поставщиками профилометров по всему миру. В дополнение к измерению шероховатости эта система также измеряет другие ключевые атрибуты дорожного покрытия, такие как трещины, глубина колеи и текстура.

Менее дорогостоящими альтернативами профилометрам являются RTRRMS, которые не регистрируют профиль, а устанавливаются в транспортных средствах и измеряют, как транспортное средство реагирует на профиль дорожного покрытия. Их необходимо откалибровать по IRI, чтобы получить оценку IRI. Поскольку на RTRRMS обычно влияют текстура и скорость дорожного покрытия, обычно используются различные уравнения калибровки для корректировки показаний для этих эффектов.

RTRRMS можно сгруппировать в три широкие категории и обычно относятся к IQL-3, за исключением, возможно, большинства систем на базе сотовых телефонов, которые относятся к IQL-4:

  • Интеграторы Bump: Они имеют физическую связь между подрессоренной и неподрессоренной массой и регистрируют относительное движение. Первоначально смонтированный на прицепе, такой как тот, который был разработан в Индии компанией CRRI, CRRI Trailer Bump Integrator, в настоящее время они чаще всего устанавливаются на полу транспортного средства с кабелем, соединяющим подвеску, например, производимые TRL (Великобритания), CSIR (Южная Африка) или ROMDAS (Н.З.) ROMDAS Bump Integrator.
  • Системы на основе акселерометров: В них используется акселерометр для измерения относительного движения подрессоренной массы с поправкой (иногда) на неподрессоренную массу. Примерами являются ранние системы ARAN (Канада) и ARRB Roughometer (Австралия).
  • Системы на базе сотовых телефонов: Это подмножество систем акселерометров, поскольку акселерометр встроен в сотовый телефон. Примеры этих приложений: TotalPave, RoadBounce Roadroid, RoadLab Pro, RoadBump и [1]. Хотя они становятся повсеместными, у приложений есть существенные различия, когда дело доходит до функций настройки и калибровки. Их нужно использовать с большой осторожностью, и их лучше рассматривать как IQL-4, чем IQL-3.[нужна цитата ]

Связь с PCI

IRI обычно имеет обратную связь с PCI. Гладкая дорога с низким IRI обычно имеет высокий PCI. Однако это не всегда так, и дорога с низким IRI может также иметь низкий PCI, и наоборот.[3][15] Следовательно, одного из этих показателей эффективности не всегда достаточно для всестороннего описания состояния дороги.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Sayers, M.W .; Карамихас, С. (1998). "Маленькая книга профилирования" (PDF). Институт транспортных исследований Мичиганского университета. Архивировано из оригинал (PDF) на 2018-05-17. Получено 2010-03-07.
  2. ^ "Пирьонеси, С. М. (2019). Применение аналитики данных к управлению активами: ухудшение состояния и адаптация к изменению климата на дорогах Онтарио (докторская диссертация)".
  3. ^ а б Пирьонеси, С. Мадех; Эль-Дираби, Тамер Э. (11.09.2020). «Изучение взаимосвязи между двумя показателями эффективности дороги: индексом состояния дорожного покрытия и международным индексом шероховатости». Транспортная Геотехника: 100441. Дои:10.1016 / j.trgeo.2020.100441 - через Elsevier Science Direct.
  4. ^ а б Сэйерс, М. В., Гиллеспи, Т. Д., и Патерсон, В. Д. Руководство по проведению и калибровке измерений шероховатости дорог, Технический документ Всемирного банка № 46, Всемирный банк, Вашингтон, округ Колумбия, 1986.
  5. ^ Сэйерс, М. (1984). Руководство по проведению и калибровке измерений неровностей дороги. Мичиганский университет, Научно-исследовательский институт безопасности дорожного движения. OCLC  173314520.
  6. ^ а б Сэйерс, М. В. (Майкл В.) (1986). Международный эксперимент по шероховатости дороги: установление методов корреляции и калибровочного стандарта для измерений. Технический доклад Всемирного банка № 45. Вашингтон, округ Колумбия: Всемирный банк. ISBN  0-8213-0589-1. OCLC  1006487409.
  7. ^ "ASTM E1926-08 (2015) Стандартная практика для расчета международного индекса шероховатости дорог на основе измерений продольного профиля". www.astm.org. Получено 2019-12-19.
  8. ^ "ASTM E1926-08 (2015) Стандартная практика для расчета международного индекса шероховатости дорог на основе измерений продольного профиля". www.astm.org. Получено 2019-12-19.
  9. ^ а б Гиллеспи, Т.Д., Сэйерс, М.В., и Сегель, Л., «Калибровка систем измерения шероховатости дороги с откликом». Отчет NCHRP. № 228, декабрь 1980 г.
  10. ^ Моделирование затрат участников дорожного движения и окружающей среды в HDM-4
  11. ^ Технологии сбора данных для управления дорогами
  12. ^ Домашняя страница веб-сайта Face® Dipstick®
  13. ^ Сравнение оборудования для калибровки шероховатости - с целью повышения достоверности данных сетевого уровня; Дж. Морроу, А. Фрэнсис, С. Костелло, R.C.M. Данн, 2006 В архиве 2015-04-03 на Wayback Machine
  14. ^ Сэйерс М.В. Профили шероховатости. Отчет об исследованиях в области транспорта 1260, Совет по исследованиям в области транспорта, Национальный исследовательский совет, Вашингтон, округ Колумбия, 1990 г.
  15. ^ Bryce, J .; Boadi, R .; Грёгер, Дж. (2019). «Соотношение индекса состояния дорожного покрытия и текущего рейтинга эксплуатационной пригодности асфальтированных покрытий». Отчет о транспортных исследованиях: журнал Совета по исследованиям в области транспорта. 2673 (3): 308–312. Дои:10.1177/0361198119833671.

дальнейшее чтение

  • «Связь неровности дороги и скорости транспортного средства с вибрацией всего тела человека и предельными уровнями воздействия» Ахлин и Гранлунд в Международный журнал дорожной техники, том 3, выпуск 4, декабрь 2002 г., страницы 207–216. https://doi.org/10.1080/10298430210001701
  • МУЧКА, Петр. Спецификации международного индекса шероховатости во всем мире, Дорожные материалы и дизайн покрытия, ISSN 1468-0629, 2017, Т. 18, No. 4, pp. 929–965. https://doi.org/10.1080/14680629.2016.1197144

внешняя ссылка