VTI laser road surface tester

ungg;

den '

GW) We

5

g]

a. pl _ t,

1

5816

₀₁

)

,f581

.a., l tr ,

te,-=S

itu

Institlfl

rth ;lnsÄt .sé

lira:

fflc Ré ria

db

9

T

tiahd

. ... . .. ,.. ..? v . Z.,. T.../.

Nr 97 ' 1984

Statens väg- och trafikinstitut (VTI) - 581 01 Linköping

Swedish Road and Traffic Research Institute - S-581 01 Linköping - Sweden

VTI Laser Road Surface Tester

av Peter W Arnberg och Georg Magnusson

9 ;

Särtryck ur Nordiska Vägtekniska Förbundets XIV Kongress

10. VTI Laser Road Surface Tester

Docent Peter W. Arnberg och civ. ing. Georg Magnusson Väg och trafikinstitutet, Sverige

SAMMANFATTNING

Vid statens väg- och trafikinstitut (VTI) har utvecklats ett mätfordon för uppmätning av olika vägyteegenskaper. Mätfordonet som kallas VTI Laser Road Surface Tester mäter med utnyttjande av laserteknik Vägytans tvärprofil och jämnhet. För mätning av Vägytans friktion tillkopplas friktionsmätvagnen BV11. Den framtida utvecklingen omfattar system för mätning av Vägytans längsprofil, tvärfall och makrotextur samt för sprickdetektering. Vidare kommer ett optiskt styrhjälpmedel samt utrustning för dataöverföring via tele nätet och sannolikt även utrustning för automatisk positionsbestämning att tillföras

mätfordonet.

BAKGRUND

I en artikel i Byggindustrin nr 24, 26

augusti 1983, beskriver Å Rudolfsson

vid vägverkets driftkontor verkets be-hov av instrument med vars hjälp man

"sakligt kan underbygga argumentationen för ökade anslag". Han påpekar att de vägar och broar vägverket ansvarar för har ett nyanskaffningsvärde av ca 200 miljarder kronor samtidigt som

under-hållskostnaderna för närvarande utgör

endast ett fåtal procent av de totala samhällskostnaderna för vägar. En kraf

tig satsning på denna försummade sida krävs både när det gäller direkta åt

gärder och forskning beträffande dessa

åtgärders utformning.

För att rätt kunna avgöra typ och om

fattning av en underhållsinsats krävs enligt Rudolfsson en ingående kännedom om det aktuella tillståndet.

Statens väg- och trafikinstitut (VTI) har under många år arbetat med dessa

problem, se t ex översikt av Magnusson

och Arnberg (1976).

Tidigare mättes endast en vägyteegenskap

i taget, men under 1975 påbörjades ut

vecklingen av en kombinerad friktion och jämnhetsmätare (friktionsmätvagn

BV11 kombinerad med bumpmeter). Åren

därefter tog Saab-Scania med VTIs hjälp fram en i en Saab inbyggd BV11 (Saab

Friction Tester). Från vägverkets sida

finansierades därefter ett samprojekt mellan Saab Scania och VTI där Saab friktionsmätbil skulle förses med ut rustning för mätning av tvärprofil, jämnhet och tvärfall (Saab RST).

Under sommaren 1980 genomfördes med de mätbilar som tagits fram en inventering av Sveriges belagda vägnät. Enligt en intervju och enkätstudie som genomför-des med de 25 inventerare och 5 förare

spm genomfört inventeringen var

motta-gandet blandat (Arnberg, 1981). Idén med ett objektivt mätsystem mottogs emellertid mycket positivt, medan där-emot förekomst av ett stort antal tek niska problem upplevdes störande. Den allvarligaste kritiken utgjordes av fak-torer som inte var möjliga att åtgärda t ex att mätbredden för tvärprofil en dast var 2,5 m samt det stora behovet av kalibreringar.

VTI LASER RST

Vid VTI påbörjades 1980 utveckling av

ett nytt system för mätning av Vägytans egenskaper där mätningarna skulle ut föras utan mekaniska rörliga delar i kontakt med vägytan. Utvecklingsarbetet, som samfinansierades av VTI och vägver ket, resulterade 1981 1 en vid VTI kon struerad och byggd mätbil där vägens tvärprofil mäts medelst elva lasrar pla cerade på en balk monterad tvärs över

bilens front (figur 1). Genom att de 37

Förstärkare Kontrollpanel Monitor T X . \\ Accelerometer \ ! ,,. ;... Spänningstörsönnlng Laser elektromk Dator Printer Floppy dusk Pulsgivare Laserenhet a. Röntgenskiss

Figur 1. VTI Laser RST

yttersta lasrarna utvinklats 45O erhålls en mätbredd av 3,1 m trots att bilen endast är 2,6 m bred. Till skillnad

från Saab RST är VTI Laser RST uppbyggd

helt av kommersiellt tillgängliga kom-ponenter såväl vad avser mät som data-behandlingsutrustning. Dataprogrammen

är lagrade på s k flexskivor som vid

programfel enkelt kan utbytas mot i

bilen förvarade pmogramkopior. Även

lasrarna kan vid fel enkelt bytas ut mot medförda reservlasrar. Felsöknings och reparationsarbetet blir därför mindre tidskrävande än vad som är fal

let med Saab RST och ställer dessutom

lägre kvalifikationskrav på mätperso

nalen.

överensstämmelsen mellan mätresultat från VTI Laser RST och från Primal

respektive en finsk tvärprofilmätare

har visat sig vara mycket god. (Primal är en tvärprofilmätare som med en

laserstråle som referens mycket noggrant uppmäter en enskild tvärprofil medan

den finska jämnhetsmätaren består av

en bilbogserad släpkärra med elva pa

rallella mäthjul och som sålunda upp-mäter tvärprofiler på ett med VTI Laser RST analogt sätt). Figur 2 visar sam-bandet mellan maximalt spårdjup,

beräk-nat ur tvärprofilen, uppmätt med VTI

Laser RST och den finska mätaren (Arn berg och Sjögren, 1983a).

Under 1982 utvecklades en metod för

mätning av vägytans jämnhet baserad på

den s k GM-principen. Detta innebär

samtidig mätning av avståndet mellan en punkt på fordonets karosseri och

vägbanan och vertikalaccelerationen hos

38

b. Exteriör (nyare version)

F i n s k s p å r d j u p s m ä tar e

-

. . -Äo 24681012141518202224m , v v v v v w v VTI RST

Figur 2. Korrelation mellan VTI RST och

den finska spårdjupsmätaren denna punkt. Avståndet bestäms som

me-delvärdet av två av lasersignalerna

från tvärprofilen och accelerationen

mäts medelst en på laserbalken monterad accelerometer. Effektivvärdet av summan

av detta avstånd och den två gånger

in-tegrerade vertikalaccelerationen ger

det sökta jämnhetsmåttet. En jämförelse

mellan VTI Laser RST och CHLOE profilo

metern ges i Arnberg och Sjögren (1983b).

För mätning av vägytans friktion kopplas friktionsmätvagnen BV1l till VTI Laser RST som är förberedd för mottagande, be arbetning och presentation även av frik tionsdata.

Mätsystem för makrotextur och sprickor kommer troligen att införas i VTI Laser

RST under våren 1984.

Med utnyttjande av en i horisontalplanet

roterande laser placerad på ett stativ

på marken och en laserdetektor på bilen

erhålls en möjlighet att relatera den uppmätta tvärprofilen till ett markfast system vilket medger tredimensionell upp-mätning av t ex provvägar och rullbanor på flygfält. Genom att kombinera denna metod med en mera utvecklad version av den nuvarande metoden för mätning av vägens jämnhet kan vägens längSprofil

bestämmas inom ett mycket stort våg

längdsområde. Denna roterande laser kan även utnyttjas för att skapa ett verti kalt 1aserplan som kan användas som ett styrhjälpmedel för föraren vid mätning i flera parallella mätlinjer t ex vid

uppmätning av rullbanor på flygfält.

VTI Laser RST är en i det närmaste hel-svensk produkt. Selcom AB i Göteborg levererar lasrarna, Primaldata AB i Lin-köping levererar datorer och kringut rustning och VTI monterar och utprovar mätbilen. Under1983 har intresset för mätbilen ökat kraftigt utomlands. En bil

går sålunda sedan augusti 1983 i USA och

har efter omfattande provning i flera

stater helt accepterats som ett pålit

ligt och säkert mätinstrument. Ett

all-mänt önskemål är att få fram ett

inter-nationellt accepterat mätfordon som medger jämförelse mellan data från olika

mätningar utförda på skilda håll .

MÄNNISKOANPASSAT SYSTEM

En av de viktigaste idéerna inom detta

projekt har varit att anpassa systemet till användaren. Det har t ex inneburit

att bearbetningen sker i bilen och att

resultaten är hastighetsoberoende i

hastighetsintervallet 30-95 km/h. Föra-ren kan då koncentrera sig på trafiken

och anpassa hastigheten efter de

för-hållanden som råder. Resultaten kan

di-rekt kontrolleras under mätningen. Re sultatpresentationen har utformats efter användarnas önskemål och förenklats så

långt möjligt, se figur 3.

Mätresultaten kan också efterbearbetas

och presenteras på sätt som visas i figur 4 och 5 som visar sammanställ

ningar av mätresultat från två olika av

VTI utförda mätningsuppdrag.

**iti Laser Road Surface Testor ***! Crossproiile and road roughness

1982 89-13 Time 10:32 ObJectnr Length Roadnr From To Distance Speed Evenness >e.5 Ruidepth HG mm 1 2037 m 34 8852A881.00 0852A6¢3.86 4 9 22. 180. 32. 4 14. u u u n uu n n u u u u u . ' N I ¢ > 3 3 x ä ; ? 27 u -G a n m m w w r u o

Mean profile B -139 2&? *168 35 42 29 -41 *113 125

deuuation : 9 68 P 33 36 22 38 Se ed 45

Figur 3.

Object nr:

Uppräknas vid varje skifte av objekt (mätsträcka). Length: Mätsträckans längd. Roadnn Vägnununen From:

Punkt från vilken mätning sker. To:

Punktrnotvnkenrnäunng sken Distance:

Avstånd från startpunkt tills mätning borjar. Speed: Matningsmedelhastighet. Evenness: Jämnhet (komfortvärde). >6,5:

Andel av mätsträckan som har komfortvärde >6,5.

Rutdepth:

Spårdjup enligt rätskiveprincipen '.

>20 mm, >10 mm:

Andelen av mätsträckan som har spärdjup (rutdepth) >20 mm resp 10mm.

Hang, Crack, Wear: Manuellt registrerade. Anges i andelar av objektlängd.

' Ratsklveprincnpen

&

&

Resultatpresentation direkt vid mätning

ÄLUÄNBEN TROLLHÄTTQN ÄLUSBORGS LÄN

nnTun 83 05 30

åågågå

KOMFORT SPÅRDJUP 1 --2 oo os ""'""

LASER

2 4

05 10

WWW

RST

4 6

10 15

EEE

6 9 15 30 INR BISTRHS hETER

zfnwo 120.00' 2EHHJ 330.00' SENND d41000 SPÅRDJUP

s - » .-; | ||||P|||||

WHETHHE : um ; ' - |-|||| |||||E|||||=|||||E ' = WINE -|||||E|||||é !mma! Emm

nvnTuuqy .

Figur 4. Spårdjup och jämnhet (komfort)

för olika delsträckor i två körfält

ESSINGELEDEN

'iääå

RonnNR E4 LnuE

92+-82-09 22

=§E§§5

BISTQHCE KH ååå? ; '! . k Ä? : : | : : . .: : T'

cv

1

2

3

:|

5

6

H Q H N O CM U W

Figur 5. Spårdjup (trdepth) och jämnhet (evenness) för ett körfält. Bredden på staplarna anger

varje delsträckas längd och höjden variabelns värde Som framgår av figur 3 är det en täm-ligen begränsad information som presen teras och möjligheten att få fram ytter-ligare information är ganska liten. Dock

kan spårdjupen för båda hjulspåren pre

senteras separat. För att möjliggöra att i efterhand ta fram godtycklig informa tion om vägytans geometriska konfigura

tion måste all primärinformation från

de elva lasrarna lagras tillsammans

med vägens längdkoordinat. Ett sådant

system blir emellertid mycket dyrt att

bygga och att använda och frågan är om

en sådan mängd av data verkligen behövs och om inte dessa data gör att det blir

svårt att få ut det man verkligen behö

40

ver. Möjligheten att tillfredsställa

ett kunskapsbehov kan ibland försämras

av ett alltför stort informationsflöde. För närmare information om VTI Laser RST hänvisas till VTI Rapport 255A

(Arnberg, 1983).

FORTSATT VERKSAMHET

VTI Laser RST är i det närmaste klar att användas för inventeringsändamål även om

en fortsatt utveckling måste ske. För att uppnå internationell spridning ford

ras en kraftig satsning på organisation av serieproduktion, försäljning, garanti

åtaganden och service. Detta är mycket

kostsamt och för närvarande (december 1983) har ingen sådan satsning gjorts, men flera industriföretag har visat intresse för att delta i ett samarbete med de statliga myndigheterna VV och

VTI.

Även om bilen inte lanseras internatio nellt kommer vidareutvecklingen att fortsätta. Bl a är det önskvärt att utveckla en metod att mäta vägens tvär fall utan att behöva utnyttja gyro, som är ett känsligt och dyrbart instrument. Det är redan i dag möjligt att med hjälp av en s k inklinometer mäta tvär

fallet på raka vägar, men en metod att

korrigera för det fel som uppkommer vid mätning i kurvor erfordras. Möjligheten att utföra denna korrektion studeras för närvarande vid VTI.

I syfte att möjliggöra en noggrannare analys av vägytans ojämnhet i längsled studeras metoder att uppmäta vägens längsprofil och i första hand uppdela denna i ett antal våglängdsband men med slutmålet att kunna utföra en detalj-uppmätning av längsprofilen.

En metod för mätning av vägytans makro textur samt för detektering av belägg ningssprickor är under utveckling. Ut rustningen som medger mätning vid has

tigheter upp till 90 km/h provades under

slutet av 1983 och beräknas bli klart under innevarande år.

Ett system för automatisk positionsbe stämning utefter vägen att användas vid vägyteinventering torde komma att ut vecklas liksom utrustning för fotogra fering av vägytan.

Möjligheter att sända mätresultat över

vanlig biltelefon håller sedan 1983 på

att utvecklas och bör när detta presen-teras finnas i bilen. Fördelen med detta är att avancerad

resultatbearbet-ning kan ske t ex på VTIs stordator

omedelbart efter avslutad mätning. Slutligen kommer sannolikt programutbu det i VTI Laser RST att utökas avsevärt t ex med program för beräkning av fyll-nadsmassor, tredimensionell uppritning

av flygfält och om möjligt program för skiljande av spårbildning orsakad av

slitage från sådan härrörande från då lig bärighet.

REFERENSER

Arnberg P W: Inventering med vägytemät bil Saab RST 1980. Inventerarnas och förarnas uppfattning om mätfordon och inventeringsmetoder. VTI Medde lande 250, 1981.

Arnberg P W: The laser road surface

tester. VTI Rapport 255A, 1983. Arnberg P W och Sjögren L: Nordiska

spårdjupsmätare. En jämförande

stu-die. VTI Meddelande 334, 1983a. Arnberg P W och Sjögren L: Nordiska

jämnhetsmätare. En jämförande stu die. VTI Meddelande 332, 1983b. Magnusson G och Arnberg P W: Bedömning

och mätning av vägojämnheter. VTI

Rapport 83, 1976.

Rudolfsson Å: Vägunderhåll ett opti

meringsproblem. Byggindustrien, Nr 24, 26 augusti 1983.