DIN ISO TS 13473-4-2009 Characterization of pavement texture by use of surface profiles - Part 4 Spectral analysis of surface profiles (ISO TS 13473-4 2008)《通过使用表面轮廓表征路面结构 第4部分 表面轮.pdf

1、Februar 2009 Normenausschuss Akustik, Lrmminderung und Schwingungstechnik (NALS) im DIN und VDIPreisgruppe 16DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.V., Berlin, gestattet.ICS 17.140.30; 93.080

2、.20!$RD“1475833www.din.deDVornormDIN ISO/TS 13473-4Charakterisierung der Textur von Fahrbahnbelgen unter Verwendungvon Oberflchenprofilen Teil 4: Spektralanalyse von Oberflchenprofilen (ISO/TS 13473-4:2008)Characterization of pavement texture by use of surface profiles Part 4: Spectral analysis of s

3、urface profiles (ISO/TS 13473-4:2008)Caractrisation de la texture dun revtement de chausse partir de relevs de profils dela surface Partie 4: Analyse spectrale des profils de la surface (ISO/TS 13473-4:2008)Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlinwww.beuth.deGesamtumfang 40 Sei

4、tenDIN ISO/TS 13473-4:2009-02 2 Inhalt Seite Nationales Vorwort 3 Nationaler Anhang. 4 1 Anwendungsbereich 5 2 Normative Verweisungen. 6 3 Begriffe 6 4 Grundlegender berblick zur Methodik der Wellenzahlanalyse 10 5 Abtastung von Oberflchenprofilen . 12 5.1 Abtastung von Straenabschnitten 12 5.2 Mess

5、ung an Laborproben 13 6 Allgemeine Prinzipien und Anforderungen 13 6.1 Forderungen bezglich der Profilometer . 13 6.2 Umwandlung von Wellenzahlen in Frequenzen im Zeitbereich. 13 6.3 Ungltige Messwerte 15 6.4 Filterung gegen Abtastverzerrungen (Anti-Aliasing) 16 6.5 Digitale Abtastung 17 7 Spektrala

6、nalyse in Bndern konstanter relativer Breite (Oktav- oder Terzbndern) durch analoge Filterung (Verfahren 1) 17 8 Spektralanalyse in Bndern konstanter relativer Breite (Oktav- oder Terzbndern) durch digitale Filterung (Verfahren 2). 19 9 Spektralanalyse in schmalen Bndern konstanter absoluter Breite

7、mit dem Verfahren der Diskreten (Schnellen) Fouriertransformation (Verfahren 3) 20 9.1 berblick ber die Methodik 20 9.2 Steigungs- und Versatzunterdrckung 20 9.3 Bewertung durch ein Zeitfenster. 21 9.4 Diskrete Fouriertransformation und spektrale Leistungsdichte . 23 9.5 Auflsung im Wellenlngenberei

8、ch 24 10 Umwandlung spektraler Daten mit konstanter absoluter Bandbreite in spektrale Daten mit konstanter relativer Bandbreite 24 11 Unsicherheit der Ergebnisse der Analyse . 26 12 Berichterstattung der Ergebnisse einer Analyse 27 Anhang A (normativ) Unsicherheit der Ergebnisse der Spektralanalyse

9、28 Anhang B (informativ) Entstehung von Abtastverzerrungen (Aliasing). 33 Anhang C (informativ) Abschtzung des Energiefehlers in einem Frequenzband durch Vernderungen der Geschwindigkeit . 35 Anhang D (informativ) Ausgleich der Geschwindigkeits-Schwankungen bei der Verarbeitung der Messdaten. 36 Anh

10、ang E (informativ) Erluterung der Beziehung zwischen der Auflsung der Wellenlnge und der Auflsung der Wellenzahl37 Anhang F (informativ) Spektralanalyse und Profilasymmetrie 38 Literaturhinweise . 40 Vornorm DIN ISO/TS 13473-4:2009-02 3 Nationales Vorwort Dieses Dokument beinhaltet die deutsche bers

11、etzung der Technischen Spezifikation ISO/TS 13473-4:2008, die in der Arbeitsgruppe WG 39 Measurement of pavement surface macrotexture depth using a profiling method“ des ISO/TC 43/SC 1 Noise“ unter deutscher Mitarbeit erstellt wurde. Fr die deutsche Mitarbeit ist der Unterausschuss NA 001-01-05-03 U

12、A Straenfahrzeuge Kenngren“ im Arbeitsausschuss NA 001-01-05 AA Geruschemissionsmessung an Fahrzeugen einschlielich Messung im Fahrgastraum und am Arbeitsplatz“ verantwortlich. Eine Vornorm ist das Ergebnis einer Normungsarbeit, das wegen bestimmter Vorbehalte zum Inhalt oder wegen des gegenber eine

13、r Norm abweichenden Aufstellungsverfahrens vom DIN noch nicht als Norm herausgegeben wird. Zur vorliegenden Vornorm wurde kein Entwurf verffentlicht. Erfahrungen mit dieser Vornorm sind erbeten vorzugsweise als Datei per Email an NALSdin.de in Form einer Tabelle. Die Vorlage dieser Tabelle kann im I

14、nternet unter http:/www.din.de/stellungnahme abgerufen werden; oder in Papierform an den Normenausschuss Akustik, Lrmminderung und Schwingungstechnik (NALS) im DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. und VDI, 10772 Berlin. Fr die im Abschnitt 2 und in den Literaturhinweisen zitierten Internationalen

15、 Normen wird im Folgenden auf die entsprechenden Deutschen Normen hingewiesen: IEC 61260:1995 + A1:2001 siehe DIN EN 61260:2003 ISO/IEC Guide 98-3 siehe DIN V ENV 13005 ISO 226 siehe DIN EN ISO 226 ISO 13473-1 siehe DIN EN ISO 13473-1 ISO 13473-2:2002 siehe DIN ISO 13473-2:2004 ISO 13473-3 siehe DIN

16、 ISO 13473-3 Die fnfteilige Normenreihe ISO 13473 Characterization of pavement texture by use of surface profiles wird national unter dem Haupttitel Charakterisierung der Textur von Fahrbahnbelgen unter Verwendung von Oberflchenprofilen wie folgt bernommen: ISO 13473-1: DIN EN ISO 13473-1, Bestimmun

17、g der mittleren Profiltiefe ISO 13473-2: DIN ISO 13473-2, Begriffe und grundlegende Anforderungen fr die Analyse von Fahrbahntexturprofilen ISO 13473-3: DIN ISO 13473-3, Anforderungen an und Einteilung von Profilometern ISO/TS 13473-4: DIN ISO/TS 13473-4, Spektralanalyse von Oberflchenprofilen ISO 1

18、3473-5N1): DIN ISO 13473-5, Bestimmung der Megatextur N1) Nationale Funote: Gegenwrtig im Stadium eines Internationalen Schluss-Entwurfes ISO/FDIS. Vornorm DIN ISO/TS 13473-4:2009-02 4 Nationaler Anhang NA (informativ) Literaturhinweise DIN EN 61260:2003, Elektroakustik Bandfilter fr Oktaven und Bru

19、chteile von Oktaven (IEC 61260:1995 + A1:2001); Deutsche Fassung EN 61260:1995+A1:2001 DIN V ENV 13005, Leitfaden zur Angabe der Unsicherheit beim Messen DIN EN ISO 226, Akustik Normfrequenzen DIN EN ISO 13473-1, Charakterisierung der Textur von Fahrbahnbelgen unter Verwendung von Ober-flchenprofile

20、n Teil 1: Bestimmung der mittleren Profiltiefe DIN ISO 13473-2:2004, Charakterisierung der Textur von Fahrbahnbelgen unter Verwendung von Ober-flchenprofilen Teil 2: Begriffe und grundlegende Anforderungen fr die Analyse von Fahrbahntextur-profilen (ISO 13473-2:2002) DIN ISO 13473-3, Charakterisieru

21、ng der Textur von Fahrbahnbelgen unter Verwendung von Oberflchen-profilen Teil 3: Anforderungen an und Einteilung von Profilometern Vornorm DIN ISO/TS 13473-4:2009-02 5 Charakterisierung der Textur von Fahrbahnbelgen unter Verwendung von Oberflchenprofilen Teil 4: Spektralanalyse von Oberflchenprofi

22、len Einleitung Die Fahrbahntextur gehrt zu den grundlegenden Eigenschaften einer Fahrbahnoberflche, sie steht als solche mit vielen funktionellen Eigenschaften wie der Geruschemission durch den Fahrbahnkontakt der Reifen, der Reibung zwischen Reifen und Fahrbahn, dem Rollwiderstand und dem Reifenver

23、schlei in Verbindung. Die Spektralanalyse der gemessenen Oberflchenprofile wird hufig als Verfahren zur Charakterisierung eines Fahrbahnbelags eingesetzt. Die praktischen Erfahrungen der letzten Zeit haben jedoch gezeigt, dass die Methodik der Spektralanalyse auf dem Gebiet der Fahrbahnmessungen nic

24、ht so gut bekannt ist, dass mit Sicherheit reproduzierbare Ergebnisse ermittelt werden. Es erscheint deshalb ratsam, die Reproduzierbarkeit durch das Bereitstellen einer Anleitung in Form eines Normendokumentes zu verbessern. Obwohl die Prinzipien der Frequenzanalyse auf zahlreichen Gebieten der Fre

25、quenzanalyse angewandt werden, scheint doch eine auf das Gebiet der Fahrbahntexturmessung zugeschnittene detaillierte Behandlung dieser Prinzipien der richtige Weg zu sein, um den Einsatz dieser Verfahren und die Qualitt der erhaltenen Ergebnisse zu verbessern. Ziel dieser ausfhrlichen Darlegung in

26、Form einer ISO-Norm ist die Anregung des internationalen Austauschs von Wissen und Daten auf dem Gebiet der Fahrbahneigenschaften. 1 Anwendungsbereich Die vorliegende Technische Spezifikation der ISO beschreibt die Verfahren, die zur Durchfhrung einer Spektralanalyse von Fahrbahnoberflchen-Profilsig

27、nalen zur Verfgung stehen. Sie legt drei mgliche Verfahren zur Wellenzahlanalyse (oder zur Analyse der Texturwellenlngen) zweidimensionaler Oberflchen-profile fest, die die Amplitude der Fahrbahnrauheit als Funktion der Distanz entlang einer ber die Oberflche verlaufenden geraden oder gekrmmten Bahn

28、 beschreiben. Das Ergebnis der Frequenzanalyse ist ein Wellenzahlspektrum (oder Texturwellenlngen-Spektrum) in Bndern konstanter relativer Bandbreite von einer Oktave oder einer Terz. Diese Technische Spezifikation bietet drei alternative Verfahren zur Ermittlung dieser Spektren: 1) Analogfilterung

29、mit konstanter relativer Bandbreite; 2) Digitalfilterung mit konstanter relativer Bandbreite; 3) Schmalbandanalyse mit konstanter absoluter Bandbreite mittels Diskreter Fouriertransformation und nachfolgende Umwandlung des Schmalbandspektrums in ein Oktav- oder Terzspektrum. Diese Technische Spezifi

30、kation hat zum Ziel, die spektrale Charakterisierung von Fahrbahnoberflchen-Profilen zu normen. Zu diesem Zweck wird eine detaillierte Beschreibung der Analysierverfahren und der damit zusammenhngenden Anforderungen fr diejenigen gegeben, die mit der Charakterisierung von Fahrbahnen befasst sind, ab

31、er nicht mit den allgemeinen Prinzipien der Frequenzanalyse von Zufallssignalen vertraut sind. Diese Verfahren und Anforderungen sind allgemein auf alle Arten von Zufallssignalen anwendbar, werden aber in dieser Technischen Spezifikation in einer speziellen Darstellungsform behandelt, die ihre Anwen

32、dung auf Signale von Fahrbahnoberflchenprofilen im Blick hat. ANMERKUNG Der Anwender dieser Technischen Spezifikation sollte sich dessen bewusst ein, dass die in diesem Dokument behandelte Spektralanalyse nicht alle Eigenschaften des untersuchten Oberflchenprofils wiedergeben kann. Insbesondere knne

33、n die Wirkungen einer Profilasymmetrie, d. h. des Unterschieds bestimmter Funktionseigenschaften bei positiven“ und bei negativen“ Profilen, in der spektralen Leistungsdichte nicht ausgedrckt werden, da diese die Asymmetrie des Signals vllig auer Betracht lsst (siehe Anhang F). Vornorm DIN ISO/TS 13

34、473-4:2009-02 6 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind zur Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller

35、 nderungen). IEC 61260, Electroacoustics Octave-band and fractional-octave-band filters ISO 13473-2:2002, Characterization of pavement texture by use of surface profiles Part 2: Terminology and basic requirements related to pavement texture profile analysis ISO 13473-3, Characterization of pavement

36、texture by use of surface profiles Part 3: Specifications and classification of profilometers 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die Begriffe nach ISO 13473-2:2002 und die folgenden Begriffe. Als Hilfestellung fr den Anwender werden die wichtigsten Begriffe aus ISO 13473-2:2002 in d

37、iesem Dokument nochmals aufgefhrt. 3.1 (Textur-)Wellenlnge Gre, die die horizontalen Abmessungen der Amplitudenschwankungen eines Texturprofils beschreibt ANMERKUNG 1 Die (Textur-)Wellenlnge wird blicherweise in Meter (m) oder Millimeter (mm) angegeben. ANMERKUNG 2 Die Wellenlnge ist ein Begriff, de

38、r in der Fachsprache der Elektrotechnik und Signalverarbeitung verbreitet ist und allgemein akzeptiert wird. Da viele Anwender dieser Technischen Spezifikation vielleicht nicht mit der Verwendung des Begriffs Wellenlnge im Zusammenhang mit Fahrbahnen vertraut sind und weil bei der Analyse von Straen

39、oberflchen-Profilen vielfach elektrische Signale verwendet werden, besteht Verwechslungsgefahr. Daher wird vorzugsweise der Begriff Texturwellenlnge“ verwendet, um eine klare Unterscheidung gegenber anderen Anwendungen des Wellenlngebegriffs zu ermglichen. ANMERKUNG 3 Das Profil kann als eine statio

40、nre Zufallsfunktion der Distanz entlang der Oberflche angenommen werden. Mit Hilfe einer Fourieranalyse lsst sich eine derartige Funktion mathematisch als eine unendliche Reihe von Sinusanteilen unterschiedlicher Frequenz (und Wellenlnge) ansehen, von denen jeder eine vorgegebene Amplitude und Anfan

41、gsphase besitzt. Bei typischen und stetigen Oberflchenprofilen weist ein in seine Fourieranteile zerlegtes Profil eine stetige Verteilung der Wellenlngen auf. Die Texturwellenlnge nach ISO 13473 ist der Kehrwert der Wellenzahl, deren Einheit m1ist (was Perioden je Meter entspricht), siehe auch 3.14.

42、 ANMERKUNG 4 Die Wellenlngen knnen physikalisch als die verschiedenen Lngen sich periodisch wiederholender Teile des Profils dargestellt werden. 3.2 Abtastung eines Oberflchenprofils Auswahl eines reprsentativen Teils der Straenoberflche, dessen Profil gemessen wird 3.3 Profilometer Gert zur Messung

43、 des Profils einer Fahrbahnoberflche ANMERKUNG Zu den gegenwrtig im Straenbau verwendeten Profilometern gehren unter anderem Aufnehmer auf der technologischen Grundlage von Laser, Lichtschnitt, Taststiften oder Ultraschall. Vornorm DIN ISO/TS 13473-4:2009-02 7 3.4 Messgeschwindigkeit v Geschwindigke

44、it, mit der der Aufnehmer des Profilometers ber die zu messende Oberflche fhrt ANMERKUNG Die Messgeschwindigkeit wird blicherweise in Kilometer je Stunde (km/h) oder Meter je Sekunde (m/s) angegeben. 3.5 digitale Signalabtastung Ermittlung diskreter Messwerte eines Signals an Messpunkten, die in gle

45、ichem Abstand voneinander angeordnet sind (und anschlieende Umwandlung dieser Werte in einen Digitalcode) ANMERKUNG In dieser Grunddefinition der digitalen Signalabtastung kann sich die Anordnung der Messpunkte in gleichfrmigen Abstnden entweder auf den Zeitbereich oder den Ortsbereich beziehen, je

46、nachdem, in welchem Bereich (Zeit oder Ort) das Signal erfasst wird. 3.6 Abtastintervall Distanz zwischen zwei benachbarten Messpunkten auf der Oberflche; dies entspricht der Messgeschwindig-keit dividiert durch die Abtastrate des Aufnehmers ANMERKUNG Das Abtastintervall wird blicherweise in Millime

47、ter (mm) angegeben. 3.7 Profilmesslnge lp Lnge eines ununterbrochenen Profilmessabschnitts ANMERKUNG Die Profilmesslnge wird blicherweise in Meter (m) oder Millimeter (mm) angegeben. 3.8 Wiederholintervall r Distanz zwischen den Startpunkten zweier aufeinanderfolgender Profilmesslngen nach 3.7 ANMER

48、KUNG Das Wiederholintervall wird blicherweise in Meter (m) angegeben. 3.9 Auswertungslnge l Lnge des Profilausschnitts, der analysiert wurde oder werden soll ANMERKUNG 1 Die Auswertungslnge kann, muss aber nicht gleich der Profilmesslnge sein (aber nie grer). ANMERKUNG 2 Die Auswertungslnge wird bli

49、cherweise in Meter (m) oder Millimeter (mm) angegeben. 3.10 ungltiger Messwert gemessener Punkt (Abtastwert) des Profils, der als ungltig identifiziert und blicherweise bei der nach-folgenden Datenverarbeitung bergangen wird 3.11 Anteil ungltiger Messwerte Prozentsatz (%) der gemessenen Punkte innerhalb der Auswertungslnge, die als ungltig identifiziert wurden