1、1 印月9512月 本標準非經本局同意得翻印 中華民國國家標準 CNS 總號 號 ICS 93.080.20 A340515046經濟部標準檢驗局印 公布日期 修訂公布日期 9512月1日 月日 (共7頁)慣性剖面儀量測舖面縱向剖面試驗法 Method of test for measuring the longitudinal profile of traveled surfaces with an accelerometer established inertial profiling reference 1. 適用範圍：本標準適用於以加速度規建立慣性參考剖面之慣性剖面儀進行車行表面之剖面
2、量測及記錄。 2. 要義與應用 2.1 本標準使用慣性參考剖面與車行表面 間距離量測值以及慣性平台加速度值，以獲得沿量測車行方向之高程變化量。 若為了符合特定等級，感測器應符合該等級精密度與偏差要求，而且所計算之剖面亦必須符合該等級之規範。 2.2 試驗設備由配有必要感測器及能計算 與記錄剖面之設備車輛所組成，以量測並記錄車行表面之高程剖面資料。 2.3 量測率係依據預期道路狀況及資料處理所需而定。 2.4 試驗儀器應裝置於欲量測車行表面之 輪跡或橫向適當位置之上方。感測器量測項目包括：量測車之垂直加速度、加 速度規與車行表面之垂直距離、縱向行駛距離。上述感測器量測訊號經電腦處理後，產生車行表
3、面之縱向剖面。 3. 名詞釋義 3.1 慣性參考剖面 (inertial reference profile)：係指利用加速度規資料，經運算分析後所建立之車輛縱向隨縱向行駛距離改變之基準車身高程變化。 3.2 慣性剖面儀 (inertial profiler)：係指採用加速度規所建立之慣性參考剖面，配合位移感測器等設備，用於量測舖面縱向剖面之試驗儀器。 3.3 車行表面 (vehicular-traveled surfaces)：為舖面與車輛輪胎直接接觸且供車輛通行之平面。 3.4 量測率 (sampling rate)：係指試驗儀器經設定後，於單位時間內量測資料之筆數。 3.5 訊噪比 (s
4、ignal to noise)：係指試驗儀器量測訊號相對於背景雜訊之比值。 3.6 折疊頻率 (folding frequency)：為量測率之二分之一。 3.7 抗混疊濾波器 (antialiasing filter)：一種應用在原始檢測所得類比剖面資料上之低通頻率濾波器，可用以抑制剖面資料中頻率較折疊頻率為高之部分。 3.8 成對 t 檢定 (paired t-test)：兩樣本平均數的 t 檢定分析，旨在比較變異數相同的兩個母體之間平均數的差異，或比較來自同一母體的兩個樣本之間的不同。 2 CNS 15046, A 3405 4. 儀器設備 4.1 設備組成 4.1.1 試驗儀器由配有必
5、要感測器 、及能計算與記錄剖面之設備車輛組成，以量測並記錄量測車之垂直加速度 、加速度規與車行表面之垂直距離、及縱向行駛距離。上述感測器量測訊號經由電腦處理後，產生車行平面之縱向剖面。 4.1.2 試驗儀器須具備可量測一或多條輪跡線之感測器及可長期儲存資料之設備。 4.1.3 如欲同時量測左右輪之輪跡線，兩個垂直位移感測器之放置間距需為 1.51.8 m 以進行兩輪跡處之剖面量測。 4.1.4 儀器須配置一組塊規用以校正及驗證靜態感測器之運作。 4.1.5 其他輔助設備得包含可顯示車速之設備，及可顯示剖面或數據之圖示設備。 4.2 車輛需求：用以裝設剖面量測儀器之 車輛，其大小需可容納所有必要
6、設備而不需大型之結構上之改裝。車輛之引擎 、轉向機及懸吊系統需可維持速度及方向上之穩定。 4.3 感測器 4.3.1 加速度規 (1) 用以量測以加速度值建立慣性參考平面。 (2) 加速度規應合剖面量測設備之等級需求。 (3) 裝置於量測車上時，加速度規之感測方向應與車行表面垂直。 (4) 加速度規之量測範圍應能涵蓋車輛行駛時預期產生之加速度 (1)。 (5) 加速度規需具備一定之解析度，使剖面之計算、精密度與偏差符合表 3及表 4 之規定。 註 (1) 一般為 1 g 4.3.2 位移感測器 (1) 位移感測器用於量測加速度規與車行表面之垂直距離，其量測方向須與車行表面垂直，且與加速度規之量
7、測方向一致。 (2) 位移感測器應能連續或間歇量測，採間歇方式量測時，其量測間距不得大於表 1 中之規定。垂直量測之解析度須符合表 2 同一等級之規定 表 1 縱向量測間距 單位： mm 等級一 不大於 25 等級二 大於 25至 150 等級三 大於 150至 300 等級四 大於 300 3 CNS 15046, A 3405 表 2 垂直量測之解析度 單位： mm 等級一 不大於 0.1 等級二 大於 0.1至 0.2 等級三 大於 0.2至 0.5 等級四 大於 0.5 4.3.3 距離感測器：距離量測可用能產 生連續脈衝之設備，其量測間隔必須滿足表 1 所列之需求。脈衝用以量測速度並
8、可由時間函數轉換為距離函數，任何可產生充分準確之類比或數位 訊號之距離感測器皆可使用。距離量測之準確度依據第 5.1.3 節建立之。 4.3.4 剖面計算：係使用電腦處理加速 度規及距離量測設備之輸出值而獲得。其基本計算方法為以空間為基準及以時間為基準二種： (1) 以空間為基準之方法：此法將各感測器輸出值計算為剖面值，並將剖面數據視為行駛距離之函數。在此法中，剖面數據之計算與量測時車輛行駛速度無關。 (2) 以時間為基準之方法：此法將各感測器輸出值計算為剖面值，並將剖面數據視為固定時間間隔之函數。在此法中，剖面數據之計算與量測時車輛行駛速度相關。 (3) 濾波應滿足量測速度在 25 95 k
9、m/hr 之間，對道路剖面 60 m 以上之波長以無衰減或放大之情形下，進行高程剖面之計算。 (4) 剖面計算電腦應具有進行系統校正、選擇系統參數及監看系統輸出值之功能。 4.3.5 行駛速度顯示 (1) 量測車需配備方便駕駛維持系統量測所需行駛速度之設備。在以空間為基準進行計算之系統中，因其資料分析與行駛速度無關，使用車輛之速度記錄器即可符合此項需求。 (2) 如需車輛行駛速度資料，亦可使用電腦計算以距離脈衝計算或以其他量測車輛行駛速度之方法而得。 4.3.6 剖面振幅展示：結果應由圖像進 行呈現，並以時間或距離的函數呈現剖面振幅；振幅及距離表示之範圍由操作人員透過電腦設定操作之。 4.3.
10、7 儲存設備：此設備須可記錄及長 期儲存原始數據及計算而得之剖面資料，且必須具備重複讀取之功能以便 進行即時或後續處理。儲存設備之容量應考量剖面資料記錄需求，以維持 後續計算處理解析度，並足以儲存正常量測作業中之所有資料。儲存設備之訊噪比應不小於 10。 4.3.8 特殊狀況註記：儀器需提供操作者註記特殊狀況發生位置之功能。 4.3.9 數位資料記錄 (1) 計算完成之剖面資料應配合資料使用目的而選擇適當間距紀錄，正確顯4 CNS 15046, A 3405 示車行表面之剖面變化。若折疊頻率接近資料分析時需考量之頻率上界，則須加入抗混疊濾波器。在進行剖面計算前採用相同抗混疊濾波器於加速度規訊號
11、與位移量測訊號上。 (2) 於同一車行平面上量測二條以上測線時，須注意所有沿量測之縱向位置應重合，但若各測線獨立分析時則可忽略此項規定。 5. 校正程序：為使量測儀器符合各等級之績效需求，量測系統及其組成設備應依據製造廠商建議進行定期校正。 5.1 感測器 5.1.1 加速度規：應有內校或外校功能 ，且亦可於試驗室中進行校正。無論採用何種方式，當誤差大於允許的程度時應不被接受。 5.1.2 位移感測器 ：應採用以靜態塊規為基準進行校正，其校正間距至少為 25 mm。校正結果應符合該等級之精密度要求。 5.1.3 距離感測器：應於已知距離之直線段進行校正， 此已知距離應大於 160 m，若誤差大
12、於已知距離之 0.1 %時，則不被接受。上述校正程序應採用實際量測時之車輛行駛速度進行量測。 6. 操作步驟 6.1 通則 6.1.1 電力系統：量測前先打開電力裝 置以使電力穩定。（參照儀器製造廠商操作手冊執行） 6.1.2 系統參數：視需要可選擇系統參 數以定義表面剖面波長內容。（參照儀器製造廠商操作手冊執行） 6.1.3 校正檢核 (1) 在每日開始操作前或任何時候操作者懷疑系統效能產生變化時皆應進行校正檢核，並在每日工作結束後或出發至下一個量測區域前再進行校正檢核，以確保量測結果之正確性。 (2) 將量測車輛停於平坦地面維持靜止，再以上下彈壓車輛方式進行校正檢核。在此檢核過程中，系統輸
13、出之剖面值應維持不變，且系統輸出值應小於車輛震動幅度之 1%。 6.2 量測速度 6.2.1 因使用濾波器之故，通常在較高的量測速度下可獲得品 質較佳之剖面資料，但量測速度可能受限於儀器 在極粗糙之表面下之量測能力。如擬採較小之取樣間距時，量測時之行駛速度應降低。 6.2.2 量測速度應高於 25 km/hr，以避免剖面資料因長波長之影響而降低量測品質；或應採用更高解析度之加速 度規以減輕此影響。當須量測非常粗糙的路面、鐵路平交道、或其他特殊 情況時，由於較高速量測並不可行，且長波長影響較不顯著，故可降低量測速度，但不得低於 2 m/s(7.2 km/hr)。 6.2.3 應避免突然之速度變化
14、，以減少 非預期之加速度規量測值，以及避免濾波器之瞬間變化現象。 5 CNS 15046, A 3405 6.3 試驗區段：當準備進行短距離之試驗區段量測時，操作者應熟悉該區段之起點、終點及任何須識別之特殊路況。如果 系統可自動辨識路況，操作者應在特殊路況地點放置適當標記以供辨識。輪跡線或其 他欲進行量測之測線應有適當標記，以確保正確之量測位置。 6.4 資料擷取 6.4.1 輸入試驗區段及試驗狀況等資訊。（參見第 7 節） 6.4.2 在試驗區段前至少須有 100 m（或儀器製造廠商指定之較長前引距離）作為加速區段，以使車輛加速至量測速度。 6.4.3 在試驗區段前至少 100 m 處 (或
15、依據長波長濾波器之需求 )，開啟系統進入試驗模式。 6.4.4 以自動或手動方式標記試驗區段之起點，作為紀錄數據之一部分。 6.4.5 量測車道之縱剖面時，量測線應 盡可能接近正常車流之行駛輪跡處。若只量測單一輪跡，則必須在左側或右側之輪跡處，或是量測路 徑之中央進行。若為多條量測，則其中之一須為 車輛左側或右側之輪跡處。若感測器間之距離非輪跡間之實際距離，則通常量測右側之輪跡線。 6.4.6 在記錄過程中，應隨時觀察並比 對資料是否合理。除短波長的情況之外，若量測多輪跡處之剖面資料，則左右輪的輪跡剖面資料應相似。 6.4.7 在試驗過程中確認其他實質特徵 或已知參考點，有助於計算所得之縱剖面
16、資料與實際車行表面之關聯性。 6.4.8 以自動或是手動方式標記試驗區段終點。 6.5 資料正確性評估 6.5.1 若發現試驗儀器之效能有疑問時 ，應立即再次量測該路段以進行比對。前後兩次剖面計算結果或對應點間之誤差，應符合該等級儀器要求標準。 6.5.2 應不定時檢查縱剖面或是原始資 料之儲存狀態。其方法為重新讀取所儲存之剖面計算結果或原始資料，並 與前次計算或原始量測值比對其一致性。在執行此項檢查時可將試驗值印出以利比對。 6.6 錯誤測試：左輪跡與右輪跡之剖面量 測資料有明顯差異，且無法歸因於道路本身實際狀況，則須重覆量測。相同路 徑之前後兩次量測，其觀察到的差異若不能歸咎於因實際道路重
17、複量測路徑之 不同，則應將前後兩次剖面量測資料點之差值，依統計學中成對 t 檢定原理（採雙尾、顯著水準 5%）辦理試驗數據差異測定，以判斷儀器是否出現問題或試驗是否無效。 7. 報告：每一試驗區段之現地報告應包括以下資料。 7.1 日期與時間。 7.2 操作員、駕駛員、分析員資料及車輛證明文件。 7.3 天候狀況。 7.4 試驗區段位置及描述。 7.5 路面描述：舖面種類和狀況。 7.6 試驗編號。 6 CNS 15046, A 3405 7.7 量測速度。 7.8 量測方向。 7.9 量測之車道，以及橫斷之位置。 7.10 縱剖面資料。 7.11 系統其他特定之量測選項，如濾波器波長資料間隔
18、以及解析度等。 8. 精密度與偏差：慣性剖面儀的準確度可用精密度及偏差評估結果定義之。 8.1 精密度：剖面高程量測之精密度係為 重複量測同一道路剖面各次結果之一致相關性。 8.1.1 量測精密度可視為沿著量測車行 表面某特定位置多次量測值之重現性標準差之組合。 8.1.2 重現性標準差為每一特定位置上各次量測值相對於該處量測平均值之標準差。 8.1.3 慣性剖面儀精密度可採用沿著量 測車行表面多處特定位置之各個重現性標準差之平均值表示之。 8.1.4 為進行比較，每一個量測車行表 面之長度、量測之指定位置點數及每一個測點之量測次數均應保持固定。 (1) 進行上述測試之剖面長度應為 160 m
19、，並以 0.25 m 間距進行計算。 (2) 至少須重複執行 10 次試驗方可獲得精密度評估結果。 (3) 進行精密度評估時，任何會影響量測過程之獨立變數皆應嚴格控制。 (4) 選擇橫向剖面變化較小之處進行量測，以降低縱向剖面量測之變異。 (5) 重複試驗時應盡量維持同一路徑。 (6) 為確保重複試驗皆在同一路徑執行，須嚴格控制車行表面縱剖面量測時之縱向位置，並可透過自動位置標記達成。 8.1.5 儀器之精密度要求標準係依儀器 等級而異，各等級儀器之精密度應不大於表 3 所列。 表 3 各等級儀器精密度要求 單位： mm 儀器等級種類 精密度要求 (1個標準差 ) 等級一 0.38 等級二 0
20、.76 等級三 2.50 8.2 偏差：車行表面剖面量測偏差與在特 定點上重複量測之平均值和可接受之參考值 (以下簡稱參考值 )間之差距有關。 8.2.1 一個單獨剖面資料點量測之偏差 等於該特定點所計算的平均值減去特定點上之參考值。 8.2.2 特定點之參考值係藉由已被接受之剖面量測方法所量得之值而定。 7 CNS 15046, A 3405 8.2.3 為提高參考值之可信度，必須盡 可能重複參考剖面之量測，以獲得有效之平均值與標準差。 8.2.4 只要參考道路剖面量測之原始振 幅與相位關係不受特定波長範圍影響，參考值之計算方法應與受評估之慣 性剖面儀採用之演算方法相同。為進行偏差之比較，參考車行表面剖面量 測之原始振幅與相位關係應不受波長超過100 m 之影響。 8.2.5 車行表面剖面量測之偏差為各特 定量測位置偏差之組合。其值之計算為各點量測偏差絕對值之總和除以量測位置之數量。 8.2.6 為進行偏差之比較，量測剖面之 長度及位置數量須固定。用以建立偏差評估結果之量測剖面長度為 160 m，並以 0.25 m 間距進行計算。 8.2.7 儀器之偏差要求標準係依儀器等 級而異，各等級儀器之偏差水準應不大於表 4 所列。 表 4 各等級儀器偏差要求 單位： mm 儀器等級種類 偏差 等級一 1.25 等級二 2.50 等級三 6.25
