Sammenlikning av spormålingsdata fra ViaPPS og ALFRED

Transkript

1 SBF A6 - Åpen RAPPORT Sammenlikning av spormålingsdata fra ViaPPS og ALFRED Einar Værnes SINTEF Byggforsk AS Veg- og jernbaneteknikk Desember 6

2

3 TITTEL SINTEF RAPPORT SINTEF Byggforsk AS Veg- og jernbaneteknikk Postadresse: 76 Trondheim Besøk: Høgskoleringen 7A Telefon: Telefaks: Foretaksregisteret: NO 989 MVA Sammenlikning av spormålingsdata fra ViaPPS og ALFRED FORFATTER(E) Einar Værnes OPPDRAGSGIVER(E) Statens vegvesen Vegdirektoratet, Tek-T RAPPORTNR. GRADERING OPPDRAGSGIVERS REF. SBF A6 Åpen Torleif Haugødegård GRADER. DENNE SIDE ISBN PROSJEKTNR. ANTALL SIDER OG BILAG Åpen / ELEKTRONISK ARKIVKODE PROSJEKTLEDER (NAVN, SIGN.) VERIFISERT AV (NAVN, SIGN.) Sammenlikning av spormålingsdata fra ViaPPS og ALFRED.doc Einar Værnes Inge Hoff ARKIVKODE DATO GODKJENT AV (NAVN, STILLING, SIGN.) 6--8 Inge Hoff, forskningssjef SAMMENDRAG I forbindelse med utviklingen av en ny spormåler (ViaPPS) basert på en laserstråle som skanner over vegdekket for å måle dekkeprofilet i full feltbredde, ble det gjort en Factory Acceptance Test (FAT) av utstyret i oktober 6. Denne rapporten presenterer resultater fra den delen av testen som ble gjort ute på vegen sammen med parallelle målinger med den gamle spormåleren ALFRED. FAT-testen viser at de nye målerne greier å måle tverrprofiler på en troverdig og repeterbar måte under vanlig trafikkhastighet. Hver tverrprofilmåling består av enkeltregistreringer som hver for seg har en viss usikkerhet i seg, men ved å legge inn hensiktsmessige filtre kan dekkeoverflata beregnes med tilstrekkelig nøyaktighet for de formål ALFRED i dag benyttes til. Under forsøksmålingene har det blitt en del spredning i måleresultatene mellom målerne. Dette kan til dels forklares ut fra ulikt kjøremønster, spesielt på Rv der det var store spor og andre dekkeskader. Det synes imidlertid som om det også kan være andre årsaker som vi ikke har klarlagt ennå. Det er nødvendig med flere målinger på ulike dekketyper og på dekker med forskjellig skadeomfang for å finne beste simulering av ALFRED. Det er fortsatt en del utfordringer i forbindelse med filtrering av profilene og utluking av feilmålinger og uønskede objekter, men på grunn av det store antallet måleprofiler vil det bety lite for den totale datakvaliteten om en liten del av målingene må forkastes. STIKKORD NORSK ENGELSK GRUPPE Vegteknikk, Highway Engineering Måleteknikk Metrology GRUPPE Asfalt Asphalt Vedlikehold Maintenance EGENVALGTE Dekketilstand Surface characteristic

4

5 Innledning... Strekninger.... Rv, hp 6 meter 8 til.... Ev, hp meter 8 til...6. Ev, hp 6 meter til hp 7 meter...8 Tverrprofilmålinger med ViaPPS....9 Filtrering av rådata..... verdifilter.... Medianfilter.... Hjulavtrykksfilter.... Chebyshevfilter.... Drøfting av ulike filtre... Målinger og resultater...7. Rv, hp 6 meter 8 til Kjørefelt Kjørefelt.... Ev, hp meter 8 til..... Kjørefelt..... Kjørefelt.... Ev, hp 6 meter til hp 7 meter..... Kjørefelt..... Kjørefelt... 6 Sammenlikning av målerne ALFRED-simulering... 8 Optimalisering av filtre... 9 Feilmålinger... Lengdeangivelse... Konklusjon...

6 Innledning På oppdrag fra Statens vegvesen har firmaet ViaTech startet utvikling en ny spormåler (ViaPPS) basert på en roterende laserstråle montert i ca, meter høyde bakerst på en bil. Figur viser et slikt måleutstyr montert på en av vegvesenets målebiler. Måleutstyret skal kunne måle vegprofiler i en bredde på opp til meter under kjøring i vanlig trafikkhastighet. For å dokumentere utstyrets funksjon ble det.. oktober 6 utført prøvemålinger (Factory Acceptance Test - FAT) med to av de nye måleinstrumentene sammen med en ALFRED-måler. SINTEF er engasjert for å utvikle beregningsalgoritmer og statistiske metoder rundt utstyret. Figur SpormålerenViaPPS

7 Strekninger Målestrekningene er valgt ut av Vegdirektoratet, og konsentrert rundt Kongsbergdistriktet (se Figur ). For å teste ut måleren under forskjellige forhold er det valgt ut strekinger med ulik vegstandard og skadetilstand. Figur Teststrekningenes beliggenhet, her markert med tykk svart linje. Rv, hp 6 meter 8 til Dette er en litt svingete og nedkjørt veg med til dels betydelige dekkeskader. I følge VDBs dekkeregister er toppdekket fra oktober 99 (Tabell ), altså 6 år gammelt. Figur viser et kartutsnitt og Figur viser foto av dekketilstanden ved starten av strekningen. Spordybdene (median pr. -meterstrekning) er målt med Alfred til å være mellom 8 og 7 mm, med en middelverdi på ca. mm. Figur viser spordybder målt i kjørefelt og med ALFRED. Tabell Utskrift av dekkeregisteret for Rv, hp 6, meter 8 til STATENS VEGVESEN VEGDEKKER, DETALJRAPPORT PC-FORM BUSKERUD VDB L7. Somm VEGNETT Utskriftsdato 6--9 Status pr. dato 6--9 Fylke Veg FHp FKm THp TKm Kjfelt Lengde Ptype Btype LDato Hgrnr Mtype Forb Entnr Bredde 6 RV V 99 Agb

8 Figur Kartutsnitt for Rv, hp 6 meter 8 til Figur Vegdekket ved starten av målestrekningen på Rv (foto: Torleif Haugødegård)

9 6 Spordybde (mm) Kjørefelt Midlere spordybde = 8, mm Hp6 / 8 Hp6 / 86 Hp6 / 86 Hp6 / 868 Hp6 / 87 Hp6 / 88 Hp6 / 886 Hp6 / 89 Hp6 / 898 Hp6 / 9 Hp6 / 9 Hp6 / 96 Hp6 / 9 Hp6 / 98 Hp6 / 9 Hp6 / 9 Hp6 / 96 Hp6 / 9 Hp6 / 98 Spordybde (mm) Hp6 / 96 Hp6 / 97 Hp6 / 976 Hp6 / 98 Hp6 / 988 Hp6 / 99 Kjørefelt Midlere spordybde =, mm Hp6 / 8 Hp6 / 88 Hp6 / 86 Hp6 / 87 Hp6 / 876 Hp6 / 88 Hp6 / 888 Hp6 / 89 Hp6 / 9 Hp6 / 96 Hp6 / 9 Hp6 / 98 Hp6 / 96 Hp6 / 9 Hp6 / 96 Hp6 / 9 Hp6 / 98 Hp6 / 9 Hp6 / 96 Hp6 / 966 Hp6 / 97 Hp6 / 978 Hp6 / 98 Hp6 / 99 Hp6 / 996 Figur Spordybder i kjørefelt og målt med ALFRED. Ev, hp meter 8 til SINTEF var ikke tilstede under målingene på denne vegparsellen. Dekkeregisteret i VDB (Tabell ) viser at toppdekket ble lagt i september og dermed er fire år gammelt. Figur 6 viser uttegning av spordybder målt med ALFRED, spordybdene er her på ca. mm. Kartutsnitt er vist i Figur 7, og foto av vegdekket ved starten av strekningen er vist i Figur 8. Tabell Utskrift av dekkeregisteret for Ev, hp, meter 8 til STATENS VEGVESEN VEGDEKKER, DETALJRAPPORT PC-FORM BUSKERUD VDB L7. Somm VEGNETT Utskriftsdato 6--9 Status pr. dato 6--9 Fylke Veg FHp FKm THp TKm Kjfelt Lengde Ptype Btype LDato Hgrnr Mtype Forb Entnr Bredde 6 EV 8... L V 9 Ab Spordybde (mm) 8 6 Kjørefelt Midlere spordybde = 9,7 mm Hp / 8 Hp / 86 Hp / 87 Hp / 886 Hp / 898 Hp / 9 Hp / 9 Hp / 9 Hp / 96 Hp / 98 Hp / 97 Hp / 98 Hp / 99 Hp / 6 Hp / 8 Hp / Hp / Hp / Hp / 66 Hp / 78 Hp / 9 Hp / Hp / Hp / 6 Spordybde (mm) Hp / 8 Hp / Hp / 6 Hp / 7 Hp / 86 Hp / 98 Hp / Hp / Hp / Hp / Kjørefelt Midlere spordybde = 9, mm Hp / 8 Hp / 86 Hp / 87 Hp / 886 Hp / 898 Hp / 9 Hp / 9 Hp / 9 Hp / 96 Hp / 98 Hp / 97 Hp / 98 Hp / 99 Hp / 6 Hp / 8 Hp / Hp / Hp / Hp / 66 Hp / 78 Hp / 9 Hp / Hp / Hp / 6 Hp / 8 Hp / Hp / 6 Hp / 7 Hp / 86 Hp / 98 Hp / Hp / Hp / Hp / 6 Figur 6 Spordybder i kjørefelt og målt med ALFRED

10 7 Figur 7 Kartutsnitt for Ev, hp meter 8 til Figur 8 Vegdekkeprofil på Ev, hp (foto: Torleif Haugødegård)

11 8. Ev, hp 6 meter til hp 7 meter SINTEF var ikke tilstede under målingene på denne vegparsellen. Dette er en nylagt strekning med små spordybder (se Figur 9). I følge VDB skal dekket være lagt i, men siden VDB ikke lenger oppdateres, er dette ganske sikkert foreldede data. Heller ikke NVDB hadde oppdaterte data for denne strekningen pr Figur viser uttegning av spordybder målt med ALFRED, middelspordybden er på mellom og mm. Figur viser kartutsnitt, Figur 9 Vegdekkeprofil på Ev, hp 6 (foto: Torleif Haugødegård) Spordybde (mm) 6 Kjørefelt Midlere spordybde =,6 mm Hp6 / Hp6 / 6 Hp6 / Hp6 / Hp6 / 8 Hp6 / Hp6 / 6 Hp6 / Hp6 / Hp6 / 8 Hp6 / 6 Hp6 / 66 Hp6 / 7 Hp6 / 7 Hp6 / 78 Hp6 / 8 Hp6 / 86 Hp6 / 9 Hp6 / 9 Hp6 / 98 Hp7 / Hp7 / 7 Hp7 / Hp7 / Hp7 / 9 Hp7 / Hp7 / 7 Hp7 / Hp7 / Spordybde (mm) Hp7 / 9 Hp7 / Hp7 / 7 Kjørefelt Midlere spordybde =, mm Hp6 / Hp6 / 7 Hp6 / Hp6 / Hp6 / 9 Hp6 / Hp6 / 7 Hp6 / Hp6 / Hp6 / 9 Hp6 / 6 Hp6 / 67 Hp6 / 7 Hp6 / 7 Hp6 / 79 Hp6 / 8 Hp6 / 87 Hp6 / 9 Hp6 / 9 Hp7 / Hp7 / Hp7 / 8 Hp7 / Hp7 / 6 Hp7 / Hp7 / Hp7 / 8 Hp7 / Hp7 / 6 Hp7 / Hp7 / Hp7 / 8 Figur Spordybder i kjørefelt og målt med ALFRED

12 9 Figur Kartutsnitt for Ev, hp 6 meter til hp 7 meter Tverrprofilmålinger med ViaPPS. ViaPPS måler tverrprofiler ved hjelp av en roterende laserstråle som illustrert i Figur. Uttegning av målesituasjon: Dekkeoverflate Skannerboks Laserstråle, høyre grense Laserstråle, venstre grense Laserstråle, senter av skann - Minste målbare radius Største målbare radius - Figur Prinsippskisse av tverrprofilmåling med ViaPPS. Laserlyset reflekteres av et roterende speil, og avstanden fra laseren ned til dekkeoverflata registreres med konstante vinkelintervaller over en total vinkelbredde på 8. Målesystemet

13 regner om fra polarkoordinater til x- og z-verdier i et kartesisk koordinatsystem. Dersom laseren monteres i en høyde på, meter vil den dekke en bredde på omtrent, meter på vegoverflata. Totalt blir det gjort registreringer i hvert skann, noe som gir en midlere punktavstand i x- retning på 7,8 mm. Siden rotasjonsvinkelen mellom hvert skannepunkt er konstant, vil avstanden mellom hvert punkt være minst rett under laseren. Ved måling rett ned mot et horisontalt plan vil det være, mm mellom x-verdiene ytterst, og 6, mm mellom verdiene rett under laserenheten. Det ble målt med to måleutstyr, ett påmontert Region Sørs målebil (A7), og ett på Vegdirektoratets målebil (VEGDIR). A7 hadde i tillegg ALFRED-utstyr påmontert, og kunne måle samtidig med begge måleutstyrene. Vi har laget et PC-program som kan benyttes til å utføre beregninger på måledata, samt visualisere resultatene. Programmet kan lastes ned fra Filtrering av rådata. Figur viser rådata slik de registreres i fart av ViaPPS. Vi ser at det er en del spredning i høyderetningen mellom nabopunktene, det ser her ut som de sprer seg ut i et bånd med bredde på ca. til 6 mm. Dette kommer både av teksturen på dekket og begrensningen i nøyaktigheten på hver enkelt lasermåling. For å kunne beregne spordybder på et slikt datasett må rådata filtreres for å redusere innvirkningen av måleusikkerheten og overflateteksturen. Vi har derfor implementert fire filtertyper for å se hvor godt de glatter profilen uten samtidig å miste vesentlig informasjon. Figur Spredningen i måledata over et tverrprofil slik de kommer fra ViaPPS

14 . verdifilter verdifiltret beregnes som en flytende middelverdi langs profilet. Antall punkter det midles over kan velges fritt, og den midlede verdien i et punkt beregnes ut fra et symmetrisk antall lasermålinger rundt punktet. Figur til Figur 7 viser uttegning av filtrerte profiler midlet over henholdsvis, 9, og punkter. Figur Filtrering: Flytende middelverdi over punkter Figur Filtrering: Flytende middelverdi over 9 punkter

15 Figur 6 Filtrering: Flytende middelverdi over punkter Figur 7 Filtrering: Flytende middelverdi over punkter

16 . Medianfilter Medianfiltret beregnes som en flytende medianverdi langs profilet. Antall punkter det beregnes over kan velges fritt, og verdien i et punkt beregnes ut fra et symmetrisk antall lasermålinger rundt punktet. Figur 8 til Figur viser uttegning av filtrerte profiler beregnet over henholdsvis 9, og punkter. Figur 8 Filtrering: Flytende median over 9 punkter Figur 9 Filtrering: Flytende median over punkter

17 Figur Filtrering: Flytende median over punkter. Hjulavtrykksfilter Hjulavtrykksfilteret er et forsøk på å beregne hva et bildekk vil føle når det kjører på tvers av profilet. Både på profiler med liten og stor teksturdybde vil hjulet flyte på toppene i dekkestrukturen. Høydeverdiene beregnes med dette filteret som 9 % -kvantilen av lasermålingene som dekker beregningsområdet. Beregningsområdet angis her i cm, ikke antall punkter. Et standard personbilhjul vil gjerne ha en kontaktbredde på til 8 cm med underlaget. Figur viser uttegning av et hjulavtrykksfiltrert profil med cm avtrykksbredde. Vi ser at det filtrerte profilet som ventet plasserer seg i øvre kant av rådatasettet. Figur Filtrering: cm bredt hjulavtrykk

18 . Chebyshevfilter Et Chebyshevfilter er et elektronisk båndpassfilter som har spesielt god undertrykking av frekvenser over øvre avkutningsfrekvens. Vi har her benyttes et.ordens Chebyshev IIR (Infinite Impulse Response) -filter. Kildekoden er tilsendt fra ViaTech, og vi kjenner ikke til hvilke avkutningsfrekvenser som er benyttet i beregning av filterkonstantene. Figur Chebyshevfiltrert tverrprofil. Drøfting av ulike filtre De forskjellige filtrene har ulike egenskaper. Flytende middelverdi- og Chebyshevfiltrering er raskt å beregne. Medianberegning og hjulavtrykksfilter innebærer mye sortering av data, og krever derfor vesentlig mer beregningstid. Antall millisekunder pr. beregning på utviklingsmaskina er vist i Figur. De benyttede beregningsalgoritmene kan sikkert optimaliseres noe. Antall millisekunder beregningstid pr. profil ved ulike filtervalg 6 verdi verdi Median Median Chebyshev Hjul Beregningstid (ms),9,,,9,, Figur Antall millisekunder beregningstid pr. profil ved forskjellige filtreringsmetoder og filterkonstanter.

19 6 verdifiltret har den ulempen at feilmålinger som befinner seg langt utenfor riktig verdi har en del innvirkning på beregnet verdi. Medianberegning, hjulavtrykksberegning og Chebyshevfilter er ganske robuste mot slike verdier. Ut fra de profilene vi har sett på i denne undersøkelsen virker det ikke som slike feilmålinger i enkeltpunkter forekommer i særlig grad. Chebyshevfilteret har den ulempen at det er utviklet for tidsserier, ikke for å se på signaler av den art vi her behandler. For å benytte dette filtret må vi behandle profilet som om det var en tidsserie. Hver ny beregnet verdi blir avhengig av tidligere beregnede verdier, men ikke av framtidige. Det beregnede profilet vil derfor bli forskjellig alt etter hvilken ende av profilet beregningen starter på, og det beregnede profilet vil få en faseforskyvning framover i tid. Figur viser klart en forskyvning fra venstre mot høyre for det beregnede profilet i forhold til lasermålingene. Vi har beregnet de forskjellige filtrene med ulike filterkonstanter på et profil. Filterkonstant betyr her for middelverdi og median antall punkter, for hjulavtrykksfilteret antall cm. Figur til Figur 6 viser uttegning for filterkonstantene, og. Ut fra dette velger vi å gå videre i analysen av måledata ved å benytte middelverdifiltrering beregnet over punkter. Filtersammenlikning, punkter - cm,, y_raw y_filtered_hjulavtrykk_ y_filtered_chebyshev_ y_filtered_median_ y_filtered_verdi_,, -, - -, - -,,,, -, -, -, -, -, Figur Sammenlikning av ulike filtre på samme profil filterkonstant Filtersammenlikning, punkter - cm,, y_raw y_filtered_hjulavtrykk_ y_filtered_chebyshev_ y_filtered_median_ y_filtered_verdi_,, -, - -, - -,,,, -, -, -, -, -, Figur Sammenlikning av ulike filtre på samme profil filterkonstant

20 7 Filtersammenlikning, punkter - cm,, y_raw y_filtered_hjulavtrykk_ y_filtered_chebyshev_ y_filtered_median_ y_filtered_verdi_,,, -, -, -, -, -,,,,,,, -, -, -, -, -, Figur 6 Sammenlikning av ulike filtre på samme profil filterkonstant Målinger og resultater Målestrekningen ble målt tre ganger i hvert kjørefelt med hvert måleutstyr. I tillegg ble det samtidig målt med ALFRED med en av målebilene (A7). For ViaPPS-målerne ble det benyttet middelverdifilter over punkter og beregnet maksimal spordybde for meter bunnrettholt sentert midt under målebilen for å se på repeterbarhet mellom hver overfart se på repeterbarhet mellom måleutstyr finne beste metode (rett filtrering) til å simulere ALFRED-målinger med ViaPPS. De beregnede rettholtverdiene pr. tverrprofil kjøres gjennom ei tilsvarende statistikkberegning som ALFRED, der median av spordybde for hver -meter beregnes. Midlere -meterverdi for alle overfartene beregnes også.. Rv, hp 6 meter 8 til Det ble målt på denne strekningen..6. Det var litt fuktig vegbane, men oppholdsvær under målingene. Denne vegstrekningen var av ganske dårlig forfatning, og med en del svinger. Vi kan derfor ikke forvente at det ble kjørt i nøyaktig samme spor for hver overfart. Det vil dermed være naturlig om det blir enn del spredning i målt spordybde mellom hver overfart... Kjørefelt Figur 7 til Figur 9 viser måleresultatene for henholdsvis ALFRED, VEGDIR og A7. Vi ser at alle målerne gir meget god repeterbarhet på median spordybde pr. meterintervall.

21 8 -meterstatistikk for spordybde, ALFRED, kjørefelt F6 F6 F6 Spordybde Antall -meterstrekninger Figur 7 Tre parallelle målinger med ALFRED, Rv, hp 6 meter 8 til, felt Median Bunnrettholt, ViaPPS..6 :6..6 :..6 :9 VEGDIR Figur 8 Tre parallelle målinger av VEGDIR, Rv, hp 6 meter 8 til, felt Bunnrettholt, ViaPPS A7 A7_ A7_ A7_ Figur 9 Tre parallelle målinger av A7, Rv, hp 6 meter 8 til, felt I Figur er midlere spordybde for alle overfartene for hver måler tegnet ut. Vi ser at det samme mønsteret i spordybder går igjen for alle målerne, men nivået er forskjellig. Variasjonen mellom de forskjellige målerne er mye større enn variasjonen mellom hver overfart for hver måler. Figur viser midlere spordybde for hver måler over strekningen. Vi ser at ALFRED gir de laveste spordybdene, VEGDIR gir de største.

22 9 Sammenlikning av målt spordybde for ALFRED og ViaPPS-målerne VEGDIR V ALFRED Spordybde meterstrekning Figur Sammenlikning av målt spordybde for ALFRED og ViaPPS-målerne, Rv, hp 6 meter 8 til, felt VEGDIR V ALFRED Spordybde 6,7,,7 Figur Midlere spordybde for hver måler, Rv, hp 6 meter 8 til, felt Vi har også beregnet spordybder med forskjellig filtering for måler VEGDIR. Figur viser hvordan de forskjellige filtermetodene (med filterfaktor ) påvirker midlere spordybde. Det blir ingen dramatisk forskjell i beregnet dybde, medianberegningen skiller seg litt ut ved å gi noe større dybde enn de andre.

23 Spordybde i mm Sammenlikning av spordybde målt med ViaPPS og ALFRED Median Chebyshev Hjul ALFRED meterstrekning nummer spordybde (mm) spordybde (mm) Median Cheby shev Hjul ALFRE D 6, 7,6 6,8 6,,7 Figur Spordybde målt med ALFRED sammenliknet med dybder beregnet med forskjellige filtermetoder for VEGDIR. Rv, hp 6 meter 8 til, felt... Kjørefelt Figur til Figur viser uttegnet lengdeprofil for hver av målerne. Også her er repeterbarheten for hver måler veldig god. Spordybde 6,,,,,, -meterstatistikk for spordybde, ALFRED, kjørefelt Spordybde(mm) Spordybde(mm) Spordybde(mm), Antall -meterstrekninger Figur Tre parallelle målinger med ALFRED, Rv, hp 6 meter 8 til, felt 6 Bunnrettholt, ViaPPS VEGDIR..6 :..6 :9..6 : Figur Tre parallelle målinger med VEGDIR, Rv, hp 6 meter til 8, felt

24 Bunnrettholt, ViaPPS A7..6 :..6 : Figur Tre parallelle målinger med A7, Rv, hp 6 meter til 8, felt Figur 6 viser middelverdier for alle målerne. I dette kjørefeltet viser ALFRED størst spordybde, VEGDIR måler også her større dybder enn A7. Sammenlikning av målt spordybde for ALFRED og ViaPPS-målerne VEGDIR (middel=8, ) A7 (middel=,8 ) ALFRED (middel=, ) Midlere spordybde over strekningen Spordybde Spordybde(mm) meterstrekning nummer ALFRED (middel=, ) VEGDIR (middel=8, ) A7 (middel=,8 ) Figur 6 Sammenlikning av målt spordybde for ALFRED og ViaPPS-målerne, Rv, hp 6 meter til 8, felt.. Ev, hp meter 8 til SINTEF var ikke til stede under målingen på denne strekningen, men så vidt vi kjenner til var det tørt føre under målingen... Kjørefelt Figur 7 til Figur 9 viser resultatene for hver måleserie for henholdsvis ALFRED, VEGDIR og A7. Her er det vesentlig mindre spordybder enn på Rv, og dekketilstanden synes å variere lite over strekningen. Repeterbarheten mellom hver måleserie er god for alle målerne. verdiene for de tre overfartene for alle målerne er sammenstilt i Figur. Vi ser at her viser måler A7 minst spordybde, VEGDIR har målt størst dybde.

25 ALFRED Figur 7 Tre parallelle målinger av ALFRED, Ev, hp meter 8 til, felt Bunnrettholt, VEGDIR Figur 8 Tre parallelle målinger av VEGDIR, Ev, hp meter 8 til, felt 7 Bunnrettholt, A Figur 9 Tre parallelle målinger av A7, Ev, hp meter 8 til, felt Spordybde (mm) ALFRED Ev, hp meter 8 til, felt VEGDIR A meterstrekning nummer Midlere spordybde over strekningen ALFRED (,8 mm ) VEGDIR ( 8,8 mm ) A7 (,6 mm ) Figur Midlere profil for de tre målerne, Ev, hp meter 8 til, felt

26 .. Kjørefelt Figur til Figur viser resultatene for hver måleserie for henholdsvis ALFRED, VEGDIR og A7. verdiene er vist i Figur. På denne strekningen ser vi at ALFRED måler størst spordybde, A7 måler lavest verdi. ALFRED Figur Tre parallelle målinger av ALFRED, Ev, hp meter 8 til, felt Bunnrettholt, VEGDIR Figur Tre parallelle målinger av VEGDIR, Ev, hp meter 8 til, felt 7 Bunnrettholt, A Figur Tre parallelle målinger av A7, Ev, hp meter 8 til, felt

27 Spordybde (mm) ALFRED Ev, hp meter 8 til, felt VEGDIR A meterstrekning nummer Midlere spordybde over strekningen ALFRED ( 9, mm ) VEGDIR ( 7, mm ) A7 (, mm ) Figur Midlere profil for de tre målerne, Ev, hp meter 8 til, felt. Ev, hp 6 meter til hp 7 meter SINTEF var ikke til stede under målingen på denne strekningen, men så vidt vi kjenner til var det tørt føre under målingen... Kjørefelt Figur til Figur 7 viser resultatene for hver måleserie for henholdsvis ALFRED, VEGDIR og A7. Dette er et nytt dekke, og alle målerne gir små spordybder. Repeterbarheten mellom overfartene er god for ALFRED og VEGDIR, mens A7 har en del avvik på midten av strekningen. Figur viser at det her er en kurve, så det er naturlig å anta at avvikene her kommer av ulikt kjøremønster gjennom kurven. 6 ALFRED 6 Figur Tre parallelle målinger av ALFRED, Ev, hp 6/ til hp 7/, felt, Bunnrettholt, VEGDIR,,, 6 Figur 6 Tre parallelle målinger av VEGDIR, Ev, hp 6/ til hp 7/, felt

28 7 Bunnrettholt, A7 6 6 Figur 7 Tre parallelle målinger av A7, Ev, hp 6/ til hp 7/, felt verdiene for de tre overfartene for alle målerne er sammenstilt i Figur 8. ALFRED måler her en del større spordybde enn de to ViaPPS-målerne. VEGDIR måler litt større midlere spordybde enn A7. Ev, hp 6/ til hp 7/, felt ALFRED VEGDIR A7 Midlere spordybde over strekningen Spordybde (mm) 6.meterstrekning nummer ALFRED (, mm ) VEGDIR (, mm ) A7 (,6 mm ) Figur 8 Sammenstilling av målt spordybde, Ev, hp 6/ til hp 7/, felt.. Kjørefelt Figur 9 til Figur viser resultatene for hver måleserie for henholdsvis ALFRED, VEGDIR og A7. Dette er et nytt dekke, og alle målerne gir små spordybder. Repeterbarheten mellom overfartene er har god for alle målerne. 6 ALFRED 6 Figur 9 Tre parallelle målinger av ALFRED, Ev, hp 6/ til hp 7/, felt

29 6, Bunnrettholt, VEGDIR,,,, 6 Figur Tre parallelle målinger av VEGDIR, Ev, hp 6/ til hp 7/, felt, Bunnrettholt, A7,, 6 Figur Tre parallelle målinger av A7, Ev, hp 6/ til hp 7/, felt verdiene for de tre overfartene for alle målerne er sammenstilt i Figur. ALFRED måler også her større spordybde enn de to ViaPPS-målerne, og VEGDIR måler litt større midlere spordybde enn A7. Ev, hp 6/ til hp 7/, felt ALFRED VEGDIR A7 Midlere spordybde over strekningen Spordybde (mm) 6.meterstrekning nummer ALFRED (, mm ) VEGDIR (,8 mm ) A7 (, mm ) Figur Sammenstilling av målt spordybde, Ev, hp 6/ til hp 7/, felt

30 7 6 Sammenlikning av målerne. Figur viser midlere spordybde for hver måler og målestrekning. Vi legger for det første merke til at ALFRED måler bare omtrent halvparten så stor spordybde i kjørefelt som i kjørefelt på målestrekningen på Rv. Dette er litt overraskende, da vi ikke la merke til at det var en betydelig forskjell i dekketilstanden mellom de to kjørefeltene under besiktigelsen. De to ViaPPSmålerne gir også litt større spordybder i felt enn i felt, men her er forskjellen mye mindre. Vi ser videre at bortsett fra to delstrekninger viser ALFRED størst spordybde. For alle delstrekninger måler VEGDIR større spordybde enn A7. Forskjellen mellom ALFRED og ViaPPS-målerne vil være avhengig av hvordan vi filtrerer data fra ViaPPS-målerne. Vi kan ikke forvente å treffe beste simulering av en ALFRED-måler uten å gjøre nærmere analyser av dette. Midlere spordybde over hele strekningen (mm) Midlere spordybde for hver forsøksstrekning og dekketilstandsmåler ALFRED VEGDIR A7 Rv, felt Rv, felt Ev, hp felt Ev, hp felt Ev, hp 6 og 7 felt Ev, hp 6 og 7 felt Figur Midlere spordybde for hver måler på forsøksstrekningene Ser vi på ufiltrerte data på profiler fra Rv, finner vi at A7 har vesentlig mer variasjon mellom nabopunkter enn VEGDIR. Vi har funnet et forholdsvis lett gjenkjennelig profil på vegen og tatt ut data fra to overfarter med hver av målerne. Figur viser uttegninger av dette profilet. På venstre side ser vi rådata fra laseren, på høyre side er profilene filtrert med flytende middelverdi over punkter. Siden begge utstyrene her har målt på samme profil er det ikke forskjell i dekkeruheten her. For å se nærmere på signalkvaliteten beregner vi for hvert profil midlere RMS-verdi mellom hvert enkelt målepunkt og det filtrerte profilet. Dette innebærer for hvert målepunkt å beregne kvadratet av avviket mellom høydeverdien og tilsvarende høydeverdi på det filtrerte profilet, summere disse kvadratavvikene over profilet, og så beregne kvadratroten av summen. Figur viser middelavviket for de første tverrprofil på disse overfartene. Vi ser at A7 har mer enn dobbelt så stort avvik som VEGDIR. Vi har gjort tilsvarende beregning på det nylagte dekket på E. Figur 6 viser samme tendens der, A7 har vesentlig større avvik enn VEGDIR, men begge har lavere verdier enn på det ujevne dekket på Rv. Når vi ser på de filtrerte profilene virker det som om en flytende middelverdi over punkt greier å fjerne det aller meste av disse variasjonene, men for å få tak i små uregelmessigheter i vegdekket er det en fordel å filtrere minst mulig. Slike variasjoner er derfor uheldig for målekvaliteten dersom de kommer av unøyaktighet i målingene.

31 8 Rådata fra laser Filterte profil ( ),,, A7 - A7 -, A7 - A7 - VEGDIR - VEGDIR -,8 VEGDIR -,8 VEGDIR - Høydedata fra laser (m),6,,, Høydedata fra laser (m),6,,,,98,98,96,96,9,9 -, -, -, -, -,,,,,,, -, -, -, -, -,,,,,,, Sideposisjon (m) Sideposisjon (m) Figur Uttegning av målt profil på et bestemt punkt på vegen RMS (m) RMS (m),7,6,,,,,, A7 - A7 - VEGDIR - VEGDIR - RMS (m),6,6,,6,,,,,,, A7 - A7 - VEGDIR - VEGDIR - RMS (m),6,7,,7 Figur Lasermålingenes midlere kvadratavvik fra filteret profil, Rv Figur 6 Lasermålingenes midlere kvadratavvik fra filteret profil, E Det var tydelig at A7 på grunn av annen montering på bilen vibrerte mer enn VEGDIR, og vi antar at dette kan gi forskjeller i signalkvaliteten. Det er viktig med god opphenging av laserboksen, og at det legges vekt på å dempe vibrasjoner fra kjøretøyet. Skanneren gir omtrent profiler pr. sekund. Med punkt pr. profil blir dette 77 måleverdier i sekundet. Dersom vibrasjoner fra kjøretøyet var hovedårsak til variasjonene fra målepunkt til målepunkt måtte de dermed ha en frekvens på minst halvparten av dette, altså godt over khz. Vi ser det ikke som realistisk at vibrasjoner fra bilen vil påføre skannerboksen så høye frekvenser i særlig grad. Vi legger også merke til at de to utstyrene har kjørt forskjellig på vegen på dette stedet. Ved begge overfartene har A7 kjørt omtrent, meter nærmere senterlinja enn VEGREG. Dette indikerer at kjøremønstret kan ha vesentlig betydning for målte spordybder, spesielt på svingete veier.

32 9 ALFRED har en målebredde på, meter. Vi kan se fra de målte profilene med ViaPPS at dette i mange tilfeller ikke dekker hele området mellom bunn av hjulsporene. I tillegg kan det bli målt slik i tverrprofilet at midten av måleområdet ikke ligger midt mellom bunnen av sporene. Det er derfor naturlig at målerne viser forskjellig verdi for meter bunnrettholt, da kjøremønstret vil føre til at de måler på litt forskjellige posisjoner i tverrprofilet. Spesielt gjelder dette Rv, som hadde de største dekkeskadene. Vi har forsøkt å redusere effekten av denne variasjonen i sideposisjon ved å beregne bunnrettholt med større bredde enn meter for de to ViaPPS-målerne. Heller ikke dette vil nødvendigvis gi helt de samme bunnprofilene, da det i enkelte tilfeller er nedkjørte vegkanter, og dermed ingen egentlig bunn i ytre hjulspor. Ved å prøve seg fram på tverrprofilene på Rv kan det se ut som om den optimale rettholtbredden er på rundt,8 meter. Vi har derfor beregnet bunnrettholtverdier med denne rettholtbredden for de to målerne. Figur 7 viser median rettholtverdi pr. meter, beregnet med henholdsvis, og,8 meter lang bunnrettholt for kjørefelt og på strekningen på Rv. I Tabell har vi beregnet middelverdien for hver måleserie av disse medianverdiene. Vi ser at spordybden i middel øker med mellom og mm på denne strekningen om vi øker rettholtbredden fra, til,8 meter. Tabell verdi av median pr. meter for begge kjørefelt og rettholtlengder Kjørefelt Kjørefelt Forskjell Forskjell A7 VEGDIR mellom målerne A7 VEGDIR mellom målerne, meter bunnrettholt, 7,,7, 8,6,,8 meter bunnrettholt, 8,,8,,, Forskjell mellom,8 m og, m,,,,9 Vi hadde forventet at forskjellen mellom målerne ble mindre ved økt rettholtbredde, dette viser seg imidlertid ikke å slå til, forskjellen er omtrent den samme. Det ser dermed ikke ut som om det er forskjelling kjøremønster som gjør at det er en systematisk forskjell i målt spordybde med de to målerne. En kan også tenke seg at forskjellen i signalkvalitet fører til en systematisk forskjell i målt spordybde. verdifiltrering over målepunkter burde midle ut det meste av disse unøyaktighetene, men for å undersøke dette nærmere har vi for en av overfartene med VEGDIR lagt på Gaussfordelt signalstøy med forskjellige standardavvik på alle måleverdier i z-retning. Som vi ser i Tabell øker midlere spordybde med økende signalstøynivå. Tabell verdi av median pr. meter som funksjon av pålagt støy Standardavvik på støy (mm) Midlere 7, 7, 8,, spordybde (mm) Som vi har sett måler utstyret med størst RMS-verdi (A7) lavest spordybde. Det ser derfor ikke ut som om det er signalstøy som er årsaken til forskjellen mellom målerne. En mulig forklaring på hvorfor måler A7 har større RMS-verdier kan være at laserstrålen der er bedre fokusert på vegdekket, og dermed registrerer teksturen bedre enn VEGDIR. Avblendingen av det reflekterte lyset kan også være litt forskjelling. Vi kan imidlertid ikke se at dette burde påvirke målt spordybde så mye som den observerte forskjellen mellom målerne.

33 Spordybde for bunnrettholt (mm) Kjørefelt, meter rettholt A7, felt - A7, felt - VEGDIR, felt - VEGDIR, felt - 8 Meter fra start 6 Kjørefelt,8 meter rettholt Spordybde for bunnrettholt (mm) A7, felt - A7, felt - VEGDIR, felt - VEGDIR, felt - 8 Meter fra start 6 Kjørefelt Spordybde for bunnrettholt (mm) Spordybde for bunnrettholt (mm) Kjørefelt, meter rettholt A7, felt - A7, felt - VEGDIR, felt - VEGDIR, felt - 8 Meter fra start 6,8 meter rettholt A7, felt - A7, felt - VEGDIR, felt - VEGDIR, felt - 8 Meter fra start 6 Figur 7 Median rettholtverdi pr. meter med henholdsvis, og,8 meter bunnrettholt for kjørefelt og

34 7 ALFRED-simulering Vi har også gjort noen forsøk på å få ViaPPS til å simulere en ALFRED-måling på en mer nøyaktig måte. ALFRED måler med 7 ultralydsensorer montert med mm mellomrom på en mm lang bjelke. Hver ultralydsensor har et fotavtrykk på vegdekket med en diameter på ca til mm. Innenfor denne flata trigges sensoren når refleksintensiteten har nådd et visst (for oss ukjent) nivå. Vi går derfor ut fra at ultralydsensorens avstandsverdi gir et uttrykk for en midlere avstand fra sensoren ned til punkter i vegoverflata innenfor refleksjonsområdet. Vi har forsøkt å simulere dette ved å se på et mm bredt delområde av laserskannet sentrert omkring et valgbart midtpunkt (standardverdi midt på skannet). For hver mm dette området beregnes en simulert ALFRED-sensorverdi som median høyde innenfor ± mm rundt sensormidt. Dette er illustrert i figur Figur 8. Her er både normal bunnrettholt basert på flytende middelverdi over punkter og ALFRED-simulert bunnrettholt vist. Figur 8 Simulering av ALFRED-rettholt. I Figur 9 har vi tegnet ut -meterstatistikker beregnet med begge metodene for en måleserie fra VEGDIR på henholdsvis Rv og Ev hp. Vi ser at det er liten forskjell i beregnet spordybde med de to metodene. ALFRED-simulering gir her, til, mm mindre spordybde enn meter bunnrettholt. Ved å justere antall punkter middelverdifiltreringen utføres over, kan denne forskjellen minimeres. Siden ALFREDsimulering innebærer medianberegninger, og dermed krever litt ekstra beregningstid, ser vi liten grunn til å benytte denne metoden for å simulere ALFRED-utstyret.

35 Beregning av -meterstatistikker for meter bunnrettholt og ALFRED-simulert bunnrettholt Fylke 6, Riksveg, Hp 6 meter 8, felt målt 6-- :7: Beregning av -meterstatistikker for meter bunnrettholt og ALFRED-simulert bunnrettholt Fylke 6, Europaveg, Hp meter 8, felt målt ALFRED-simulering (verdi: 6, mm spordybde). meter-bunnrettholt (verdi: 7, mm spordybde). ALFRED-simulering (verdi: 8,8 mm spordybde). meter-bunnrettholt (verdi: 8,69 mm spordybde). Spordybde (mm) Spordybde (mm) meterstrekning nummer -meterstrekning nummer Figur 9 Sammenlikning av ALFRED-simulering og meter bunnrettholt 8 Optimalisering av filtre Vi ser at vi ved å velge filtertype og filtreringskonstant kan finne verdier for disse som simulerer ALFRED på best mulig måte. Dette er viktig for å få god kontinuitet i spordata som ligger i vegdatabanken. Disse data benyttes i PM-systemene, og må derfor være sammenliknbare med verdier målt med ALFRED. Vi har ikke forsøkt å finne slike verdier her, og bør nok ha en større datamengde å regne på for å finne best mulig simulering. Den nye måleren er ikke begrenset til, meter målebredde, og det kan lages automatiserte algoritmer som beregner best mulig plassering av bunnrettholten ved å analysere hvert enkelt tverrprofil. Vi ser at på nylagt dekke gir den nye måleren lavere spordybder enn ALFRED. Dette kan tyde på at målenøyaktigheten er bedre med den nye måleren enn med ALFRED. 9 Feilmålinger Hvis vi tegner ut alle kvadratavviksberegninger for en overfart kan vi få et bilde som vist i Figur 6. Avvikene er her for det meste på ca mm. Her og der er det skarpe topper som viser unaturlig store verdier for RMS-verdiene. Dersom vi går inn og ser nærmere på disse profilene, viser det seg at måleutstyret en sjelden gang har problemer med å sette sammen laserdata til et riktig profil. Figur 6 viser fire eksempler på slike profiler (E, felt, Hp, målt 6-- ::: av VEGDIR). Figur 6 Uttegning av RMS-verdier for en overfart I andre tilfeller kan RMS-verdiene få uvanlig store verdier, uten at de er så ekstreme som vist ovenfor. Da er problemet ofte at skanneren plukker opp refleksjoner fra andre objekter enn vegdekket.

36 Figur 6 Eksempler på tverrprofil der laserskanneren har hatt problemer

37 Dette kan være for eksempel autovern eller andre kjøretøy. Figur 6 viser et slikt eksempel, der det antakelig er en midtdeler eller et kjøretøy i motgående kjørefelt som er registrert. Det er derfor viktig at det utarbeides algoritmer for å fjerne feilregistrerte profiler og refleksjonsdata fra uønskede objekter fra sporberegningene. Figur 6 Tverrprofil der det er mottatt reflekser fra annet objekt enn vegoverflata Lengdeangivelse Ved eksport via XML-filer fra ViaStudio... kommer det en stedsangivelse sammen med profildata. I starten, før bilen begynner å bevege seg, gis det ut meter. Når bilen starter å bevege seg kommer også meterverdier, men disse starter ofte på et ganske høyt tall. Eksempelvis går for VEGDIRs tre overfarter i felt på Rv meterverdien rett fra meter til henholdsvis 9,m,,m og 696,8m. Vi går ut fra at det er en enkel sak å justere dette i måleprogrammet så antall meter fra start blir riktig, og at dette blir implementert i neste versjon av ViaStudio.

38 Konklusjon FAT-testen viser at de nye målerne greier å måle tverrprofiler på en troverdig og repeterbar måte under vanlig trafikkhastighet. Hver tverrprofilmåling består av enkeltmålinger som hver for seg har en viss usikkerhet i seg, men ved å legge inn hensiktsmessige filtre kan dekkeoverflata beregnes med tilstrekkelig nøyaktighet for de formål ALFRED i dag benyttes til. Under forsøksmålingene har det blitt en del spredning i måleresultatene mellom de ulike målerne. Dette kan til dels forklares ut fra ulikt kjøremønster, spesielt på Rv der det var store spor og andre dekkeskader. Det synes imidlertid som om det også kan være andre årsaker som vi ikke har klarlagt ennå. Testene viste også at det for de to målerne var forskjell i overføringen av vibrasjoner og rystelser fra bilen. Det må arbeides med å utvikle best mulige opphengssystemer for målerne, kanskje bør det også settes krav til hvilke kjøretøy som bør benyttes. Det er nødvendig med flere målinger på ulike dekketyper og på dekker med forskjellig skadeomfang for å finne beste simulering av ALFRED. Det er fortsatt en del utfordringer i forbindelse med filtrering av profilene og utluking av feilmålinger og uønskede objekter, men på grunn av det store antallet måleprofiler vil det bety lite for den totale datakvaliteten om en liten del av målingene må forkastes.