Contributii la Determinarea Calitatii Suprafetelor Cailor Rutiere
TEZĂ DE DOCTORAT
Contribuții la determinarea
calității suprafețelor căilor rutiere
CONTRIBUTIONS IN DETERMINATION OF
ROAD SURFACE QUALITY
CARACTERIZAREA PLANEITĂȚII SUPRAFEȚEI CĂILOR RUTIERE
Dimensiunile și uniforma desfășurare a rețelei rutiere, implicit a calității acesteia privind forma contructivă, capacitatea și rezistența acestora reprezintă un indicator al „calității vieții” și al nivelului de dezvoltare economică pentru o țară cu o economie dinamică.
Efortul tehnico economic pe care acest sector al construcțiilor civile îl solicită este în continuă creștere la nivel mondial și cu atât mai important pentru dezvoltarea economică din Romania, ca urmare a situației nivelului calității rețelei rutiere rudimentare din prezent.
Lipsa de preocupare din ultimele decenii privind întreținerea rețelei de drumuri existente și activitatea relativ restrânsă privind construcția de noi drumuri, nivelul redus al așteptărilor participanților la trafic, precum și lipsa de corelare dintre costurile aferente construcției de drumuri (criterii de recepție a lucrarilor) și calitatea acestora au condus la prea sumara tratare a subiectelor legate de standardele în domeniu [1-5]. Abordate cu mare întârziere și prea puțin respectate sunt documentele agreate internațional, standarde, norme, ghiduri [6]; acestea sunt, într-un volum foarte mare, bine consolidate și direct determinante pentru calitatea drumurilor în construcție astăzi. De aceea o serioasă și sinceră prezentare a stadiului pe plan mondial privind tema dezvoltată în prezenta teza nu poate să nu recunoască, să nu prezinte și să nu se raporteze la reglementările standardizate acceptate la nivel internațional și chiar respectate de economiile dezvoltate. Acest aspect subliniază posibilitatea imediată de transfer a rezultatelor cercetării aplicative într-o economie indiscutabil deficitară în prezent în acest sector.
Tema tezei este interesantă și solicitantă pentru că urmărește din start nu numai găsirea unei soluții teoretice, elaborarea unei scheme de principiu, verificarea functionalității, dar peste acestea optimizarea soluțiilor la nivelul cerințelor impuse de industriile beneficiare. În consecință, succesul lucrării (demersului) este relevat clar chiar de brevetarea unor soluții constructive aplicabile și pragmatice [7,8,9].
Preocuparea arătată de agenții economici din Romania și de administrația publică centrală și locală pentru dezvoltarea urgentă a unei rețele moderne de drumuri implică dezvoltarea în același ritm și a metodelor, mijloacelor și tehnologiilor pentru controlul parametrilor constructivi definitorii.
Planeitate – Profil
Calitatea suprafeței de rulare se apreciază, conform reglementărilor tehnice în vigoare, prin intermediul unor indicatori care apreciază starea tehnică a părții carosabile. Modelarea stării de degradare a suprafeței carosabile, reprezintă o tehnică avansată de simulare a comportării în timp. Înregistrarea stării de degradare pe lungimi mari de rețele rutiere și creșterea productivității acestei operații devine importantă în calculul indicilor de stare tehnică necesari în evaluarea strategiilor de întreținere reparații, și implicit la baza politicilor bugetare. Nivelul investițiilor în rețeaua rutieră depinde de strategii de întreținere bazate pe o evaluare clară în teren și o pe bancă de date competitivă care să permită evaluarea certă a indicilor de stare tehnică.
Calitatea suprafeței de rulare este dictată în mare măsură de una din caracteristicile funcționale principale ale structurilor rutiere – planeitatea, parametru definitoriu care afectează siguranța și confortul circulației. Standarde, metode, tehnici noncontact, noninvazive, cu răspuns în timp real, cu acuratețe înaltă, controlate de la distanță sunt în practica curentă a celor mai multe industrii avansate (textile, ceramică, construcții, optospintronică, mecatronică), de asemenea performanțele profilometrelor se îmbunătățesc de la un an la altul, iar metodele fizico-chimice de „interogare” a suprafețelor sunt din ce în ce mai complexe, precise și inteligente, dar integrarea tuturor informațiilor despre forma suprafeței se relevă prin planeitate.
Planeitatea suprafeței căilor rutiere, una din caracteristicile funcționale principale ale structurilor rutiere, se determină prin măsurarea profilului suprafeței căilor rutiere atât în plan longitudinal cât și în plan transversal.
Fig.1.1 Profilele lonfitudinal și transversal ale suprafeței căii rutiere [10]
Planeitatea unui drum este caracterizată de prezența sau absența
neregularităților suprafeței de rulare. Aceste neregularități sunt date de diferențele
verticale care există între suprafața teoretică definită de proiectant și suprafața reală a drumului, într-un domeniu limitat al dimensiunilor verticale.
Se definesc ca defecte de planeitate a suprafeței de rulare, denivelările
acesteia care sunt percepute de participanții la trafic. Defectele de planeitate ale
suprafeței de rulare sunt caracterizate prin trei mărimi: lungimea de undă, adâncimea și
amplitudinea, conform Fig. 1.2 [2].
Fig. 1.2 Defectele de planeitate ale suprafeței de rulare
Aceste caracteristici geometrice ale suprafeței de rulare permit stabilirea și eșalonarea lucrărilor de întreținere și reparații corespunzătoare, astfel încât drumul în cauză să satisfacă cerințele nivelului de serviciu asociat categoriei sale și condițiilor de confort și siguranță a circulației.
1.1 Standarde privind calitatea și măsurarea profilului suprafeței căilor rutiere
Standardele cele mai importante pentru calitatea și măsurarea profilului suprafeței căilor rutiere sunt:
SR EN 13036-1:2010 – Caracteristici ale suprafețelor drumurilor și pistelor aeroportuare. Metode de încercare. Partea 1: Măsurarea adâncimii macrostructurii suprafeței îmbrăcăminții prin tehnica volumetrică a petei [1].
Standardul european stabilește metoda de încercare pentru determinarea adâncimii medii a macrostructurii suprafeței îmbrăcăminții prin aplicarea atentă a unui volum de material cunoscut pe suprafața și măsurarea ulterioară a suprafeței totale acoperite. Metoda este concepută pentru asigurarea unei valori medii a adâncimii doar pentru macrostructura îmbrăcăminții rutiere și se consideră că nu este influențată de caracteristicile microstructurii acesteia.
Această metodă de încercare este adecvată aplicării în situ pentru determinarea adâncimii medii a macrostructurii suprafeței îmbrăcăminții rutiere. Atunci când se folosește împreună cu alte încercări fizice, valorile adâncimii macrostructurii rezultate din această metodă de încercare pot fi folosite la determinarea rugozității îmbrăcăminții, caracteristicilor de zgomot și conformității materialelor rutiere sau tehnicilor de tratare a suprafeței. Atunci când se folosește împreună cu alte încercări, trebuie să se aibă grijă ca toate încercările să se aplice în același amplasament.
SR EN 13036-6:2008 Caracteristici ale suprafețelor drumurilor și pistelor aeroportuare. Metode de încercare. Partea 6: Măsurarea profilurilor transversale și longitudinale în domeniul de lungimi de undă al planeității și macrostructurii [2]
Standardul european stabilește cerințele minime, criteriile de clasificare și procedurile de măsurare cu profilometre pentru măsurarea profilurilor transversale și/sau longitudinale în domeniul de lungimi de undă al planeității și macrostructurii. Sunt incluse și recomandările pentru certificarea și calibrarea acestora.
Profilometrele sunt echipamente pentru măsurarea planeității carosabilului în direcție longitudinală și/sau transversală.
Măsurările de planeitate pot fi realizate cu ajutorul unor dispozitive statice sau dinamice. Standardul menționează echipamentele staționare, de viteză mare și de viteză mică (echipamente care funcționează în condiții de trafic la viteză minimă sau maximă).
Termeni și definiții:
Profil longitudinal – intersecția între suprafața carosabilului și un plan de referință perpendicular pe suprafața carosabilului și paralel cu direcția de mers;
Profil transversal – intersecția între suprafața carosabilului și un plan de referință perpendicular pe suprafața carosabilului și pe direcția de mers;
Lungime de undă – distanța între părțile repetitive periodice ale unei curbe sinusoidale.
Planeitate – deviația suprafeței carosabilului față de o suprafață plană în domeniul lungimii de undă cuprinsă între 0,5 m și 50 m;
Megastructură – deviația suprafeței carosabilului față de o suprafață plană în domeniul lungimii de undă cuprinsă între 50 mm și 500 mm;
Acuratețea distanței parcurse – eroarea maximă relativă în procente cu privire la măsurarea distanței parcurse de vehiculul de măsurare;
Acuratețea măsurării gradientului transversal – eroarea absolută maximă referitoare la determinarea pantei transversale a sistemului de referință gradient convenit;
Rezoluție verticală (longitudinală și transversală) – cea mai mică diferență în înălțime care poate fi detectată;
Intervalul de măsurare (achiziție) longitudinală – distanța între două puncte de măsurare consecutive la măsurarea profilului longitudinal discret;
Intervalul de măsurare (achiziție) transversală – distanța între două puncte de măsurare consecutive la măsurarea profilului longitudinal discret în direcție transversală;
Intervalul de raportare a măsurărilor (longitudinal și transversal) – distanța corespunzătoare intervalului între două rezultate ale măsurărilor raportate;
Intervalul de repetare a achiziției (transversal) – distanța parcursă între două măsurări consecutive ale profilului transversal;
Intervalul de repetare a raportării (transversal) – distanța parcursă între două rezultate ale măsurărilor profilului transversal raportate consecutiv.
SR EN 13036-7:2004 Caracteristici ale suprafețelor drumurilor și pistelor aeroportuare. Metode de încercare. Partea 7: Măsurarea denivelarilor straturilor de uzură ale îmbrăcăminților rutiere: încercarea cu dreptar [3]
Acest standard european descrie aparatura și metoda de măsurare a neregularităților singulare atribuite defectelor de calitate ale suprafețelor rutiere noi, aeroporturi și alte suprafețe supuse traficului. Această metodă de măsurare nu se aplică pentru a obține informații despre profilul suprafeței drumului. Sunt determinate numai neregularitățile singulare, deci cele care sunt prin natura lucrurilor întâmplătoare.
SR EN 13036-8:2008 Caracteristici ale suprafeței drumurilor și pistelor aeroporturilor. Metode de încercare. Partea 8: Determinarea indicilor de planeitate transversală [4]
Prezentul standard definește diferiți indici de planeitate transversală a suprafeței carosabilului arterelor rutiere și metodele adecvate de evaluare și de raportare. Indicii au fost definiți independent de echipamentul de măsurare.
Definirea indicilor planeității transversale au avut ca scop:
oferirea unui mod pentru controlul calității suprafeței carosabilului a noilor straturi în special cu respectarea pantei și evidențierea iregularităților datorate compactării și/sau straturilor necorespunzătoare;
folosirea acestora pentru evaluarea condițiilor carosabilului în serviciu ca parte a rutinelor programelor de monitorizare a acestora;
folosirea acestora pentru activitățile de refacere a suprafeței carosabilului a pavajelor folosite.
Parametrii profilului transversal (Fig. 1.3):
Panta profilului transversal (7);
Înălțimile diferitelor defecte neregulate ale profilului transversal, ca: creste/umflături (4), trepte și prăbușiri de margini (5), așa numitele neregularități;
Adâncimea făgășului (2) în căile de rulare cauzate de trafic;
Adâncimea teoretică a apei în făgașuri (3).
Fig. 1.3 Prezentarea schematică a diferitelor caracteristici ale neregularității transversale: 1) treaptă, 2) făgaș, 3) adâncimea apei, 4) creastă/umflătură, 5) marginea drumului, 6) gravitatea, 7) panta
Parametrii profilului transversal sunt prezentați în Anexa 1.
Echipamentele de măsurare și aplicațiile lor
Echipamentele de măsurare care se folosesc sunt:
Profilometrul, echipament dinamic pentru măsurarea indicatorilor profilelor singulare precum și pentru secțiuni (principale) – conform EN 13036-6:2008 [2];
Rigla dreaptă, un dispozitiv static potrivit pentru măsurarea indicatorilor profilelor singulare – conform EN 13036-7:2004 [3] și anexa A din prezentul standard;
Echipament de măsurare care este omologat pentru a corespunde specificațiilor cerute ca tijă sau nivelă.
Măsurarea neregularităților transversale sunt efectuate pentru diferite scopuri. Aceste scopuri pot fi definite astfel:
Lucrări noi și control de calitate a drumurilor și aeroporturilor
Monitorizarea carosabilelor drumurilor și aeroporturilor în folosință
Activități de reparație a carosabilelor drumurilor și aeroporturilor în folosință.
Aceste scopuri pot avea limite specifice pentru efectuarea și acuratețea măsurărilor ( Tab. 1.1).
Tab.1.1 Combinarea dispozitivelor de măsurare și
a scopurilor pentru diferiți indicatori
SR EN 13473-1:2004 – Caracterizarea structurii (texturii) îmbrăcăminții unei structuri rutiere plecând de la releveele de profil. Partea 1: Determinarea adâncimii medii a structurii (texturii) [5].
Standardul descrie o metodă de testare pentru determinarea adâncimii medie a macrostructurii suprafeței îmbrăcăminții prin măsurarea profilului curbei unei suprafețe și calculul adâncimii structurii acestui profil. Tehnica este proiectată pentru a furniza o valoare medie a adâncimii numai pentru macrostructura îmbrăcăminții și este considerată nesemnificativă pentru microstructura acesteia și pentru caracteristicile gradului de neuniformitate.
Procedura din acest standard oferă o alternativă la tehnica volumetrică a petei, utilizată tradițional, rezultând valori comparabile ale adâncimii medii; a fost elaborată ca urmare a unei nevoi identificate, atunci când se solicită un test de suprafață pentru măsurarea zgomotului vehiculelor.
Adâncimea medie a profilului poate fi transformată într-o cantitate care estimează adâncimea macrostructurii în funcție de metoda volumetrică a petei. Se aplică la testele in situ, precum și la testele de laborator efectuate pe probe de îmbrăcăminte. Atunci când este utilizată împreună cu alte teste fizice, valorile adîncimii macrostructurii provenite de la această metodă de testare sunt aplicabile la estimarea rezistenței la derapaj a îmbrăcăminții, de estimare a caracteristicilor zgomotului și de evaluarea adecvată a materialelor sau a tehnologiilor de finisare.
Metoda, împreună cu alte măsurări (dacă este cazul), cum ar fi porozitatea sau microtextura pot fi folosite pentru a evalua calitatea îmbrăcăminții.
Notații și definiții:
Textura este abaterea suprafeței îmbrăcăminții rutiere, de la suprafața plană, în interiorul spațiului corespunzător lungimii de undă definită în continuare;
Profil – reprezentarea bidimensională a suprafeței. Profilul suprafeței este generat dacă un sensor sub formă de ac ori spot laser, atinge continuu ori strălucește pe suprafața îmbrăcăminții când acesta este deplasat în lungul suprafeței;
Profilul suprafeței este descris în două coordonate, una în lungul suprafeței plane, numită distanță și cealaltă pe direcția normalei la suprafață, numită amplitudine (Fig.1.4). Distanța poate fi în direcție longitudinală ori transversală în raport cu direcția deplasării pe șosea, ori în orice direcție în raport cu aceasta. În analiza Fourrier, profilul curb poate fi descris matematic de o serie de coeficienți Fourrier combinați cu curbe sinusoidale cu frecvențe și lungimi de undă oarecare.
Fig.1.4 Profilul suprafeței
Lungimea de undă a texturii este distanța minimă între părțile care se repet, ale unei curbe. În această parte a normativului termenul de lungime de undă a texturii este utilizat pentru a descrie lungimile de undă ale profilului obținut pentru șosea. Lungimea de undă a fost utilizată ca termen prima dată în acustică și electrotehnică. Termenul de structură (textură) a lungimii de undă în analiza profilului suprafeței, este introdus în acest standard. Inversul structurii lungimii de undă se numește frecvență spațială (1/m; cicluri/m), care atunci când este multiplicat cu factorul 2p se numește textură (structură) unghiulară a numărului de unde (rad/m).
Mărimea structurii (texturii)
Macrostructura – deviația suprafeței șoselei de la o suprafață plană cu dimensiunile caracteristice în lungul suprafeței de la 0,5 mm – la 50 mm (corespunzând lungimii de undă a texturii cu benzile de o treime de octavă incluzând mărimea de 0,5 m la 50 mm în centrul lungimii de undă).
Fig. 1.5 Mărimea structurii (texturii)
Vârf cu vârf, amplitudinea poate să varieze în mărime, de la 0,1 mm la 20 mm. Acest tip de textură este textura care are lungimea de undă de același ordin de mărime cu pasul elementelor cauciucului în interacțiunea drum-cauciuc. Suprafețele sunt proiectate cu o anumită macrostructură pentru a obține un drenaj corespunzător al apei la contactul cauciuc-drum.
Macrostructura este obținută printr-o proporție corespunzătoare de agregate și bitum pe suprafață sau prin anumite tehnici de finisare a suprafeței.
Microstructura (textura) – deviația suprafeței șoselei de la o suprafața plană cu dimensiunile caracteristice în lungul suprafeței mai mici de 0,5 mm, corespunzătoare lungimii de undă a texturii cu benzile de 1/3 octava cu 0,4 mm mai sus de centrul lungimii de undă.
De la vârf la vârf amplitudinea normală variază ca mărime de la 0,001 mm la 0,5 mm. Acest tip de textură este textura care face atingerea suprafeței mai mult sau mai puțin aspră, dar care este uzual prea mica pentru a fi observată cu ochiul liber.
Megatextura – devierea sprafeței șoselei de la o suprafață plană cu dimensiunile caracteristice în lungul suprafeței de la 50 mm la 500 mm (corespunzătoare lungimii de undă a benzilor cu 1/3 octava, incluzând mărimea 63 mm la 500 mm de la centrul lungimii de undă).
De la vârf la vârf, amplitudinile normale variază de ordinul 0,1 mm la 50 mm. Acest tip de textură are lungimea de undă de același ordin de mărime cu contactul (pata de contact) cauciuc drum și este adesea creată de gropi sau vălurirea drumului. Este uzual o caracteristică nedorită, rezultând din defecte ale suprafeței. Caracteristicile șoselei cu lungime de undă mai mari de 0,5 m sunt considerate ca fiind sub cele ale texturii și sunt descrise ca neconformități.
Măsurarea adâncimii structurii
Adâncimea structurii (texturii), TD: în cazul tridimensional, distanța între suprafața și un plan trecând peste vârful a trei particule, într-o zonă a cărei suprafață este de același ordin de mărime cu suprafața de contact pneu-șosea – vezi Fig.1.6.
Fig.1.6 Ilustrarea termenilor suprafața și adâncimea texturii (structurii)
Adâncimea medie a structurii – MTD: cazul metodei volumetrice (pata de contact) – vezi SR EN13036-1 [1].
Adâncimea profilului – PD: în cazul bidimensional, adică atunci când se studiază un profil, este diferență, pentru o distanță longitudinală oarecare, distanța laterală de același ordin de lungime de undă aceea a contactului pneu/șosea, între profil și o linie orizontală situată pe cea mai înaltă particulară a acestui profil – vezi Fig. 1.7.
Fig. 1.7 Adâncimea profilului
Adâncimea medie a profilului – MPD: Valoarea medie a adâncimii profilului deasupra liniei de bază – vezi Fig.1.7.
Adâncimea estimată a structurii – ETD: Termen utilizat atunci când adâncimea medie a profilului (MPD) este folosită pentru estimarea adâncimii medii a structurii (MTD).
Spectrul structurii: spectru obținut când un profil curb a fost analizat prin una din metodele (tehnicile) matematice Fourier sau proceselor corespunzătoare de filtrare cu scopul de a determina amplitudinea componentelor sale spectrale (lungimi de undă sau frecvențe spațiale).
1.2 Profilul suprafeței căilor rutiere în plan longitudinal
Definirea scării de defecte de planeitate în plan longitudinal
Definirea unei scări a defectelor de planeitate se poate face cu ajutorul "Indicelui Internațional de Rugozitate" (International Roughness Index) sau “IRI". Indicele IRI este o măsură standardizată a uniformității – planeității drumurilor. Unitățile de măsură sunt m/Km. Indicele IRI este util pentru a obține o măsură a uniformității drumurilor care se raportează la: costurile totale de funcționare a vehiculelor, rularea în ansamblu, sarcinile dinamice ale roților precum și starea generală a suprafețelor.
Indicele Internațional de Rugozitate – IRI, propus de către World Bank și stabilit de către University of Michigan Transportation Research Institute (UMTRI) [11], este definit matematic ca suma statistică a abaterilor profilului longitudinal al suprafeței căii rutiere.
Indexul este o medie a statisticilor de pantă rectificate calculate de la abterile de profil absolute. Reprezintă mișcarea pe verticală indusă vehiculelor în deplasare pe calea rutieră lățimea de bandă a frecvenței care afectează atât răspunsul vehiculului cât și comfortul perceput de ocupanții vehiculului.
IRI este definit de o simulare matematică a unui traductor de deplasare numit în literatura de specialitate quarter-car (QC). Traductorul de deplasare QC este alcătuit dintr-o roată cu caracteristicile dinamice asociate ale suspesiei și masei suspendate ale unui autovehicul (vehicul de pasageri). Viteza de deplasare simulată este de 80 km/h, viteză care determină reacția – răspunsul vehiculului în lățimea de bandă a frecvenței ce afectează cel mai mult percepția comfortului și impactul asupra vehicului aflat în mișcare.
IRI descrie o scală a planeității care este 0 pentru o suprafață perfect plană, crește la aprox. 6 pentru căi rutiere moderat neuniformă, la 12 pentru o suprafață extrem de neuniformă ță pâna la aproape 20 pentru suprafețe extrem de neuniforme – nepavate. Unitățile IRI sunt adimensionale, deoarece sunt statistic pante, dar scalate cu factorul 1000, astfel încât se prezintă în m/km, mm/m sau inches/mile.
Traductorul de deplasare QC este alcătuit dintr-un un resort – cauciuc (amortizarea acestuia se neglijează datorită valorii mici în comparație cu amortizarea suspensiei), masa osiei, un resort și un amortizor al suspensiei și masa vehiculului Fig.1.8 [11]. Algoritmul de calcul al modelului matematic este foarte complex și este detaliat în anexa standardului ASTM E 1364 [12].
Fig.1.8 Modelul traductorului QC
În acest fel, modelul a fost conceput pentru a maximiza corelarea cu tipul de reacție-răspuns al sistemelor de măsurare a planeității drumurilor. Utilizatorul trebuie să combine valorile IRI pentru diferitele profile preluate pe același drum. Acestea pot fi mediate, dar rezultatul nu reprezintă indicele IRI. Intervalul standard de eșantionare este de 250 mm, iar viteza simulată de deplasare este specificată ca având valoarea de 80 km/ora.
IRI este unic printre indicii de planeitate în ceea ce priveste ușurința măsurării sale. Exprimentele efectuate la cererea World Bank au validat faptul că indicele IRI poate fi măsurat cu o gamă extinsă de echipamente.
Cu toate acestea, indexul IRI este adesea criticat pentru faptul că nu este “cel mai bun” index pentru cuantificarea planeității drumurilor sau pentru că nu se conformează cu preferințele locale pentru un index de planeitate. Cel mai notabil exemplu de acest gen vine de la cercetarile extensive care au fost efectuate în ultima vreme pentru a dezvolta un index de planeitate care se raportează în mod specific la călătoria unui vehicul de pasageri [13]. Ca rezultat al acestor cercetari s-au identificat lungimile de undă de la 0,3 la 4,9 m ale profilului ca fiind cele mai strâns legate de călătoria unui vehicul de pasageri și care au condus la obținerea indexului “Ride Number”–RN, care reprezintă amplitudinea medie pătratică a profilului în cadrul acestei game de lungimi de undă. Cu toate acestea, din cunoștiintele mai aprofundate cu privire la dinamica vehiculului este de așteptat ca indexul Ride Number să se dovedească inferior față de alți indici, în particular față de IRI, în ceea ce privește cuantificarea planeității relevante pentru călătoria unui camion și pentru încărcările dinamice.
Metodele de măsurare a defectelor de planeitate a suprafeței de rulare în plan longitudinal pot fi grupate în 2 clase, după raportul mai mult sau mai puțin direct a măsurărilor obținute cu indicele IRI:
Clasa 1: profile de precizie
Această clasă se adresează normelor de precizie cele mai stricte pentru măsurările indicelui IRI. O metodă de clasa 1 înseamnă măsurarea profilului longitudinal a urmei roții (sub forma unei serii de puncte de reper situate la distanță mică unele de altele). Distanța dintre puncte nu trebuie să fie mai mică de 250 mm.
Clasa 2: alte metode de analiză a profilului în lung.
Această clasă cuprinde toate celelalte metode în care măsurarea profilului trebuie să servească ca bază la calculul direct al indicelului IRI, dar care nu permit atingerea exigenței impusă de o măsurare de clasa 1.
Cea mai mare parte a indicilor de planeitate sunt calculați pornind de la abaterile profilului longitudinal al suprafeței căii rutiere pe una sau ambele urme ale roții.
Clasificarea indicilor de planeitate se realizează ținând cont de:
caracteristica geometrică a profilului utilizat în calcul:
prima derivată spațială a înălțimilor (panta),
derivata a doua spațială a înălțimilor (accelerația verticală spațială);
modul de analiză statistică:
media valorilor absolute,
abaterea medie pătratică;
gamele lungimilor de undă a profilelor luate în considerare – ele depind de lungimile de undă conținute în profilul măsurat (depinzând de performanțele echipamentului) și de operațiile de filtraj efectuate asupra profilului măsurat înainte de calculul indicelui
Lungimile de undă influențează diferit indicii de planeitate:
lungimile de undă mari au o influență foarte mare asupra indicilor de planeitate în înălțime, mare asupra indicilor în pantă și neglijabilă asupra indicilor în accelerație;
lungimile de undă scurte au o influență neglijabilă asupra indicilor în înălțime, mare asupra indicilor în pantă și foarte mare asupra indicilor în accelerație.
Indicii de planeitate în profil longitudinal utilizați pe plan internațional, prezentati pe categorii (acronim, sursa și descrierea), sunt [14]:
după simularea matematică a reacției-răspunsului unui vehicul:
RQCS – NCHRP Report 228 [15] – simulare de referință a traductorului QC cu parametrii reprezentând vehicul de pasageri – exprimat în “inches/mile”
QCS – profilometre GMR [16] – simulare a traductorului QC cu constante de vehicule derivate de către K.J. Law – exprimat în “inches/mile”
IRI – World Bank – RQCS ca mai sus exprimat adimensional în m/km, unde 1m/km=63,36 inches/mile.
estimarea reacției-răspunsului vehiculului prin corelarea cu statisticile lungimii de undă:
MO – Texas – estimarea reacției-răspunsului profilometrului Maysmeter (inches-mile) de la rădăcinile medii pătratice ale accelerației verticale (RMSVA) a profilului cu lungimile de undă de bază de 1.2 m și 4.9m,
(1.1)
QIr – studiu UNDP Brazilia – estimarea reacției-răspunsului QCS a profilometrului GMR de la statisticile RMSVA a profilelor cu lungimea de undă de bază de 1.0m și 2.5m
(1.2)
BIr – TRRL (unitatea Overseas) – estimarea trailerului Bump Integrator prin rădăcina medie pătratică a abaterii (RMSD) de la linia care se fitează cel mai bine prin abaterile profilului la un interval de 300 mm cu lungimea de undă de 1.8m
(1.3)
Statistici ale lungimilor de undă discrete
PI – NCHRP Raport 275 – statistica rădăcinii medii pătratice a abaterilor profilului din banda de lungimi de undă de la 0.5 la 2.4 m
PU3.0 – TRRL – variația mediei mobile a abaterilor profilului de la 3 m
CP2.5 – CRR Belgia – abaterea medie rectificată pe lungimea de undă de bază de 2,5 m
Wsw, Wmw – LCPC Franța – energia medie pătratică a semnalului profilului în benzile de lungimi de undă sw (1 – 3.3 m), mw (3.3 – 13 m) și lw (13 – 40 m)
Între indicii prezentați mai sus și indicele există relații de conversie după cum urmează [14]:
(1.4)
(1.5)
(1.6) (1.7)
1.3 Profilul suprafeței căilor rutiere în plan transversal
Planeitatea suprafeței de rulare în plan transversal reprezintă un indicator al integrității structurale a carosabilului și are un impact important asupra siguranței utilizatorilor de drumuri. Aceasta este afectată de prezența șanțurilor (făgașurile) care constituie deformații permanente ale structurii carosabilului și din această cauză, cele mai multe agenții de control al drumurilor monitorizează în mod regulat nivelele adâncimilor șanțurilor de pe carosabilele lor.
În mod tradițional, adâncimile șanțurilor sunt măsurate manual prin utilizarea unei rigle drepte și a unei pene de control, conform standardului SR EN 13036-7:2004, Fig. 1.4 [3].
Este vorba de o riglă cu muchii drepte care se folosește pentru a măsura distanța de la planul de măsurare la muchiile sale. Rigla are 3000 mm lungime, abaterea la lungime nu trebuie să depășească 0,5mm. Deviația de lățime nu trebuie să depășească 1,5 mm. Grosimea este de 25 mm – vezi Fig.1.9.
Fig.1.9 Rigla cu muchii drepte: 1-lungime; 2-grosime
Distanța dintre muchia de măsurare și suprafața drumului se măsoară cu o pană calibrată (300 mm în lungime și 25 mm în grosime). Ea este marcată pe porțiunea înclinată din mm în mm pe primii 10 mm și din 2,5 în 2,5 mm după aceea – vezi Fig.1.10.
Fig.1.10 Pană calibrată: 1-lungime; 2-grosime
Cu toate că este simplu de aplicat, această metodă furnizează rezultate neconcordante pentru măsurările efectuate la intervale mari de timp, iar în mod uzual, măsurarea manuală a unei întregi rețele de drumuri nu este practicabilă. Apariția echipamentelor de măsurare fără contact a avut drept efect considerarea în multe țări a metodei manuale drept învechite. Aceste echipamente implică utilizarea unui vehicul laborator care se deplasează pe o secțiune a drumului, folosirea tehnicilor bazate pe senzori cu ultrasunete sau cu lasere pentru relevarea profilul transversal al carosabilului și procesarea ulterioară a datelor achiziționate în vederea calculării adâncimii șanțurilor față de o linie de control simulată prin calcul.
Determinarea făgășului este procesată în concordanță cu metoda standard de test pentru măsurarea adâncimii șanțurilor suprafeței carosabilului prin utilizarea unei rigle de control conform standardelor SR EN 13036-8:2008 [4] și SR EN 13036-6:2008 [2].
Operația de procesare simulează metoda liniei de control în determinarea distanței perpendiculare maxime măsurate între suprafața inferioară a referinței considerate drept “linie de control” și zona de contact a laserelor/senzorilor cu ultrasunete cu carosabilul într-o locație specifică.
În conformitate cu acest standard, urma roții (făgășul) este definită drept lungimea, exprimată în metri, a unei căi (urme) individuale de roată, în condițiile în care această urmă are o adâncime care depășește 30 mm. Se consideră că adâncimea făgașelor se măsoara în raport cu marginea dreaptă a unei linii în lungime de 2 metri care ar fi așezată în direcție transversală deasupra urmei unei roți. Sunt luate în considerare numai lungimile în cadrul cărora urma roții depășește valoarea de 30 mm.
Pentru calcularea adâncimii făgașurilor sunt utilizați trei algoritmi de bază [17]:
Modelul liniei drepte (straight-edge) care simulează metoda manuală de plasare a unei rigle care materializează linia dreaptă și a unei pene de control în lungul carosabilului pentru a furniza valoarea adâncimii șanțurilor. Conform acestui model, adâncimea șanțurilor este determinată pe baza distanțelor măsurate pe direcție verticală între profilul transversal construit pe baza măsurărilor individuale ale înălțimei și o riglă de control definită de utilizator. Rigla dreaptă de control este poziționată succesiv în diferite locații în lungul profilului și sunt determinate în acest fel punctele ridicate și cele joase ale acestuia. Pe această bază se calculeaza urma roții, operație care se realizează separat pentru fiecare cale de rulare.
Modelul “fir” (wire) care cunoaște o largă utilizare datorită faptului că operațiile de calcul pe care le implică se pot realiza mai ușor și mai repede. Spre deosebire de modelul “liniei drepte”, modelul “fir” definește adâncimea șanțurilor pe baza unui fir “întins” deasupra punctelor înalte ale carosabilului. Este calculată distanța de la fir până la carosabil, iar valorile cele mai mari constituie adâncimea șanțului.
Modelul “coeficient de făgaș” care constituie un indice al făgașului bazat pe diferența dintre adâncimea medie a două căi de rulare (de roată) și înalțimea maximă a profilului dintre aceste căi de rulare. Acest model este utilizat în special de către echipamentele care dispun numai de un număr limitat de senzori de măsurare (minimum trei senzori).
Conform acestui model, “coeficientul de făgaș” se calculează prin stabilirea punctului profilului de drum care este cel mai apropiat de bara cu senzori (adică punctul superior A) și respectiv a punctelor cele mai îndepărtate de această bară (adică punctele joase, B și C), pentru fiecare cale de rulare.
Pe aceasta bază, valoarea “coeficientul de făgaș” se calculează cu relația:
(B+C)/2 – A (1.8)
capitolul 2 . STADIUL ACTUAL AL ECHIPAMENTELOR DE EVALUARE A SUPRAFEȚEI CĂILOR RUTIERE
Urmărirea caracteristicilor suprafeței căilor rutiere, menționate în capitolele precedente, presupune existența unor dispozitive sau echipamente specifice, care să permită evaluarea lor din punct de vedere valoric. Dispozitivele, cu un grad de performanță mai redus, permit înregistrarea datelor prin măsurări statice punct cu punct, pe când echipamentele au posibilitatea înregistrării și chiar a prelucrării datelor din mers (măsurări dinamice). Acuratețea datelor înregistrate depinde de performanța dispozitivului sau a echipamentului de înregistrare. De obicei, echipamentele cu posibilitatea de măsurare "din mers" sunt montate pe autovehiculele speciale care permit măsurări într-un timp relativ scurt și pe distanțe mari cu productivitate ridicată. Necesitatea evaluării indicatorilor de stare tehnică a calității suprafeței de rulare, presupune aplicarea unor reglementari tehnice și normative în vigoare.
2.1 Echipamente pentru măsurarea profilului longitudinal al suprafeței căilor rutiere
Colectarea datelor referitoare la planeitatea suprafeței căilor rutiere în direcție longitudinală – profilul longitudinal al acesteia – necesită inspecția periodică a drumurilor. În ceea ce privește metodele de colectare a datelor s-au realizat în lume pași importanți privind îmbunătățirea tehnologiilor de lucru și a echipamentelor de măsurare a planeității drumurilor. Oricare echipament de măsurare a planeității longitudinale trebuie să asigure o perfectă corelare a acesteia cu lungimea de undă a planeității longitudinale.
Studiile privind confortul, siguranța circulației și acțiunea dinamică a încărcărilor la care vehiculele grele supun suprafețele de rulare cu defecțiuni de neuniformitate au pus în evidență necesitatea identificării denivelărilor a căror lungime de undă se situează în domeniul cuprins între 0,5 m și 50 m. Scara defectelor de planeitate este definită de către “Indicele Internațional al Defectelor de Uniformitate (Internațional Roughness Index – IRI)” care implică măsurarea profilului longitudinal al drumului pe urma unei roți a vehiculului de test sub forma unei serii de puncte de reper între care distanța de eșantionare este fixată la 250 mm. Unitățile de măsură recomandate pentru indicele IRI sunt: m/km ; mm/m.
Conform prescripțiilor Băncii Mondiale, valorile indicelui IRI variază între 0 m/km pentru drumurile fără defecte de planeitate și 12 m/km pentru drumurile cu o suprafață de rulare de foarte slabă calitate.
Echipamentele de măsurare a planeității suprafețelor de drum se încadrează în două mari clase: aparate de tip “reacție-răspuns” și aparate de tip “profilometru”.
Aparatele de tip “reacție-răspuns”
Acestea furnizează o “notă de planeitate” prin care se caracterizează comportamentul dinamic pe direcție verticală al unui vehicul sau al unei părți a unui vehicul care se deplasează pe artera rutieră supusă testului. Nota de planeitate este proporțională cu variațiile deplasărilor relative dintre masele suspendate (caroseria vehiculului) și masele nesuspendate (osie, roată) iar rezultatul măsurărilor reprezentat de suma deplasărilor pe verticală raportată la distanța parcursă (mm/km) constituie indicele “Bump Integrator – BI”.
Prin studii experimentale s-a stabilit o relație de corelare estimativă între cei doi indici de calitate IRI și BI:
[m/km] (2.1)
Într-o altă variantă constructivă, nota de planeitate este proporțională cu variațiile accelerațiilor maselor suspendate sau nesuspendate, iar din aceasta variație a accelerațiilor este dedus “indicele de comfort al deplasării”.
Dezavantajele aparatelor de tip “traductor” constau în:
nu permit reconstituirea profilului de drum,
răspunsul lor variază în funcție de natura, sarcina și uzura vehiculului pe care sunt montate,
au în general o sensibilitate de detectare a denivelărilor mai redusă decât cea a profilometrelor.
2. Aparatele de tip “profilometru”
Această categorie de aparate permite reconstituirea directă sau indirectă a profilului longitudinal al drumului testat. Avantajele profilometrelor constau în calitățile lor metrologice și în posibilitatea pe care o oferă de a calcula o mare varietate de indici, plecând de la același releveu al profilului. Se obișnuiește ca echipamentul de tip profilometru să fie montat pe vehiculul de test pe partea conducătorului auto, respectiv pe partea roților din stanga.
Prelevarea profilelor longitudinale de drum este condiționată în primul rând de asigurarea corelării secvențelor succesive de măsurare, respectiv de asigurarea unui nivel comun de referință pentru toate punctele de măsurare achiziționate în vederea reconstituirii profilului longitudinal real și calcularea pe baza acestuia a indicilor de calitate IRI și respectiv RN (Ride Number).
În funcție de modul în care se asigură referința inițială de măsurare la profilometrele care realizează prelevarea în regim dinamic a profilelor longitudinale de drum se disting mai multe categorii de echipamente:
1. Profilometre care utilizează un plan de referință inerțial și care măsoară variațiile în înălțime în raport cu acesta. Un asemenea profilometru conține în mod necesar un accelerometru al cărui semnal digital, procesat cu un program care realizează dubla sa integrare recurentă în timp, furnizează valorile deplasărilor absolute pe verticală ale vehiculului laborator. Aceste deplasări fiind determinate de neregularităților de drum și de sistemul elastic de suspensie și de amortizare. Abaterile succesive ale profilului longitudinal de drum se obțin prin scăderea din valorile deplasărilor absolute pe verticală furnizate de accelerometru a valorilor distanțelor relative pe aceeiași verticală dintre vehiculul laborator și suprafața drumului furnizate de un traductor de măsurare a distanțelor (senzor cu laser sau cu ultrasunete).
Un dezavantaj al acestor profilometre este că pe lângă deriva obișnuită în timp a semnalelor furnizate de accelerometre, există și o derivă generată de dubla integrare și care poate ajunge într-un timp relativ scurt să afecteze în mod considerabil precizia măsurărilor. Constructorii unor asemenea profilometre cu referință inerțială (ex: William J. Hughes Technical Center, Atlantic City, NJ, USA – FAA contract nr. DTFA03-93-C-0021) [18], au mai evidențiat și alte surse de erori ale acestora. De exemplu, faptul că axa de sensibilitate a accelerometrului este de regulă înclinată cu un anumit unghi, relativ redus, față de axa dorită de măsurare (care este perpendiculară pe suprafața carosabilului), iar o modificare a acestui unghi de înclinare apare ori de câte ori vehiculul laborator se înclină în tangaj, ca urmare a accelerărilor sau frânărilor inerente deplasării pe drumul testat. Urmare a acestor înclinări ale accelerometrului față de suprafața carosabilului, o componentă a accelerației longitudinale a vehiculului laborator se proiectează pe axa de sensibilitate a accelerometrului, provocând erori semnificative, ori de câte ori vehiculul accelerează sau frânează.
2. Profilometre care în locul unei referințe inerțiale utilizează un “sistem de memorie” la care valoarea măsurării “i” depinde de toate valorile măsurărilor anterioare “n”. La un asemenea sistem, cum este și cel descris în [19], oricare eroare în măsurătoarea n induce o eroare în măsurătoarea i și antrenează propagarea erorii astfel că înălțimea fiecărui punct de măsurare este o funcție de punctele măsurate anterior.
3. Profilometre care reconstituie forma unor segmente ale profilului de drum, prin calculul bazat pe utilizarea transformatei Fourier directe și inverse și aplicat asupra datelor furnizate de trei senzori (cu laser sau cu ultrasunete) care, fiind dispuși la distanțe egale între ei, efectuează măsurări simultane ale distanțelor, pe verticală dintre aceștia și suprafața drumului, în modul descris în [20]. Secvențele de măsurare se declanșează în momentul recepționării semnalului de comandă furnizat de un traductor de deplasare la parcurgerea de către vehiculul laborator a unei distanțe de eșantionare prestabilite. Metoda implică scăderea valorii duble a înălțimii măsurate de către senzorul din mijlocul liniei orizontale pe direcția de deplasare a vehicului pe care sunt dispuși cei trei senzori, din valoarea sumei înalțimilor măsurate de către senzorii de capăt. Se demonstrează, prin calcul, că rezultatul acestei scăderi este proporțional cu funcția analitică care reprezintă profilul și că acesta este independent de poziția orizontului artificial utilizat în metodele convenționale de calcul. Pentru a obține însă acest profil este necesar în continuare să se aplice transformata Fourier directă, valorii care reprezintă rezultatul operației de scădere, iar apoi după aplicarea unui coeficient de ponderare corespunzator componentelor reale și imaginare ale transformatei se ajunge la profilul căutat prin efectuarea transformatei Fourier inverse.
În ceea ce privește intervalul de eșantionare măsurat de traductorul de deplasare al vehiculului, tot conform referinței anterior menționate [20], acesta este fixat la o valoare mai mare atunci când se dorește să se preleveze planeitate suprafeței sau megastructura unui carosabil, sau la o valoare mai mică atunci cand se dorește să se măsoare microstructura sau macrostructura unei anumite lungimi de carosabil.
Tot prin calcul se arată că este nevoie ca distanța L dintre senzori să fie suficient de scurtă în comparație cu lungimile de undă a căror amplitudine se dorește a se evalua, avându-se în vedere faptul că nu este posibil să se determine amplitudinile undelor proprii curbei analitice a carosabilului ale căror lungimi constituie un submultiplu întreg al distanței L. Pe de altă parte, în aceeași referința [20] se semnalează faptul că coeficientul de ponderare al unei unde este mai redus pentru situațiile în care lungimea acesteia este mai mare decât dublul distanței L. În final, acest fapt are drept rezultat obținerea unei curbe analitice de profil care este distorsionată față de profilul real al drumului datorită comprimării inegale a undelor care compun respectivul profil.
Profilometrele se pot împărți în aparate care realizează un contact cu suprafața de rulare și aparate fără contact.
Aparatele cu contact (“Viagraph”, “Poligraph) utilizează câte o remorcă de măsurare atașată de vehiculul laborator și traductoare de deplasare care urmăresc să ridice direct profilul longitudinal al drumului testat. Un alt sistem este “Longitudinal Profile Analyzer – LPA” realizat de Laboratorul Central Francez de Drumuri și Poduri (cunoscut sub denumirea de L.C.P.C.) Fig.2.1.
Fig.2.1 Longitudinal Profile Analyzer – LPA
Sistemul LPA constă în esență dintr-o remorcă cu o singură roată (palpatoare) atașată în spatele vehiculului laborator printr-un dispozitiv de prindere cardanică. Cadrul de bază al remorcii LPA și suspensia elastică mențin unica roată palpatoare a remorcii în contact direct cu neregularitățile suprafeței de rulare, reducând în același timp oșcilațiile și jocurile induse acestei roți. Înălțimea neregularităților suprafeței sunt măsurate cu ajutorul unui traductor inductiv de deplasări liniare pentru care se asigură o bază de referință orizontală cu ajutorul unui pendul gravimetric. Sistemul de măsurare al remorcii LPA prezintă însă o anumită fragilitate în raport cu condițiile ambientale în care este utilizat (zdruncinături, jocuri), astfel că pentru a se asigura o fiabilitate corespunzătoare determinărilor efectuate, sistemul LPA necesită operații laborioase de verificare și de re-etalonare, operații care trebuie efectuate practic dupa fiecare ieșire în teren a echipamentului.
Un exemplu de aparat fără contact este sistemul RUGO (produs al laboratorului francezpentru drumuri și poduri) (Fig.2.2) pentru măsurarea profilelor longitudinale. Senzorul opto-electronic al sistemului măsoară prin triangulație distanța până la suprafața care este investigată. Acesta utilizează o rază laser pulsatorie în infraroșu emisă de o diodă laser perpendicular pe pavaj. Un fotodetector de înaltă rezoluție observă spotul luminos de pe pavaj la un unghi mediu de 300 și la o frecvență înaltă. Înălțimea medie a senzorului în raport cu pavajul este de aproximativ 250 mm. Sistemul măsoară neregularități de 0,5 – 50 mm pe orizontală și de 0,2 – 10 mm pe verticală, iar macro-structura se calculează pentru secțiuni de drum de câte 10 m lungime, având în vedere ca măsurarea se efectuează pe urma din dreapta sau din stanga a roții vehiculului-laborator.
Fig.2.2 Sistemul RUGO
În sinteză, echipamentele utilizate în mod curent pentru măsurarea planeității suprafețelor de rulare se grupează, după principiul lor constructiv în urmatoarele categorii :
1. Profilografe. Din această categorie fac parte echipamentele cu contact direct care utilizează roți multiple de sprijin-testare. Cele mai reprezentative sunt profilograful tip California și profilograful tip Rainhart. Diferența dintre aceste echipamente este aceea că profilograful Rainhart utilizează dousprezece roți aranjate în patru grupe de câte trei roți. Prin acest aranjament al roților se asigură o cale separată pentru fiecare roată, ceea ce permite să se efectueze măsurarea simultană pe dousprezece căi, în locul a numai trei căi, așa cum se întamplă la profilograful California.
2. Sisteme de măsurare a planeității suprafețelor de rulare de tipul “traductor” (Sistemele RTRRMS – Response-Type Road Roughness Measuring Systems). În această categorie de echipamente sunt incluse dispozitivele care măsoară accelerația osiei sau a corpului vehiculului. Reprezentativ pentru această categorie este echipamentul Mays Ride Meter [21]
Fig.2.3 Myas Ride Meter
3. Dispozitive de profilare a planeității suprafețelor de rulare. Aceste sisteme măsoară și înregistrează profilul longitudinal pe unul sau pe ambele urme de roată ale vehiculului. În această categorie de echipament se include dispozitivul de profilare South Dakota [22].
4. Dispozitive ușoare de profilare fără contact. Din această categorie fac parte echipamentele care sunt mult mai mici și mai ușoare decât profilometrele de nivel rețea și care prezintă avantajul de a putea fi folosite imediat după construcția (depunerea) unui asfalt hot-mix. Printre aceste echipamente se enumără: Lightweight Profiler T6400 construit de K.J. Law [23]; Liteweight Inertial Surface Analyser (LISA) [24] construit de Arnes Engineering și Lightweight Profiler construit de International Cybernetics Corporation [25].
5. Sisteme profilometrice laser portabile. Echipamentele din această categorie sunt de tipul Multi-Laser Profiler (MLP) constituite sub forma unui echipament montat pe un vehicul de test care colectează în mod automat date integrate privind condițiile drumului prin înregistrarea profilelor laser ale suprafeței de rulare la viteza permisă pe calea rutieră respectivă. Printre constructorii de sisteme MLP se menționează firmele Trigg Industries, Inc. și Pathway Services [26, 27].
2.2 Echipamente pentru măsurarea profilului transversal al suprafeței căilor rutiere
Metoda tradițională de măsurare a adâncimile șanțurilor, manuală, prin utilizarea unei rigle drepte și a unei pene de control, deși simplu de aplicat, furnizează rezultate neconcordante pentru măsurările efectuate la intervale mari de timp, iar în mod uzual, eșantionarea manuală a unei întregi rețele de drumuri nu este practicabilă.
Pentru măsurarea automată a profilelor transversale ale suprafeței căilor rutiere sunt utilizate în general patru tehnici.
Tehnica ultrasonică
Senzorii cu ultrasunete sunt senzorii cei mai ieftini și sunt utilizați în unele echipamente precum sunt ROMDAS și ARAN.
Astfel, echipamentul ROMDAS [28] realizat în Noua Zeelanda dispune de un “înregistrator al profilelor transversale” (Transverse Profile Logger – TPL) prevăzut cu senzori cu ultrasunete care împreună cu circuitele lor electronice sunt amplasați, în grupuri de câte cinci elemente în câte o unitate prevăzută cu o carcasă de ecranare față de condițiile ambientale, unitatea reprezentând un “grup al sistemului de măsurare cu ultrasunete” (Ultrasonic Measurement System Array – UMSA). Principala secțiune a echipamentului ROMDAS conține patru unități UMSA, în timp ce părțile laterale ale echipamentului mai conțin fiecare câte o unitate UMSA, astfel că se dispune de un total de 30 de senzori atunci când este utilizată atât secțiunea principală, cât și părțile laterale ale echipamentului. În acest montaj senzorii sunt dispuși în linie, la intervale de câte 100 mm unul față de celălat, astfel că lungimea profilului transversal de drum prelevată la o trecere a vehiculului laborator ajunge la 3,0 metri. Precizia cu care fiecare senzor cu ultrasunete măsoară distanța până la carosabil este evaluată la 1,0 mm.
Dezavantajul acestui sistem îl constituie declanșarea senzorilor în mod secvențial, câte un senzor al fiecarei unități UMSA în cadrul unei secvențe, pentru a elimina posibilitatea oricărei interferențe între semnalele acustice ale senzorilor adiacenți, astfel că declanșarea tuturor senzorilor din toate unitățile UMSA durează aproximativ 0,125 secunde. Drept rezultat declanșarea senzorilor se produce în condițiile în care vehiculul laborator parcurge, în mod obișnuit, o distanță de 1–2 metri. În aceste condiții profilul transversal rezultat nu are ca bază același punct în spațiu, ci este un profil compozit format pe baza celor cinci secvențe de declanșare succesivă a senzorilor ale căror semnale sunt apoi combinate pentru a se stabili profilul general al drumului testat.
Asemănător, echipamentul complex ARAN (Automated Road Analyser) [29] realizat de compania canadiană “Roadware” dispune și de componenta “Smart Rutbar” constituit într-un sistem de măsurare a adâncimii șanțurilor în puncte multiple (Multi-point rut measurement system) pentru a măsura cu precizie secțiunea transversală a unui drum. Ca și în cazul echipamentului ROMDAS, acești senzori sunt dispuși la distanțe tot de câte 100 mm unul față de celălalt, independent de lățimea selectată pentru profilul de drum măsurat. Sunt utilizați până la 37 de senzori pentru a acoperi lățimea unei benzi întregi de drum de 3,6 metri; 19 senzori sunt dispuși în bara principală și câte 9 senzori în fiecare dintre cele două aripi telescopice ale echipamentului. Precizia senzorilor individuali este de 1,0 mm, iar măsurările adâncimii șanțurilor se realizează cu o precizie generală de 1,5 mm.
O caracteristică comună a profilometrelor cu ultrasunete (“ROMDAS”, “ARAN”) este utilizarea “eșantionării progresive”, dat fiind faptul că semnalele senzorilor cu ultrasunete plasați la intervale mai mici 300-500 mm, unul față de celălalt, interferează cu semnalele sonore ale senzorilor adiacenți. Efectul eșantionării progresive este că profilul transversal utilizat în analize este un profil “compus” care este construit pe baza măsurărilor efectuate de senzorii individuali în secvențe succesive de timp. De asemenea, profilul obținut este influențat atât de viteza cu care sunt declanșați senzorii, cât și de viteza vehiculului laborator. În mod tipic, pentru profilul transversal, aceasta înseamnă distanțe de 3-5 metri la viteze de 70 km/ora și de până la 10 metri la viteze mai ridicate.
Tehnica laserelor de măsurare punctuală
Ca și senzorii cu ultrasunete, cu ajutorul fasciculului laser colimat se determină valoarea distanței până la punctul de pe carosabil care se află în fața sa, în momentul respectiv. Din cauza costului lor ridicat, numărul senzorilor laser de acest tip este mai redus decât cel întâlnit la profilometrele cu ultrasunete. Două exemple de astfel de profilometre sunt profilometrul “WDM” [30] care utilizează 16 senzori laseri și profilometrul “ARRB TR” [31] care utilizează 13 senzori laseri, ambele profilometre fiind realizate de companii din Noua Zeelanda. POZE Mult mai rapizi decât senzorii cu ultrasunete, senzorii laser permit ca înregistrarea profilelor transversale să se efectueze la intervale de eșantionare care pot să ajungă până la 10 mm în lungul drumului testat. Numărul relativ redus de senzori laser cu care sunt prevăzute aceste tipuri de profilometre nu asigură o rezoluție de măsurare suficientă pentru detectarea șanțurilor de dimensiuni mai reduse.
Tehnica optoelectronică
Cu ajutorul optoelectronicii se înregistrează imaginile digitizate ale profilelor transversale, profile care sunt utilizate apoi la estimarea adâncimii făgașelor. Imaginile pot fi obținute prin utilizarea tehnicilor fotografice combinate cu laseri. Un astfel de exemplu este Sistemul cu Laseri pentru Măsurarea Făgașelor – LRMS (Laser Rut Measurement System) realizat de Institutul Național de Optoelectronică (INO) din Canada [32]. LRMS este alcătuit din două profilometre care conțin câte o sursă laser modulată ce asigură operarea sistemului, independent de gradul de iluminare ambientală și care proiectează câte o linie luminoasă transversală pe suprafața carosabilului. Fiecare scaner conține câte o cameră video specială cu defocalizare optică cu ajutorul căreia se asigură posibilitatea efectuării măsurărilor în 3D ale deformațiilor de drum preluate de linia laser. Cele două scanere laser asigură împreună o lățime de eșantionare a profilelor transversale de 4 metri, la o frecvența de eșantionare de 25 profile/secundă. În aceste condiții rezoluția transversală a măsurărilor asigurată de sistem este de 1280 puncte/profil, iar precizia de măsurare a adâncimii șanțurilor este de 1 mm.
Tot Institutul Național de Optoelectronică (INO) din Canada a realizat și un sistem de imagine cu laseri a drumurilor – LRIS (Laser Road Imaging System) [33] care utilizează două surse laser și două camere video cu scanare în linie (tip “Line Scan”) cu rezoluție și frecvență de eșantionare înalte pentru achiziționarea imaginilor profilelor transversale de drum. Particularitatea sistemului constă în faptul că fiecare sursă laser proiectează câte un fascicul în planul transversal în direcție înclinată, astfel că aceasta iluminează partea opusă a jumătății de drum deasupra căreia este situată. Câmpul de vedere al fiecărei camere video este orientat pe verticală spre carosabil, iar respectiva cameră este dispusă în același plan cu câte una dintre sursele laser și în așa fel încât să preia zona de carosabil iluminată de cealaltă sursa laser. Prin această dispunere încrucișată a elementelor sistemului se urmărește punerea în evidență și a celor mai mici defecțiuni ale carosabilului, prin umbrele acestor defecțiuni obținute prin înclinarea față de verticală a surselor laser. Caracteristicile componentelor sistemului LRIS asigură acestuia o rezoluție de 4096 pixeli/linie și o frecvență de eșantionare de 28.000 linii /secundă.
O altă companie canadiană, G.I.E. Technologies, a realizat sistemul cu laseri “Laser Vision System” [34] pentru prelevarea profilelor transversale de drum, sistem care utilizează camere video cu defocalizare realizate conform tehnologiei BIRIS de vizualizare în 3D. Tehnologia BIRIS aplicată de aceeași companie și la sistemul său LaserVISION asigură pentru determinările efectuate, un anumit grad de independență față de mișcările proprii perturbatoare ale vehiculului laborator. Pe această bază, “Laser Vision System” este capabil să măsoare abaterile a 1024 puncte de-a lungul unei lățimi complete (12 ft ‚ 3.65 m) a unei benzi de circulație, fără a fi nevoie ca în acest scop să se mărească lațimea vehiculului laborator. Totodată, datorită faptului că achiziția datelor se realizează la frecvențe de până la 60 Hz, sistemul este capabil să măsoare profilele transversale la intervale pe direcția longitudinală a drumului de maxim 0,5 metri la viteze de deplasare de până la 100 km/oră.
Tehnologia scanării cu laseri
Dezvoltarea acestei tehnologii s-a făcut din nevoia de a îmbunătăți în mod substanțial rezoluția imaginilor achiziționate pentru profilele de drum cât și de a reduce numărul camerelor video de mare rezoluție și viteza de declanșare, cu preț de cost ridicat. Un exemplu tipic de asemenea echipament este descris în [35]. Aparatul conform acestei invenții utilizează o oglindă rotativă poligonală pentru a proiecta un fascicul laser mobil pe o direcție transversală a drumului testat. Pentru prelevarea secțiunilor transversale marcate cu fasciculul laser mobil se utilizează două camere video montate fix în partea frontală a vehiculului purtător și orientate într-o direcție înclinată cu un unghi de până la 600 față de planul vertical al fasciculul laser. Cele două camere video, de tip “Area Scan”, sunt dispuse în linie în așa fel încât să cuprindă în câmpul lor de vedere întreaga lățime a drumului. Și la aceste sisteme se impun condiții deosebite pentru performanțele funcționale ale acestor camere video, atât în ceea ce privește frecvența de achiziție a imaginilor, cât și în special, rezoluția cadrelor video necesară unei definiri corespunzătoare a profilelor de drum.
Problema referitoare la rezoluția camerei video este rezolvată de către invenția descrisă în [36], prin aceea că spotul fasciculului laser proiectat pe suprafața drumului este detectat de către un senzor CCD uni-dimensional cu un număr mare de senzori fotoelectrici dispuși pe o singură linie situată astfel încât să preia imaginea înălțimei într-un punct al profilului de drum. Atât senzorul CCD, cât și sursa fasciculului laser sunt montate împreună pe un cărucior mobil cu role care este deplasat, cu ajutorul unui servomotor, pe un ansamblu de șine, pe o direcție transversală față de drum, astfel încât odată cu deplasarea căruciorului mobil sunt măsurate, punct cu punct, abaterile profilului transversal, în condițiile în care vehiculul purtător stă pe loc. După deplasarea vehiculului pe distanța de eșantionare propusă pentru profilele transversale, se redeclanșează succesiunea de măsurare punct cu punct a înălțimilor, prin deplasarea căruciorului mobil purtător al blocului de măsurare. Funcționarea în modul prezentat nu conferă însă acestui echipament o productivitate satisfăcătoare pentru operarea pe drumurile publice.
În [37] este descris un aparat pentru prelevarea secțiunilor transversale de drum caracterizat prin aceea că întreg ansamblu al senzorului de măsurare al distanțelor până la suprafața carosabilului testat este antrenat într-o mișcare oscilatorie, într-un plan vertical perpendicular pe direcția de deplasare a vehiculului purtător cu ajutorul unui dispozitiv de rotire cu servomotor. Principalele componente ale ansamblului senzorului de măsurare sunt constituite dintr-o sursă laser în impulsuri, un receptor al acestor impulsuri și un contor de timp. Datorită maselor inerțiale implicate, rotirea oscilatorie a acestui ansamblu cu unghiul necesar pentru a se realiza scanarea întregii secțiuni transversale de drum, nu poate fi realizată în mod normal cu o frecvență suficient de ridicată încât să se asigure o densitate corespunzătoare pentru liniile transversale de scanare, în condițiile în care vehiculul purtător se deplasează cu viteza permisă pe artera rutieră testată.
Un alt echipament, numit “Ladar” a fost realizat de către compania Phoenix Science și are la bază tehnologia radarului laser de măsurare a fazei [38]. Acesta a fost încorporat în Scanerul pentru Profilul Carosabilului (PPS – Pavement Profile Scaner) [39] realizat de compania Mandli Communications, Inc. în cadrul Proiectului HR-1081 sponsorizat de Federal Highway Administration, the Iowa Department of Transportation [40].
Concepția pe care se bazează funcționarea echipamentului “Ladar” constă în reflecția unui fascicul laser modulat de o oglindă poligonală rotitoare. Fasciculul laser ajunge pe suprafața carosabilului, iar apoi este reflectat înapoi către o altă față reflectantă a oglinzii poligonale rotitoare; întrucât în raport cu fasciculul modulat incident, fasciculul reflectat are o întârziere de timp, și faza acestui din urmă fascicul prezintă o întârziere de tip “Doppler”. În aceste condiții, de pe oglinda rotitoare fasciculul reflectat este orientat către un dispozitiv detector care măsoară, atât deplasarea de fază, cât și intensitatea semnalului recepționat din punctele prelevate de-a lungul liniei de scanare. Cu această configurație echipamentul “Ladar” este conceput să eșantioneze un profil transversal cu o lungime de 3,5 metri cu un singur laser de scanare montat la o înălțime de 2,3 metri deasupra carosabilului. Sunt eșantionate 950 de puncte de-a lungul profilului transversal la intervale de câte 25 mm în lungul drumului, în condițiile în care oglinda poligonală se rotește cu aproximativ 167 rotații pe secundă.
Funcționarea în bune condiții a echipamentului “Ladar” reclamă însă realizarea unui grad ridicat de sincronizare între faza fascicului laser modulat și faza de rotație a oglinzii poligonale, sincronizare prin care să se asigure că fasciculul laser modulat emis de sursă, după reflexii pe două fețe succesive ale oglinzii poligonale și, între acestea, pe un punct al carosabilului, ajunge în obiectivul dispozitivului detector.
Un alt principiu de scanare brevetat este prezentat în lucrarea “NRC 3D Technology for Museum and Heritage Applications” [41]. Scanarea se realizează cu spot auto-sincronizat, utilizabil în prelevarea unor profile, atât ale unor obiecte, cum sunt cele de artă, cât și ale unor suprafețe de drum. În conformitate cu acest principiu, alcătuirea dispozitivelor respective de prelevare diferă de cea uzuală a trianghiulației spotului laser prezentată de alte sisteme utilizate în acest domeniu, prin aceea că direcțiile în care sunt proiectate, atât fasciculele laser, cât și axa optică a sistemului de detecție, sunt rotite în mod sincron, cu ajutorul unei oglinzi plane cu două fețe reflectizante. Dispozitivul conform invenției, realizează prin reflexiile asigurate de una dintre fețele oglinzii oscilante, proiectarea unui fascicul emis de o sursă laser către subiectul scanării, carosabil sau obiect. Cealaltă față a oglinzii plane realizează direcționarea imaginii unui punct al obiectului scanat iluminat cu fasciculul laser asupra unei camere video cu senzor CCD de tip “area scan”. Pe baza coordonatelor pixelului din compunerea senzorului CCD iluminat de fascicul laser reflectat se obțin, prin aplicarea relațiilor de calcul proprii metodei trianghiulație, coordonatele în 3D ale punctului corespunzator țintei scanate, în accepțiunea că cea de a treia dimensiune corespunde deplasării vehiculului purtător al echipamentului de măsurare pe drumul testat. În conformitate cu acest procedeu, câmpul instantaneu de vedere al detectorului de poziție se auto-centrează și se poate limita numai asupra zonei scanate în momentul respectiv de fasciculul laser. În acest fel, la stabilirea distanței focale a obiectivului camerei video se are în vedere numai înălțimea pe verticală a neregularităților în cazul profilului transversal de drum, nu și lungimea acestui profil.
Acest sistem autosincronizat cu multiple căi optice corelate între ele implică o precizie ridicată de realizare a sistemului mai ales pentru situațiile în care sunt necesare câmpuri de vedere largi corespunzătoare profilelor transversale ale carosabilului. Totodată, masele inerțiale ale oglinzii și ale dispozitivului său de antrenare, fac dificilă obținerea frecvenței necesare pentru realizarea unei densități corespunzătoare pentru secțiunile transversale scanate de drum, în condițiile în care vehiculul laborator se deplasează cu viteze normale pe drumul respectiv.
Clasificarea echipamentelor de măsurare a profilului transversal al suprafeței căilor rutiere
Aceste echipamente se încadrează în trei mari clase: aparate de tip "reacție-răspuns", aparate de tip "profilometru" și aparate de tip “multifuncțional”.
A. Aparate de tip "reacție-răspuns"
Aceste aparate furnizează o "notă de planeitate" reprezentativă a comportamentului dinamic vertical al unui vehicul sau a unei părți a unui vehicul care se deplasează pe șosea. Nota de planeitate este proporțională cu variațiile deplasărilor relative ale maselor suspendate (osie, roată sau remorca unui vehicul) și masele nesuspendate, respectiv cu variațiile accelerațiilor maselor suspendate sau maselor nesuspendate.
Avantajele acestui tip de aparate sunt: răspândire relativ mare, puțin costisitoare, utilizare simplă și economică.
Dezavantajele lor sunt: furnizează doar un singur număr (indice de planeitate), nu permite reconstituirea profilului, răspunsul lor variază cu natura, sarcina și uzura vehiculului pe care sunt montate și necesită etalonare.
Indici determinați cu aparate de tip "reacție-răspuns"
Fiecare aparat determină direct un singur indice de cuantificare a planeității în profil longitudinal care depinde de principiul fizic de măsurare, de concepția aparatului, viteza de măsurare, uzura suspensiilor și pentru aparatele montate pe vehicule (Mays Meter, NAASRAmeter, etc.) de încărcarea vehiculelor.
Acest indice de cuantificare a planeității este proporțional cu deplasările cumulate ale axei roții în raport cu sașiul unei remorci (Bump Integrator Trailer) [42] sau a axei osiei din spate în raport cu vehiculul sau remorcile cu două roți și este exprimat prin contorizarea/km, mm/km.
În Tab.2.1 este prezentat modul de calcul al indicelui de planeitate rezultat în urma măsurărilor cu Bump Integrator (BI).
Tab. 2.1 Calculul indicelui de planeitate conform măsurărilor
cu Bump Integrator (BI)
Media pe Km = {[(8 + 6 + 8)/3] x (1000/395)} = 18
În Anexa nr.2 sunt prezentate principalele aparate de tip “reacție-răspuns”.
B. Aparate tip "profilometru"
Aceste aparate permit reconstituirea directă sau indirectă a profilului în lung sau transversal al drumului (cel mai adesea prezintă abaterile profilului, dar anumite aparate mai vechi prezintă profilul pantelor).
Aparatele de tip profilometru se diferențiază prin caracterul lor static sau dinamic, principiile de măsurare, natura referinței și conținutul spectral al profilului măsurat.
Avantajele profilometrelor rezidă din calitățile lor metrologice și din posibilitatea pe care ele le oferă de a calcula o mare varietate de indici, plecând de la același releveu al profilului.
Dezavantajele: complexitate tehnologică și cost ridicat.
Până în anii ’80 s-au utilizat în principal aparate de tip “reacție-răspuns”, în prezent fiind utilizate aparate de tip "profilometru", dinamice.
În Anexa nr.3 sunt prezentate principalele aparate de tip “profilometru”.
C. Aparate de tip "multifuncțional"
În anii ’70 în Suedia a fost conceput aparatul "SMB" [43] care a reprezentat începutul erei aparatelor multifuncționale. Ele permit în cursul unei măsurări, determinarea mai multor parametri, de exemplu: profil longitudinal și transversal, degradări și releveul traseului.
În Anexa nr.4 sunt prezentate principalele aparate de tip “multifuncțional”
Indici calculați pe baza releveelor profilometrice
Acești indici au fost studiați în câteva țări ca Belgia, Suedia, S.U.A., Franța și utilizarea lor a devenit operațională începând cu anul 1980.
Cei mai utilizați indici pentru planeitatea suprafețelor de rulare în plan longitudinal sunt prezentați în Anexa nr.5
CAPITOLUL 3. METODE ȘI SISTEME OPTOELECTRONICE CU LASER PROPUSE
PENTRU EVALUAREA PROFILELOR SUPRAFEȚEI CĂILOR RUTIERE
!!!!!!!! + referinte la alte lucrari
3.1. Metodă și echipament pentru evaluarea profilului longitudinal al suprafeței căilor rutiere
3.1.1 Metodă și echipament
Dezvoltarea metodei și echipamentului pentru testarea în regim dinamic a profilului longitudinal al căilor rutiere a avut în vedere eliminarea necesității utilizării unui nivel de referință inerțial sau unei ipoteze inițiale cu privire la forma profilului testat [7]. Evaluarea profilului se face integral, nu pe segmente, fără ca rezultatele măsurărilor să fie afectate de oscilațiile constituite de deplasările proprii pe verticală ale vehiculului laborator.
Implementarea metodei propuse presupune:
realizarea unui ansamblu de doi senzori de măsurare fără contact a înălțimii lor curente față de suprafața carosabilului montat pe partea laterală a unui vehicul laborator care se deplasează pe carosabilul testat; senzorii sunt plasați în linie orizontală în direcția deplasării, la o distanță fixă unul față de celalalt, egală cu distanța de eșantionare impusă de normele de evaluare a profilelor longitudinale de drum;
declanșarea unei secvențe pentru măsuratorile efectuate simultan de cei doi senzori de fiecare dată când vehiculul parcurge o distanță egală cu cea care există între senzori la comanda unui traductor care măsoară deplasarea vehiculului;
obținerea pentru fiecare secvență a valorii înălțimei profilului longitudinal de drum pornind de la valoare înălțimei determinată pentru același profil în cadrul secvenței anterioare de măsurare, prin scăderea din valoarea înălțimii furnizate de senzorul anterior pe direcția de deplasare, a valorii înălțimii furnizate de senzorul posterior;
obținerea valorile înălțimilor profilului de drum determinate în raport cu valoarea înălțimei obținută la startul măsurărilor prin însumarea tuturor valorilor înălțimilor obținute în fiecare secvență începând din prima secvență de start a măsurărilor;
calcularea indicelui IRI pe baza valorilor înălțimilor obținute;
obținerea deplasării proprii pe direcție verticală a vehiculului laborator în cadrul secvenței curente prin scăderea din valoarea înălțimii furnizate de senzorul anterior în secvența de măsurare precedentă celei curente, a valorii înălțimii furnizate de senzorul posterior în cadrul secvenței curente;
obținerea valorii parametrului care reprezintă deplasarea curentă pe verticală a vehiculului laborator în raport cu nivelul inițial de referință al măsurărilor prin însumarea deplasarilor secvențiale, parametru considerat drept “răspuns” al vehiculului la denivelările drumului testat.
Echipamentul prin care se realizează implementarea metodei este prezentat în Fig.3.1
Fig.3.1 Schema de montaj pe vehiculul laborator a scanerului laser pentru
evaluarea profilelor longitudinale ale suprafeței căilor rutiere
În Fig.3.1 s-au folosit următoarele notații:
VL – Vehiculul Laborator;
S – Blocul senzorilor de măsurare a înalțimii lor de montaj deasupra carosabilului;
SL I, SL II – Surse Laser;
FL I, FL II – Fascicule Laser plane evazate în direcția transversală a carosabilului;
PL – Profilul Longitudinal al drumului supus testului;
A – Distanța dintre fasciculele laser pe direcția profilului longitudinal.
Echipamentul este proiectat pentru a fi atașat unui vehicul laborator și este constituit din:
– un bloc de măsurare în cadrul căruia intră doi senzori montați în linie, pe direcția de deplasare a vehiculului laborator, la o distanță egală cu valoarea distanței de eșantionare impusă de normele de calcul ai indicilor internaționali de apreciere a uniformității drumurilor; blocul de senzori este fixat în poziție orizontală pe una din părțile laterale ale vehiculului laborator, cât mai aproape de axa transversală care trece prin centrul de greutate al vehiculului laborator;
– un traductor de măsurare a distanței parcurse de vehiculul laborator care furnizează senzorilor de înalțime, la intervale de eșantionare prestabilite impuse de normele de calcul ai indicilor internaționali, semnale de comandă pentru declanșarea fiecărei secvențe de măsurare în momentul parcurgerii de către vehicul a unei distanțe egale cu valoarea distanței de eșantionare; astfel fiecare secvență de măsurare este declanșată în momentul în care, cu precizia asigurată de traductorul de măsurare a deplasării, cel de al doilea senzor pe direcția de deplasare ajunge să fie plasat în poziția care era ocupată de primul senzor în secvența precedentă de măsurare;
– un sistem de calcul pentru realizarea achiziției, memorării și procesării datelor de măsurare, sistem ce se poate monta în vehiculul laborator.
3.1.2 Variante constructive
Metoda are în vedere utilizarea senzorilor de măsurare de tip scaner cu laser și se bazează pe principiul triangulației. Astfel, blocul de măsurare este alcătuit din două surse laser cu emisie continuă, dispuse în linie, pe direcția de înaintare a vehiculului, distanțate una față de cealaltă cu distanța de eșantionare (conform normelor de calcul al indicilor internaționali de estimare a neregularităților de drum) și o cameră video digitală cu senzori fotoelectrici în linie care asigură o viteză mare de scanare. În această alcătuire, blocul de măsurare poate fi realizat în două variante constructive:
Scaner cu două surse laser cu emisie continuă și o camera video plasată în linie cu sursele laser înainte sau după acestea.
Caracteristica constructivă a acestui scaner este faptul că axa de vedere a camerei video este înclinată în plan vertical în raport cu fasciculele laser care sunt perpendiculare pe suprafața carosabilului. Scanerul asigură o rezoluție superioară de măsurare astfel încât poate fi utilizat atât în aplicațiile de măsurare a denivelărilor de drum cât și în aplicațiile de măsurare a deplasarilor proprii pe verticală ale vehiculului laborator. Întrucât cele doua imagini de reflexie ale celor două surse laser se pot forma în oricare zonă a liniei de pixeli ai camerei video, este necesar ca, pentru detectarea separată a acestor imagini, cele două surse laser să emită pe lungimi de undă diferite. De asemenea trebuie avut în vedere faptul că datorită înclinării față de verticala axei de vedere a camerei video este posibil ca neregularitățile de drum a căror pantă o depașeste pe cea a axei camerei video să fie obturate în câmpul de vedere al acesteia.
Fig.3.2 Scanerul pentru profilul longitudinal de drum cu două surse laser și cu axa camerei video inclinată față de fasciculul laser. Schema optică generală.
Notațiile folosite în cadrul Fig.3.2 sunt:
SL I, SL II – Sursa laser I, respectiv Sursa Laser II;
FL I, FL II – Fasciculul Laser plan I, respectiv II, evazat pe direcția transversală a drumului;
LSV , LIV – Limita superioară, respectiv inferioară a câmpului de vedere al camerei video;
MI, MII – Nivelul de Origine al Domeniului de Măsurare situat la nivelul intersecției dintre limita superioară LSV a câmpului de vedere și fasciculul laser FL I, respectiv fasciculul laser FL II;
NI, NII – Nivelul Maxim al Domeniului de Măsurare situat la nivelul intersecției dintre limita inferioară LIV a câmpului de vedere și fasciculul laser FL I, respectiv fasciculul laser FL II.
A – Distanța de montaj dintre axele celor două surse laser, SL I și respectiv SL II: Pentru determinarea indexului IRI, trebuie adoptată valoarea A = 250 mm;
– Denivelare de valoare constantă dintre nivelele de origine MI și respectiv MII ale domeniilor de măsurare.
CI , CII – Lungimea axei centrale a câmpului de vedere cuprinsă între obiectivul L al camerei video și fasciculul laser FL I, respectiv fasciculul laser FL II;
DI , DII – Distanța dintre obiectivul L al camerei video și fasciculul laser FL I, respectiv fasciculul laser FL II;
– Unghiul de înclinare al axei centrale a câmpului de vedere în raport cu fasciculele laser paralele, FL I și respectiv FL II.
[mm] – Ordonața curentă a profilului longitudinal de drum măsurată în punctul marcat de sursa laser SL I, în raport cu nivelul de origine MI;
[mm] – Ordonața curentă a profilului longitudinal de drum măsurată în punctul marcat de sursa laser SL I, în raport cu nivelul de origine MII al sursei laser SL II;
[mm] – Ordonața curentă a profilului longitudinal de drum măsurată în punctul marcat de sursa laser SL II, în raport cu nivelul de origine MII ;
[pixeli], [pixeli] – Ordonața curentă i, măsurată în pixeli în raport cu capătul O al senzorului fotoelectric, a pixelului care recepționează semnalul sursei laser SL I, respectiv al sursei laser SL II;
[mm], [mm] – Ordonața curentă i, calculată în [mm] raport cu capatul O al senzorului fotoelectric, a pixelului care recepționează semnalul sursei laser SL I, respectiv al sursei laser SL II.
Între parametrii A și există relația de calcul:
(3.1)
Pentru ordonatele curente ale pixelilor care recepționează semnalele laser este valabilă relația de transformare:
; (3.2)
Relațiile de calcul ale ordonatelor neregularităților de drum sunt:
Pentru sursa laser SL I:
(3.3)
unde:
(3.4)
și
(3.5)
Pentru transformarea ordonatei, măsurată în raport cu nivelul de origine MI, în ordonata măsurată în raport cu nivelul de origine MII al sursei laser SL II, este necesar să se introducă următoarea relația de aliniere:
(3.6)
Pentru sursa laser SL II:
(3.7)
unde:
(3.8)
(3.9)
și
(3.10)
După cum rezultă din relațiile de calcul stabilite, semnalele provenite de la cele două surse laser se pot plasa în oricare zonă a senzorului fotoelectric, astfel ca scanerul laser cu axa camerei video înclinată față de fasciculele laser, necesită ca cele două surse laser să emită pe lungimi de undă diferite pentru a fi posibilă detectarea separată a semnalelor lor.
Scaner cu două surse laser cu emisie continuă și cu o camera video plasată în linie cu sursele laser și exact la mijlocul distanței dintre aceste surse [44].
Caracteristica constructivă a acestui scaner, Fig.3.3, este paralelismul axei de vedere a camerei video cu axele celor două fasciculele laser care sunt perpendiculare pe suprafața carosabilului. Această construcție asigură o rezoluție de măsurare care îl face utilizabil în special în aplicațiile de măsurare a denivelarilor de drum. La acest scaner cele două imagini de reflexie ale celor două surse laser se formează fiecare în câte o jumatate a liniei de pixeli ai camerei video, astfel că detectarea separată a acestor imagini se realizează în mod direct, chiar dacă cele două surse laser emit pe aceeași lungime de undă. De asemenea nu există situații în care neregularitățile de drum să fie obturate în câmpul de vedere al camerei.
Fig.3.3 Scaner pentru profilul longitudinal de drum cu două surse laser și cu axa camerei video paralelă cu fasciculele laser – schema constructivă
În cadrul Fig.3.3 s-au folosit următoarele notații pentru elementele și dimensiunile constructive ale scanerului:
CV – Camera video cu senzor CCD liniar (Line Scan) și cu sincronizare externă prin comanda furnizată de traductorul de deplasare al vehiculului purtator;
SL I, SL II – Sursa Laser I, respectiv Sursa Laser II;
FL I, FL II – Fascicul Laser plan I, respectiv II, evazat pe direcția transversală a drumului;
LCV 1, LCV2 – Limita anterioară, respectiv posterioară, a câmpului de vedere al camerei video;
D I, D II – distanțele de montaj egale dintre axa Sursei Laser I, respectiv axa Sursei Laser II, și axa Camerei Video;
C – Distanța de gardă a scanerului față de drum;
NOM – Nivelul de Origine al Domeniului de Măsurare;
NMM – Nivelul Maxim al Domeniului de Măsurare.
Pentru determinarea indicelui internațional de neuniformitate IRI (International Roughness Index) este necesar ca pentru distanțele dintre axele surselor, laser SL 1 și SL 2, și axa camerei video CV să se adopte: D I = DII = D = 125 mm.
Pe baza schemei optice generale a scanerului prezentată în Fig.3.4 și schema detaliată a senzorului CCD de tip linie împreună cu sistemele coordonatelor de măsurare atașate acestui senzor prezentată în Fig.3.5 se stabilesc relațiile de calcul ale acestuia.
Fig.3.4 Scaner cu două surse laser și cu axa camerei video paralelă cu fasciculele laser – schema optică generală
În cadrul acestei figuri s-a mai introdus în plus față de figura precedentă și notația:
L – obiectivul camerei video.
Fig.3.5 Scaner cu axa camerei video paralelă cu fasciculele laser – schema de detaliu a senzorului CCD al camerei video cu pixeli în linie
Notațiile utilizate în cadrul Fig.3.5 sunt:
– jumatatea senzorului fotoelectric în care se plasează semnalele sursei laser SL I ;
– jumatatea senzorului fotoelectric în care se plasează semnalele sursei laser SL II .
Rămân în continuare cu aceeași semnificație unele dintre notațiile utilizate pentru definirea sistemului optic al camerei video, după cum urmează:
b – lungimea sensorului fotoelectric digital de tip linie [mm] ;
n – numarul total de pixeli al senzorului fotoelectric digital de tip linie ;
f – Distanța focală a obiectivului L [mm].
[pixeli], [mm] – Ordonata curentă i a pixelului care recepționează semnalul sursei laser SL I, ordonata măsurată în raport cu capătul al senzorului fotoelectric, în [pixeli] și respectiv în [mm].
Între valorile acestor ordonate este aplicabilă și în acest caz relația de transformare a unităților de măsură:
(3.11)
În continuare: [pixeli], [pixeli] – Ordonata curentă i a pixelului care recepționează semnalul sursei laser SL II, ordonata masurată în [pixeli] în raport cu capătul , respectiv în raport cu capătul al senzorului fotoelectric.
Între aceste valori ale ordonatelor menționate anterior este valabilă următoarea relație de schimbare a bazei lor de măsurare:
(3.12)
De asemenea:
[mm] – ordonata curentă i a pixelului care recepționează semnalul sursei laser SL II, măsurată în [mm] în raport cu capătul al senzorului fotoelectric, ordonată care poate fi calculată cu ajutorul urmatoarei relații de transformare:
(3.13)
Așa după cum se prezintă în Fig.3.5, în cadrul unei secvențe i de măsurare, notațiile și definesc ordonatele profilului longitudinal de drum, măsurate în raport cu NOM – Nivelul de Origine al Domeniului de Măsurare curent i, în punctele marcate de către sursele Laser SL 1 și respectiv SL 2.
Calculul ordonatelor și ale unor puncte ale profilului longitudinal de drum pe baza ordonatelor, și respectiv , ale imaginilor acestor puncte pe senzorul traductorului fotoelectric se utilizează relațiile, pe baza mărimilor definite în relațiile anterioare, se face folosind următoarele relații:
(3.14)
si
(3.15)
ținând cont de:
(3.16)
Din relațiile (3.14) și (3.15) se obțin și relațiile inverse și anume acelea cu care se realizează calculul ordonatei a punctului imagine pe senzorul fotoelectric liniar în funcție de ordonata a punctului corespunzător din profilul longitudinal al drumului:
(3.17)
(3.18)
În acest fel, adoptând o valoare maximă a domeniului de măsurare corespunzatoare profilului de drum testat se poate calcula valoarea maximă a ordonatei a imaginii respective de pe senzorul fotoelectric CCD , cu relația :
(3.19)
Pe această bază se poate stabili și relația de calcul a rezoluției curente de măsurare sub forma:
(3.20)
Întrucât semnalele provenite de la cele două surse laser se plasează în segmente diferite ale senzorului fotoelectric, cum rezultă și din relațiile de calcul (3.14) și (3.15), aceasta variantă constructivă a scanerului (cu axa optică a camerei video paralelă cu fasciculele laser) nu necesită lungimi de undă diferite pentru cele două surse. În plus, dat fiind orientarea pe direcție verticală a camerei video, marcajele laser nu sunt obturate în nici o situație în câmpul de vedere al camerei, indiferent de pantele ridicăturilor de teren.
Indiferent de tipul scanerului cu surse laser, prelucrarea datelor achiziționate începe cu extragerea ordonatei curente care corespunde pixelului care a recepționat imaginea sursei laser reflectată de suprafața căii rutiere din fiecare imagine recepționată de camera video prin intermediul unui program software pentru detectarea pixelului de maximă luminozitate de pe respectiva linie, program care ține seama și de lungimea de undă a sursei laser utilizate.
3.1.3 Regimul dinamic al măsurărilor
Relațiile de calcul prezentate în subcapitolul precedent, pentru cele două variante constructive ale scanerului cu două surse laser, au fost stabilite în condițiile corespunzătoare regimului static, în care vehiculul laborator stă pe loc. Pentru regimul dinamic normal de funcționare al vehiculului laborator, atunci când acesta se deplasează cu viteza legală admisă pe artera rutieră testată, apar modificări care afectează rezultatele determinărilor și implicit sunt necesare câteva relații de calcul suplimentare care țin cont de aceste modificări.
Principalul factor de influență este faptul că vehiculul laborator, în cursul deplasării sale pe artera rutieră testată, efectuează și o serie de deplasări pe verticala locului, deplasări induse de neregularitățile de drum și amplificate/atenuate, de sistemul de suspensie elastică (arcuri și amortizoare) al vehiculului. Frecvența acestor oscilații ale vehiculului este determinată de frecvența proprie (1 – 2 Hz) a sistemului său elastic de suspensie.
Scanerul cu axa camerei video înclinată față de fasciculele laser
Deplasările proprii pe verticală ale vehiculului laborator induc modificări ale poziției domeniilor de măsurare MINI și respectiv MIINII în raport cu nivelul de referință NR1 al primei secvențe de măsurare. Acestea sunt prezentate în Fig.3.6 și Fig.3.7.
Caracterizarea regimului dinamic se face prin introducerea unui grup suplimentar de mărimi ale căror notații, alături de notațiile utilizate în subcapitolul precedent, au fost folosite în Fig.3.6 și Fig.3.7, astfel:
S 1, S 2, S 3, S 4 – Secvențele succesive de măsurare ;
NR1, NR2, NR 3, NR4 – Nivelele de referință al măsurărilor corespunzătoare fiecărei secvențe;
NGR – Nivelul General de Referință la care sunt raportate ordonatele ale profilului;
– Ordonatele raportate la nivelul NGR și care sunt utilizate pentru calculul indicilor de estimare a neregularității drumului testat;
NIR – Nivelul Inițial de Referință la care sunt raportate deplasările pe verticală ale vehiculului laborator ;
– Deplasările pe verticală ale vehiculului laborator corespunzătoare secvențelor succesive de măsurare ;
– Deplasarea curentă pe verticală a vehiculului laborator în raport cu nivelul inițial de referință NR1 al măsurărilor.
Fig.3.6 Scaner cu axa camerei video înclinată față de fasciculele laser – schema pentru calculul ordonatelor profilului de drum, în condițiile regimului dinamic
Fig.3.7 Scaner cu axa camerei video înclinată față de fasciculele laser – schema pentru calculul deplasărilor proprii pe verticală ale vehiculului laborator, în condițiile regimului dinamic
Scanerul cu axa camerei video paralelă cu fasciculele laser
Modificarea poziției domeniilor de măsurare ale scanerului, respectiv modificările în raport cu nivelul de referință al primei secvențe de măsurare, datorate deplasărilor proprii pe verticală ale vehiculului laborator sunt prezentate în Fig.3.8 și Fig.3.9.
Notațiile folosite în aceste diagrame sunt identice cu cele folosite în diagramele din Fig.3.6 și Fig.3.7 care prezintă aceleași modificări ale domeniilor de măsurare pentru cazul scanerului cu axa camerei video înclinată.
Fig.3.8 Scaner cu axa camerei video paralela cu fasciculele laser – schema pentru calculul ordonatelor profilului de drum în condițiile regimului dinamic
Fig.3.9 Scaner cu axa camerei video paralelă cu fasciculele laser – schema pentru calculul deplasărilor proprii pe verticală ale vehiculului laborator în condițiile regimului dinamic
Pentru toate variantele funcționale și constructive ale scanerelor de testare ale profilelor longitudinale de drum, în conformitate cu schemele din Fig.3.6 – Fig.3.9 și cu notațiile stabilite mai sus, determinarea valorilor ordonatelor curente ale profilului de drum testat, precum și ale deplasărilor proprii pe verticală ale vehiculului laborator, implică efectuarea următoarelor calcule, pentru fiecare secvență succesivă de măsurare:
Secvența 1 de măsurare:
;
;
.
Secvența 2 de măsurare:
;
;
;
.
Secvența 3 de măsurare :
;
;
;
.
Secvența i de măsurare :
;
(1.21)
;
(1.22)
Coform relației de calcul (1.21), ordonata curentă a profilului longitudinal de drum, stabilită în raport cu nivelul ordonatei determinată în secvența anterioară de măsurare, se obține prin scăderea, una din cealaltă, a ordonatelor și , ambele ordonate fiind măsurate simultan, în cadrul aceleiași secvențe de măsurare, deci independent de nivelul pe verticală la care se găsește vehiculul laborator, în momentul respectiv. Pentru calculul unui indice de estimare a gradului de neuniformitate a drumului testat, așa cum este indicele internațional IRI (International Roughness Index), este însă nevoie ca ordonatele curente să fie raportate la un Nivel General de Referință – NGR corespunzător punctului ”0” al profilului de drum pentru care în secvența 1 s-a efectuat măsurarea ordonatei . Pentru a obține ordonatele raportate la nivelul NGR este necesar să se însumeze ordonatele recurente obținute în toate secvențele de măsurare începând din momentul de start al măsurărilor. După ce în prealabil s-a efectuat transformarea necesară pentru exprimarea în “metri” a ordonatelor (spre exemplu au fost divizate cu factorul “1000”, dacă rezultatele senzorilor de măsurare sunt exprimate în milimetri) aceste ordonate sunt introduse în continuare într-un fișier cu configurația necesară pentru a fi introdus în programul de calcul al indicelui IRI.
Din relația de calcul (1.22), deplasarea curentă pe verticală a vehiculului laborator în raport cu nivelul inițial de referință NR1 al măsurărilor reprezintă parametrul considerat drept “răspuns” al vehiculului la denivelările drumului testat. Deplasarea curentă se obține din însumarea valorilor deplasărilor pe verticală pe care vehiculul laborator le efectuează în intervalul de timp scurs între două secvențe succesive de măsurare. La rândul lor aceste deplasări se obțin prin scăderea, una din cealaltă, a rezultatelor măsuratorilor efectuate cu fiecare scaner în parte, SC 1 și respectiv SC 2, în secvențe adiacente. Dat fiind că frecvența secvențelor de măsurare este în general ridicată, deplasările pe verticală de la o secvență la cealaltă, în mod obișnuit, au o valoare relativ redusă. În aceste condiții este necesar ca senzorii de măsurare utilizați să prezinte o rezoluție suficient de ridicată încât să permită detectarea deplasărilor . În consecință, pentru detectarea deplasărilor proprii pe verticală ale vehiculului laborator pe baza metodei este indicat să se folosească scanerul laser cu camera video de tip linie înclinată față de fasciculele laser și care poate asigura preciziile ridicate necesare în acest caz.
Referitor la nivelul de precizie pe care trebuie să îl asigure senzorii utilizați la determinarea ordonatelor , condițiile sunt mai puțin restrictive dat fiind ca, între capetele unui interval de eșantionare (de 250 mm pentru indicele IRI) variația neregularităților de drum propuse spre detectare este de regula mult mai ridicată decât deplasarea pe verticală a vehiculului laborator în intervalul scurt de timp dintre două secvențe de măsurare cu frecvență ridicată de eșantionare.
3.2. Metodă și echipament pentru evaluarea profilului transversal al suprafeței de rulare a suprafeței căilor rutiere
Metoda propusă permite prelevarea video automată a suprafeței căilor rutiere prin marcarea simultană a două secțiuni transversale distincte de drum cu fasciculele laser și preluarea cu o cameră video de înaltă rezoluție a imaginii acestor secțiuni marcate [8]. Prin procesarea imaginilor digitale obținute se extrag date numerice care permit detectarea unor eventuale defecțiuni ale carosabilului, așa cum sunt șanțurile, fisurile și crăpăturile.
Implementarea metodei propuse presupune:
utilizarea unei camere video de tip “area scan” cu axa optică orientată vertical în jos;
utilizarea a două surse laser cu emisie continuă orientate vertical în jos și dispuse în linie, de o parte și de cealaltă, a camerei video, la distanțe egale față de cameră – sursa laser proiectează un fascicul plan perpendicular pe planul orizontal al drumului și orientat pe direcția transversală a acestuia, astfel încât să acopere o secțiune transversală de drum întreagă;
utilizarea unui traductor de deplasare a vehiculului laborator care generează un semnal de declanșare externă a camerei video, în fiecare moment în care vehiculul a mai parcurs o distanță egală cu distanța de eșantionare (de ex. aceasta poate fi dublul distanței dintre axele celor două surse laser sau orice valoare impusă de normele de testare în vigoare);
determinarea domeniilor de măsurare corespunzătoare fiecărui profil transversal prelevat din intersectarea fasciculului laser plan corespunzător cu suprafețele limită ale câmpului de vedere al camerei video (în cazul utilizării unui obiectiv anamorfic câmpul de vedere are formă piramidală);
utilizarea metodei de trianghiulație specifică scanerelor în 2D pentru calculul valorilor de înălțime ale fiecărui punct scanat al celor două profile transversale efectuată în raport cu o linie orizontală superioară de referință care rezultă din prima intersectare a respectivului fascicul laser plan cu suprafața câmpului de vedere al camerei;
utilizarea metodei de trianghiulație specifică scanerelor în 2D pentru calculul absciselor fiecărui punct scanat al celor două profile transversale efectuată în raport cu linia mediană verticală a fiecăruia dintre cele două domenii de măsurare.
Echipamentul prin care se realizează implementarea metodei este alcătuit din următoarele componente principale:
un sistem de marcare cu câte o linie luminoasă laser a două profile transversale de drum, sistem alcătuit din două surse laser cu emisie continuă prevăzute fiecare cu un dispozitiv optic de evazare în plan a fasciculelor,
un sistem de achiziție video a imaginilor cu marcaje laser, sistem constituit dintr-o cameră video digitală de înaltă rezoluție prevăzută cu un obiectiv cu câmp mare de vedere (superangular, anamorfic),
un traductor de distanță montat pe vehiculului laborator care furnizează un semnal de comandă pentru declanșarea externă a camerei video,
si un sistem de calcul.
În Fig.3.10 se prezintă schematic montarea componentelor principale ale echipamentului. În partea din spate a vehiculului laborator se montează sistemele de marcare laser și de achiziție video a imaginilor cu marcaje laser, iar în interiorul acestuia se montează sistemul de calcul.
Astfel, pe o bară de montaj B.M. fixată la mijlocul părții din spate a caroseriei vehiculului laborator este atașată, în direcție verticală și orientată în jos spre carosabilul testat, o camera video E.V. de tip “area scan” de înaltă rezoluție prevăzută cu un obiectiv optic (de tip anamorfic – în exemplificare) ce permite obținerea unui câmp de vedere C.V.
Fig.3.10 Schema de montaj pe caroseria unui vehicul laborator
a echipamentului de prelevare video a suprafeței căilor rutiere
Pe aceeași bară de montaj B.M., pe fiecare parte a camerei video E.V. sunt atașate la distanțe egale față de aceasta, două surse laser, S.L.I și S.L.II, cu emisie continuă orientată pe direcție verticală în jos și prevăzute cu un dispozitiv optic de evazare în plan transversal. În acest mod ce formează fasciculele laser plane, F.L.I și F.L.II.
Intersecțiile planurilor fasciculelor laser, F.L.I și F.L.II, cu piramida reprezentată de câmpul de vedere C.V. al camerei video conduce la formarea a două domenii de măsurare de forma trapezoidală, D.M.I și D.M.II, în cadrul cărora sunt vizualizate simultan, câte un profil transversal de drum, PTI și PTII.
În regim de post-procesare din fiecare imagine achiziționată de camera video sunt extrase, pentru fiecare linie de senzori fotoelectrici, valorile ordonatelor acelor senzori care au recepționat marcajul laser al profilului transversal prelevat. Cu ajutorul relațiilor de calcul corespunzătoare schemei optice a sistemului de prelevare video, se determină pentru fiecare punct al profilelor transversale de drum, valoarea ordonatei reprezentate de distanța dintre respectivul punct și limita superioară a domeniilor de măsurare, D.M.I și D.M.II.
Valoarea maximă ymax a domeniului de măsurare a înălțimilor este reprezentată de distanța pe verticală dintre aceste limite superioare ale domeniilor de măsurare și baza mare a piramidei câmpului de vedere CV. Pentru măsurarea în mod egal a ridicăturilor de drum cât și a adânciturilor (șanțurilor) acestuia, la o înălțime egală cu ordonata domeniului de măsurare , este plasat planul orizontal de referință P.R. care corespunde absenței oricăror neregularități de drum. La montarea echipamentului pentru stabilirea distanțelor de montaj ale componentelor acestuia se consideră că vehiculul laborator V.L. este poziționat în planul orizontal de referință P.R. Pentru a realiza distincția dintre ridicăturile și adânciturile terenului prin semnele (+ sau -) atribuite acestora, abaterile suprafeței rutiere trebuie să fie determinate în raport cu același plan de referință P.R. cu ajutorul următoarei relații de translatare:
(3.23)
În schema optică de principiu a echipamentului, Fig.3.14, sunt prezentate detalii cu privire la dispunerea relativă a componentelor echipamentului și traiectoriile complete ale fluxurilor de transmitere și de recepționare a semnalelor laser. Pentru exemplificare am considerat că se folosește un obiectiv anamorfic, respectiv cu focale diferite pe cele două axe rectangulare. În cazul utilizării unui obiectiv tip wide angle, focala are aceeași valoare pe ambele axe.
Conform schemei optice, dimensiunile liniare (a x b) ale senzorului CCD al camerei video, în combinație cu valorile diferite, fx și f y, ale distanțelor focale pe axe rectangulare ale unui obiectiv de tip anamorfic L.A. atașat la cameră, conduc la formarea unui câmp de vedere C.V. de formă piramidală cu baza Bz alungită în direcția transversală x. Camera video este încadrată pe direcția longitudinală a drumului și implicit a echipamentului, la aceeași distanță d, de căte o sursă laser, S.L.I și S.L.II, cu emisie continuă care este prevazută și cu un dispozitiv optic care realizează evazarea în plan a fasciculelor laser, F.L.I și F.L.II. Intersecțiile acestor fascicule laser cu câmpul de vedere piramidal C.V. determină constituirea a două domenii de măsurare de formă trapezoidală, D.M.I și D.M.II, în cadrul cărora pot fi evaluate valorile coordonatelor profilelor transversale de drum, PTI și PTII.
Traiectoriile fluxurilor semnalelor laser care trec prin obiectivul anamorfic L.A. conduc la delimitarea pe suprafața senzorului CCD a două regiuni separate dreptunghiulare de receptie, d.m.I și d.m.II, care corespund domeniilor trapezoidale de măsurare, D.M.I și D.M.II și care sunt dispuse în succesiune inversă pe direcție longitudinală față de aceste domenii, respectiv în succesiunea d.m.II și apoi d.m.I. Similar, limitele superioare AIBI și AIIBII ale domeniilor verticale de măsurare, D.M.I și respectiv D.M.II, se transpun în planul senzorului CCD în limitele laterale ale acestuia, aIbI și respectiv aIIbII.
Fig.3.14 Schema optică de principiu a
echipamentului de prelevare video a suprafeței căilor rutiere
Astfel măsurarea valorilor de înălțime yI și yII ale profilelor transversale PTI și PTII se realizează în planul vertical al domeniilor de măsurare, D.M.I și D.M.II, având drept origine de referință limitele superioare ale acestora: AIBI și respectiv AIIBII. Liniile care reprezintă aceste limite superioare sunt dispuse la distanța C față de obiectivul optic L.A., distanța care reprezință un parametru constructiv a cărui valoare rezultă din condițiile adoptate pentru domeniile de măsurare și respectiv de recepție. Valorilor de înălțime yI și yII le corespund în planul senzorului CCD, valorile ordonatelor și respectiv, care au fiecare drept origine de referință, câte una dintre linile limită, și , ale regiunilor respective de recepție. Abscisele cu care se marchează punctele profilelor transversale PTI și PTII, se măsoară în raport cu axele centrale verticale ale domeniilor de măsurare, D.M.I și D.M.II. În mod similar, în planul senzorului CCD, abscisele corespondente, și respectiv , se măsoară în raport cu axa centrală transversală a senzorului, numărul de valori distincte ale absciselor calculate fiind egal cu numărul total de pixeli de care dispune, pe lungimea sa, senzorul fotoelectric al camerei video.
În vederea obținerii limitării în plan vertical a domeniilor de măsurare D.M.I și D.M.II la valoarea necesară în mod normal pentru arterele rutiere testate și în același timp pentru asigurarea unei rezoluții corespunzatoare de măsurare, soluția optimă – dar nu limitativă, este adoptarea pentru liniile cIdI și cIIdII care marchează limita inferioară a regiunilor de recepție, d.m.I și respectiv d.m.II, pozițiile ce corespund câte unui sfert, b/4, din lățimea b a senzorului CCD, poziții măsurate de la fiecare capăt al acestuia, în modul prezentat în Fig.3.15.
Fig.3.15 Varianta constructivă optimă de dimensionare a celor două regiuni de recepție de pe suprafața senzorului CCD și de configurare a bazei câmpului de vedere piramidal al camerei video
Corespunzător acestei variante constructive, numărul valorilor distincte de înălțime calculate este egal cu un sfert din numărul de pixeli de care dispune, pe lățimea sa, senzorul fotoelectric al camerei video. Limitele inferioare, cIdI și cIIdII, ale regiunilor de recepție au drept corespondență în planul domeniilor de măsurare, D.M.I și D.M.II, liniile limită inferioare, CIDI și respectiv CIIDII, dispuse în planul orizontal Bz al câmpului de vedere piramidal C.V.
Din aceleași considerente enumerate mai sus se poate adopta o soluție de optimizare constructivă – nerestrictivă și pentru poziționarea planului orizontal Bz, respectiv astfel încât distanța sa pe verticală față de obiectivul optic L.A. să corespundă unei laturi a acestui plan pe direcție longitudinală în valoarea de 4 x d, conform Fig.3.15; prin d s-a marcat distanța dintre o sursă laser și axul optic central al camerei video.
Stabilirea relațiilor de calcul al ordonatelor y ale punctelor care compun profilele transversale prelevate în funcție de valorile ordonatelor corespondente în planul senzorului CCD, se face conform schemei prezentată în Fig.3.15.
Fig.3.16 Schema planului median longitudinal al câmpului de vedere
utilizată pentru stabilirea relațiilor de calcul al înălțimilor punctelor care compun profilele transversal
Notațiile utilizate sunt cele utilizate și în schemele din figurile anterioare. Prin aplicarea unor reguli geometrice simple se obține relația de calcul al ordonatelor y în funcție de ordonatele determinate în planul senzorului CCD:
(3.24)
Valoarea parametrului constructiv C rezultă din condiția de corespondență a referințelor de măsurare, respectiv: pentru se pune condiția ca: .
Astfel, în relația (3.24) parametrul constructiv C se calculează cu următoarea relație:
(3.25)
Înlocuind parametrul C în relația (3.24) ordonata y devine:
(3.26)
Considerând delimitarea adoptată pentru regiunile de recepție ale senzorului CCD, rezultă că pentru , ordonata y obține valoarea sa maximă permisă de înălțimea verticală a domeniilor de măsurare, D.M.I și D.M.II. Aceasta se poate calcula cu relația (3.26) sub forma:
(3.27)
Se remarcă egalitatea între valoarea maximă a domeniilor de măsurare și valoarea parametrului constructiv C, în cazul aplicării soluției optime de dimensionare.
Valorileale pixelilor în funcție de ordonateleale profilului de drum se pot deduce în mod direct tot din relația (3.27):
(3.28)
În consecință, pentru ordonata: corespunzătoare planului orizontal de referință P.R., se obține valoarea corespunzătoare:
(3.29)
Relația de calcul a sensibilității de măsurare Smy a sistemului optic se obține prin diferențierea relației (3.23) a ordonatelor y ale profilelor transversale în raport cu ordonatele înregistrate de senzorul CCD:
(3.30)
Relația de calcul (3.30) permite atât determinarea valorii curente a sensibilității de măsurare a înălțimilor profilelor transversale cât și limitele între care aceasta se modifică funcție de pozitionareaa acestor abateri în aria senzorului CCD.
Prin urmare, pentru , respectiv pentru limita de referință a domeniilor de măsurare, se obține valoarea maximă a sensibilității de măsurare Smy:
(3.31)
iar pentru, respectiv limita maximă adoptată pentru domeniile de măsurare, se obține valoarea minimă a sensibilității de măsurare Smy:
(3.32)
În mod similar, pentru corespunzător planului orizontal de referință P.R., sensibilitatea de măsurare are valoarea:
(3.33)
Fig.3.16 Schema planului median transversal al câmpului de vedere utilizată pentru stabilirea relațiilor de calcul al absciselor punctelor care compun profilele transversale
Pentru stabilirea relațiilor de calcul ale absciselor x ale punctelor care compun profilele transversale prelevate, în funcție de valorile ale absciselor corespondente determinate pe aria senzorului CCD se consideră schema din Fig.3.16. Se utilizează aceleași notații ca în figurile anterioare și se aplică aceleași reguli geometrice referitoare la asemănarea triunghiurilor.
Astfel, relația de calcul a absciselor x în funcție de valorile absciselor determinate în planul senzorului CCD, este:
(3.34)
Ținând cont de relația (3.25) a parametrului constructiv C, relația de calcul a abscisei x devine:
(3.35)
Completarea determinării mărimii domeniilor de măsurare trapezoidale, D.M.I și D.M.II, se face prin determinarea lungimii laturilor paralele inegale ale acestor domenii, AIBI, CIDI și respectiv AIIBII, CIIDII. Utilizând relația (3.35), se obține:
pentru jumătate din lungimea laturilor AIBI și AIIBII:
(3.36)
pentru jumătate din lungimea laturilor CIDI și CIIDII:
(3.37)
pentru jumătate din lungimea laturilor corespunzătoare planului orizontal de referință P.R.:
(3.38)
unde: ; si a – lungimea senzorului CCD.
Relația de calcul a sensibilității de măsurare Smx a sistemului optic de măsurare se obține prin derivarea în raport cu abscisa a relației (3.35):
(3.39)
Relația (3.39) permite să se determine sensibilitatea de măsurare Smx a absciselor x, tot în funcție de valoarea ordonatelor prelevate de pe senzorul CCD, întrucât valoarea acestei sensibilități nu depinde de abscisa x.
Conform relației (3.39) se observă că sensibilitatea de măsurare Smx a absciselor x nu depinde de abscisa x, ci este tot în funcție de valoarea ordonatelor prelevate de pe senzorul CCD.
Prin urmare, valoarea maximă a sensibilității de măsurare a absciselor x se obține pentru:
(3.40)
iar valoarea minimă a sensibilității pentru :
(3.41)
Similar, valoarea sensibilității corespunzătoare planului orizontal de referință P.R. este:
(3.42)
CAPITOLUL 4. REALIZARE ECHIPAMENTE PENTRU MĂSURAREA PROFILELOR SUPRAFEȚEI CĂILOR RUTIERE
4.1 ECHIPAMENTUL PENTRU MĂSURAREA PROFILULUI LONGITUDINAL AL SUPRAFEȚEI CĂILOR RUTIERE
4.1.1 Dimensionarea sistemului optoelectronic al echipamentului
A) Dimensionarea sistemului optic
Sistemul de măsurare a profilului longitudinal, conform metodei descrise anterior, este alcătuit dintr-o cameră și două linii laser, plasate simetric la distanța Dy/2 față de axa camerei (ca în Fig.4.1).
Fig.4.1 Schema sistemului de măsurare a profilului longitudinal
Camera sistemului optic
Caracteristica principală a camerei este tipul acesteia, respectiv “line scan”, deoarece permite măsurarea precisă a suprafeței căii rutiere în plan longitudinal. Pentru respectarea rezoluției de măsurare impusă de standardului EN 13036-6:2008 (1 mm / pixel), senzorul camerei trebuie să aibă o rezoluție de 3648 pixeli cu o mărime a pixelui de 8 µm (respectiv lungimea liniară a senzorului camerei trebuie să fie de 29 mm).
Frecvența de scanare se corelează cu distanța între două declanșări succesive ale camerei (conform standardului EN 13036-6:2008) și distanța parcursă de vehicul, prin urmare trebuie să fie mai mare de 120 Hz. Aceasta nu reprezintă un impediment în realizarea sistemului dat fiind că frecvența de scanare a camerelor disponibile în mod uzual este mai mare de 5 kHz. Pentru a evita folosirea frame grabber, s-a preferat ieșirea video în format USB deși micșorează rata de scanare. Obiectivul camerei trebuie să aibă o lungime focală de aproximativ 35 mm. Alimentarea camerei nu trebuie să depășească 12 V deoarece se conectează la sistemul electric al vehiculului. Sensibilitatea spectrală trebuie să corespundă domeniul roșu vizibil (de la 600 nm la 700 nm).
În Tab. nr.4.1 se prezintă lista caracteristicilor țintă pentru camera video folosită pentru măsurarea profilului longitudinal. Acest set de caracteristici este o referință pentru procesul de selecție a sub-modului cameră corespunzător.
Tab.4.1 Caracteristicile țintă pentru camera video
În cotinuare se prezintă modul în care se realizează dimensionarea camerei pentru profilul longitudinal și modul în care sunt fundamentate cerințele menționate mai sus.
Înălțimea măsurată Z poate fi calculată, conform Fig. 4.1, ca:
(4.1)
unde: pL este coordonata în pixeli și dpL mărimea pixelului. DY este fixat la 250 mm deoarece acesta este pasul de măsurare necesar pentru determinarea indicelui IRI de uniformitatea longitudinală a drumului. Reciproc, coordonata în pixel pL poate fi calculată dacă este cunoscută înălțimea Z astfel:
(4.2)
unde pL variază între un minim (când Z = -dz) și un maxim (când Z = dz).
Valoarea maximă este egală cu P/2, adică jumătate din numărul total de pixeli ai liniei senzor. Lățimea senzorului este:
(4.3)
Se notează cu NL raportul dintre lungimea focală fL și lățimea senzorului (WdtL), și relația sa legată de unghiul câmpului de vedere (2•θL):
(4.4)
Se alege un obiectiv normal, în vederea minimizării costurilor legate de acesta, care are unghiul câmpului de vedere 2•θL = 45º, astfel încât NL va fi aproximativ 1,2 [46]. Înlocuind fL /WdtL cu NL în (4.3) se obține:
Z0L = NL·DY + dz (4.5)
unde dz este jumătatea domeniului de măsurare ales (±dz), respectiv 50 mm.
În aceste condiții, Z0L va fi:
Z0L = 1.2·250 mm + 50 mm = 350 mm.
Precizia măsurării înălțimii (Z) este exprimată în mm/pixel și este dată de :
(4.6)
Putem calcula în continuare εL, maximul lui , atins pentru Z = -dz (when pL este minim):
(4.7)
Din (4.7) putem determina rezoluția necesară P a senzorului:
(4.8)
În cazul de față P=3556 pixeli. Aceasta este rezoluția minimă pentru senzorul camerei pentru a asigura o acuratețe de 0,3 mm a înălțimii măsurate. Din acest motiv este necesară o cameră cu o rezoluție mai mare de 3600 pixeli. Lungimea focală, în condițiile utilizării unui obiectiv obișnuit, cu NL=1.2, va fi f =35 mm. Din moment ce
(4.9)
rezultă că dpL va fi:
(4.10)
care în cazul de față este dpL 0.0082 mm. Prin urmare este necesară o cameră cu o rezoluție P ≈ 3600 pixeli și o mărime a pixelului de dpL ≈ 0.008 mm.
Ținând cont de cerințele impuse camerei s-a ales camera model TCE-1304-U, produsă de !!!!!!, ale cărei principale caracteristici sunt prezentate în Anexa nr..
Performanța (εL) obținută prin folosirea camerei precizate va fi în jurul valorii țintă (0,3 mm).
Din punctul de vedere al răspunsului spectral camera aleasă este corespunzătoare, răspunsul relativ la 640 nm (lungimea de undă a laserului utilizat) fiind în jur de 93%.
Obiectivul sistemului
Obiectivul camerei a fost ales astfel încât să corespundă următoarelor caracteristici: montură, format senzor și înălțime montaj. Caracteristicile principale asociate cu obiectivul camerei video pentru măsurarea profilului longitudinal sunt: focala în jur de 35 mm și unghiul câmpului de vedere 45º – 55º.
Obiectivul ales corespunzător cerințelor este de tip Pentax, f = 35mm F/2.8, F Mount – prezentat în Anexa nr.
Sursa laser
Cele două surse laser necesare sistemului de măsurare vor fi la fel, nefiind necesar ca acestea să fie diferite din punct de vedere al lungimii de undă. Alegerea sursei laser s-a făcut ținând cont de faptul că aceasta trebuie să emită un fascicul plan cu o deschidere unghiulară de maxim 90º, cu lungimea de undă în vizibil sau infraroșu apropiat și cu o putere de 25-35 mW. Caracteristicile necesare pentru sursele laser sunt specificate în Tab.4.4.
Tab.4.4 Caracteristici necesare pentru sursele laser
Ținând cont de parametrii constructivi ai componentelor sistemului putem calcula toți parametrii pentru sistemul de măsurare a profilului logitudinal. Astfel valorile calculate sunt după cum urmează:
WdtL (lățimea senzorului), calculat conform ecuației (4.9), rezultă WdtL=29.184 mm.
NL, calculat cu ecuația (4.10), rezultă NL =1.199
unghiul câmpului de vedere (2•θL), 2•θL = 45.26º
înălțimea de referință Z0L este calculată din ecuația (4.11) și este egală cu 349.822 mm.
precizia de măsurare εL, calculată din ecuația (4.13) rezultă 0.292 mm/pixel.
Toate valorile calculate corespund foarte bine cerințelor.
B) Soluție constructivă
Luând în considerare calculul de dimensionare a sistemului optic de măsurare a profilului longitudinal al suprafeței căilor rutiere s-a realizat construcția mecanică a sistemului astfel încât acesta să poată fi montat ușor pe un vehicul laborator (Fig.4.6 – Fig.4.10).
Fig. 4.6 Sistem de măsurare profil longitudinal (făra carcasă)
Fig.4.7 Sistem de măsurare profil longitudinal (fără carcasă) – toate vederile
Fig.4.8 Sistem de măsurare profil longitudinal
Fig.4.9 Sistem de măsurare profil longitudinal cu suport montare pe vehicul
Fig.4.10 Echipament de măsurare profil longitudinal montat pe vehicul
4.1.2 Realizarea echipamentului
Sistemul de măsurare a profilului longitudinal al suprafeței căilor rutiere a fost realizat pe baza soluției constructive prezentate anterior.
Montarea principalelor componente ale sistemului s-a făcut astfel încât să poată fi realizate următoarele reglaje:
pentru cameră – reglaj în jurul axei paralelă cu direcția trransversală a drumului ce trece prin centru camerei
pentru sursele laser:
fiecare sursă este fixată într-o montură specifică care permite rotirea fasciculului laser pe 2 axe;
reglarea distanței dintre cele două surse raportat la axa camerei și implicit a obiectivului.
Pentru ușurința montării acestuia pe vehicul și totodată pentru reglarea acestuia s-a realizat și un suport de reglaj. Acesta permite montarea sistemului de măsurare similar ca pe vehicul și permite reglarea pe verticală a acestuia. După reglare acesta se fixează pe suportul propriu atașat la vehicul astfel încât talpa suportului de reglare să fie poziționată pe drum, după fixare pe suportul de pe vehicul se îndepărtează suportul de reglaj.
Fig.4.11 Sistemul de măsurare al profilului longitudinal
montat pe suportul de reglaj
Pentru reglarea sistemului se mai folosește o sursă laser suplimentară. Reglarea se face în felul următor:
se fixează pe banc suportul de reglaj,
se montează sistemul de măsurare pe suportul de reglaj, se montează la înălțimea stabilită, respectiv 370 mm,
se vizualizează în timp real pe un laptop imaginea furnizată de cameră,
se reglează obiectivul astfel încât imaginea furnizată de cameră să fie clară și focalizată,
se montează o sursă laser suplimentară pe un suport astfel încât camera să poată vizualiza laserul,
se reglează camera astfel încât să fie paralelă cu talpa suportului, respectiv obiectivul este perpendicular pe aceasta,
se reglează fasciculul laser suplimentar astfel încât: să fie focalizat, să aibă grosimea cea mai mică, să fie pe mijlocul imaginii (se verifică pe laptop ca poziția pixelului cel mai strălucitor corespunzător să fie la mijlocul lungimii senzorului),
se reglează pe rând fiecare sursă laser a sistemului de măsurare astfel încât: să fie focalizată, să aibă grosimea cea mai mică, să fie perpendiculară pe talpa suportului de reglaj și să fie la distanța de 125 mm față de mijlocul senzorului, respectiv de laserul de reglaj.
După realizarea reglajului sistemul de măsurare poate fi montat pe vehicul prin intermediul suportului de susținere specific.
Fig.4.12 Sistemul de măsurare al profilului longitudinal
montat pe vehiculul laborator
4.2 ECHIPAMENTUL PENTRU MĂSURAREA PROFILULUI TRANSVERSAL AL SUPRAFEȚEI CĂILOR RUTIERE
4.2.1 Dimensionarea sistemului optoelectronic al echipamentului
Dimensionarea sistemului optic
Sistemul de măsurare a profilului transversal, conform metodei propuse, este alcătuit dintr-o cameră tip ”area scan” și două linii laser, conform metodei propuse. Pentru realizarea acestuia în condiții de gabarit cât mai reduse și precizia măsurării cât mai ridicată, am considerat că întregul ansamblu să fie format din două subansambluri identice (practic cîte unul pentru fiecare jumătate de bandă de circulație din calea rutieră), alcătuite dintr-o cameră area-scan și o linie laser. Subansamblurile au fost proiectate pornind de la metoda prezentată anterior.
În consecință, sistemul de măsurare al profilului transversal este alcătuit din două perechi de camere cu obiectiv – laser, conform descrierii din Fig.4.13 (vedere longitudinală) și Fig.4.14 (vedere transversală).
Fig.4.13 Vedere longitudinală a sistemului de măsurare a profilelor transversal ale suprafețelor căilor rutiere
Fig.4.14 Vedere transversal a sistemului de măsurare a profilelor transversal ale suprafețelor căilor rutiere
Camera
Fiecare cameră are un senzor CCD cu Hm pixeli (orizontal), Vm pixeli (vertical), dp – mărime pixel și un obiectiv cu distanța focală f. Rezoluția minima a camerei ar trebui să fie de minim 1,3 Mpixel cu un sensor de format 1/3”. Pentru acest tip de senzor dimensiunea pixelul este de 3,75 µm. Obturatorul camerei trebuie să fie de tip global astfel încât ca toți pixelii senzorului CCD să fie încărcați simultan și nu rând pe rând pentru diminuarea blurării datorate mișcării si celorlalte efecte tipice pentru obturatorul tip perdea. Frecvența de scanare trebuie corelată cu distanța dintre două trigherări succesive ale camerei (conform standardului EN 13036-6:2008) și cu viteza de deplasare a vehicului laborator. Tensiunea de alimentare a camerei trebuie să fie mai mică de 12V deoarece se conectează la sistemul electric al vehiculului. Sensibilitatea spectrală trebuie să fie în domeniul roșu vizibil (de la 600nm la 700 nm).
În Tab. 4.5 sunt prezentate sumar specificațiile țintă pentru camera sistemului de măsurare.
Tab.4.5 Specificațiile țintă pentru camera sistemului
Camera este plasată la o înălțime Z0 deasupra liniei de referință (determinată de nivelul inferior al anvelopelor). Fiecare laser este plasat la înălțimea h deasupra liniei de referință și generează o linie laser care acoperă un unghi de 90°. Domeniul de măsurare este ± dz. Fiecare pereche laser-cameră este poziționat la L/2=1,5 m (L=3 m este lățimea drumului) față de axa longitudinală a vehiculului laborator pe care este montat sistemul. În vederea longitudinală (Fig.4.14) se poate observa că laserul este plasat la distanța Y0 în spatele axei camerei. Dacă un punct iluminat de laser are coordonatele X,Y0,Z și formează o imagine pe CCD cu coordonatele în pixeli V și H, putem determina coordonatele originale Z și X pornind de la V și H:
(4.11)
Un punct iluminat de laser care are coordonatele X,Y0,Z formează o imagine pe CCD cu coordonatele în pixeli V și H:
(4.12)
unde:
X poate avea valori de la 0 la L/2 (de ex. 1,5 m);
Z poate avea valori cuprinse între -dz și +dz (Z=0 pentru planul de referință).
Distanța Y0 dintre laser și axa camerei va fi:
(4.13)
unde r este raportul, în mod obișnuit ¾ = 0.75.
Din această ecuație rezultă că nu următorii parametrii sunt ficși: L – lățimea drumului și r care este 0,75. Prin urmare Y0 a fost calculate la 562,5 mm.
Senzorul camerei are o importanță foarte mare. În Tab.4.6 sunt listați câțiva senzori utilizați la camere. Senzorii au fost ordonați după format (de la 1/3” la 1/1,8”), lățime sensor (Wdt), înălțime sensor (Hgt), rezoluția orizontală (Hm), rezoluția verticală (Vm), dimensiune pixel (dp), rezoluția ADC, tip (CCD or CMOS), frecvența maximă de cadre (cadre/s), focala obiectivului (f ) necesară să vadă profilul, câmpul de vedere al obiectivului (2θ) necesar pentru observarea profilului.
Tab.4.6 Senzori uzuali utilizați în construcția camerelor
Precizia măsurării înălțimii Z este dată de (mm/pixel).
(4.14)
Cea mai mică valoare a (pentru Z=dz) va fi notată cu εz:
(4.15)
Cea mai mare valoare a (pentru Z=-dz) va fi εz:
(4.16)
Din ecuația 4.16 se pot trage câteva concluzii. Pentru a păstra εz mic trebuie ca focala obiectivului f să fie mică, dimensiunea pixelului dp să fie mică și senzorul să fie mare (Hgt·Wdt). Mai sunt și alte limitări: dacă notăm cu N raportul dintre focală f și lățimea senzorului Wdt putem calcula câmpul de vedere al obiectivului necesar:
(4.17)
După cum se observă în Tab.4.6, toți senzorii utilizabili în situația de față necesită obiectiv tip wide angle. Acest lucru ridică câteva probleme discutate în continuare și limitează alegerea senzorului din cauza necesității găsirii unui obiectiv tip wide angle cu o focală foarte scurtă, foarte bine corectat la distorsiune și proiectat pentru formatul de sensor ales. O altă limitare este frecvența cadrelor camerei, care trebuie să fie mai mare de 30 cadre/s.
O altă carcateristică importantă a camerei este faptul că aceasta trebuie să fie color și nu alb-negru. Costurile sunt identice, dar procesarea ulterioară a semnalului înregistrat (linia roșie laser) este substanțial mai ușoară cu o camera color.
Considerând, aproximativ, că dz = Z0 ·10 %, rezultă că εz = 1.1 mm. Pentru o estimare a Z0 = 500, rezultă că dz (adâncimea făgașului) este 50 mm. Am considerat că această valoare este rezonabilă ținând cont că făgășuri mai mari de această valoarea nu necesită o așa acuratețe a măsurării, spre deosebire de făgașurile mici.
Camera care să corespundă cerințelor menționate anterior este: MatrixVision mvBlueCOUGAR-X122C, ale cărei caracteristici principale sunt prezentate în Anexa nr..
Camera trebuie să fie prevăzută cu obturator global pentru a evita pătarea imaginii la viteze mari. Din același motiv timpul de expunere trebuie să fie mic. La o viteză de deplasare a vehicului cu 25 m/s (90 km/h) și un timp de expunere de 20 μs, vehiculul se deplasează cu 0,5 mm, valoare acceptabilă.
Din curba de sensibilitate a senzorului camerei (color) se observă că pentru lungimea de undă a laserului folosit (660 nm) sensibilitatea relativă a senzorului pentru roșu (R) este de aproximativ 85 %, în timp ce sensibilitatea relativă a senzorului pentru verde (G) este de aprox. 10 %, respectiv pentru albastru (B) este de aprox. 2 %. Aceasta înseamnă că semnalul achiziționat pe canalul roșu este de 8,5 ori mai mare decât semnalul achiziționat pe canalul verde și de mai mult de 40 ori mai mare decât semnalul achiziționat pe canalul albastru. Folosirea camerei color pentru detectarea semnalului de zgomot (lumina ambientală,semnale parasite) reprezintă un avantaj.
O ilustrare a avantajului mai sus menționat sunt rezultatele obținute în cadrul testării unei camera color comună [47]. Imaginea achiziționată este prezentată în Fig.4.17.
Fig.4.17 Imaginea test a unei linii laser roșie
Această imagine a fost procesată pentru a extrage cel mai luminous punct de pe fiecare coloană, pe cele trei canale: R, G și B.
Fig.4.18 Diagrama celui mai luminos pixel pentru canalul roșu – R
Fig.4.19 Diagrama celui mai luminos pixel pentru canalul verde – G
Fig.4.20 Diagrama celui mai luminos pixel pentru canalul albastru – B
Se poate observa că linia (care este roșie) apare clar doar în canalul roșu (Fig.4.18), în celelalte două canale (Fig.4.19 și Fig.4.20) linia este ascunsă în zgomot. Mai mult decât atât se poate foarte ușor determina capetele liniei roșii (în figură fiind prezentat doar capătul stâng) și elimina semnalele parazite: salturi abrupte sunt eliminate în cazul în care acestea apar în toate cele trei canale.
Un exemplu al eliminării unui salt abrupt este cel care apare în Fig.4.19 în canalul roșu la H = 2176 și 2177 – Tab.4.8.
Tab.4.8 Eliminarea salturilor abrupte și a semnalelor parazite
Datele în verde sunt păstrate, deoarece saltul abrupt apare doar în canalele verde și albastru, în timp ce datele din roșu sunt eliminate deoarece saltul abrupt apare în toate cele trei canale. Metoda este folosită și pentru determinarea capătului liniei laser pentru că în absența unei linii laser reale saltul abrupt apare în toate cele trei canale.
Obiectivul
Obiectivul pentru sistemul de măsurare a profilului transversal al suprafeței căilor rutiere trebuie ales astfel încât să corespundă următoarelor caracteristici: montură cameră, format sensor, înălțimea de montaj a camerei și lățimea drumului (max. 3m). Principalele caracteristici associate obiectivului sunt prezentate în Tab.4.9.
Tab.4.9 Obiectivul camerei video pentru profilul transversal
Focala obiectivului este calculată din relația (4.15):
(4.18)
Pentru camera aleasă caracteristicile dp, Vm and Hm sunt precizate în Tab. nr.4.7, εz este 1.1 mm (conform precizărilor anterioare) și L = 3000 mm (lățimea drumului). Valorile calculate pentru focala necesară ca să se obțină εz = 1.1 mm sunt inserate în Tab. nr.4.7. În cazul senzorului ales rezultă f = 1.27 mm.
O altă problemă este unghiul câmpului de vedere al obiectivului. Calculat conform ecuației 4.17, unghiul câmpului de vedere necesită calcularea lui N, raportul dintre focală f și lățimea senzorului Wdt:
(4.19)
Valoarea calculată pentru N necesar este de asemenea inserată în Tab. 4.7. Rezultă că valoarea câmpul necesar este cam același pentru toți senzorii: 132-135º și unul cu 125º, câmp mare (wide angle). Pentru senzorul ales valoarea câmpului de vedere este de 134º. Acum se ridică o problema fisheye: în mod obișnuit obiectivele cu câmp așa de mare sunt obiective tip “ochi de pește” care nu sunt corectate din punct de vedere al distorsiunii. Aceasta transformă imaginea unui pătrat într-un butoi, fapt ce îngreunează preluarea coordonatelor Z și X din imaginea senzorului. Din această cauză este nevoie de un obiectiv cu superangular corectat la distorsiune. Obiectivul trebuie de asemenea să fie corectat pentru o rezoluție a senzorului mai mare de 1,3 Mpixeli (rezoluția senzorului ales). Am găsit un astfel de obiectiv: obiectivul SY125 de la Theia Technologies care are un câmp ultra mare și are distorsiune foarte mică – Anexa nr.
Focala de (1.28 mm) și câmpul de vedere (137º) satisfac cerințele camerei. Rezoluția (5 MPixels) este îndeajuns de mai mare decât cea a senzorului (1.3 MPixels), astfel încât să fie asigurată acuratețea. Montura de tip CS se potrivește cu cea a camerei care trebuie comandată cu această opțiune.
Chiar în condițiile alegerii obiectivului corectat de distorsiune acest lucru nu înseamnă că imaginea formată pe sensor nu va fi afectată de distorsiune. O distorsiune de maxim 3% la marginile imaginii va persista. O linie dreptă va apărea ca o curbă, ca în Fig.4.22. Această distorsiune dacă rămâne necompensată poate cauza erori semnificative în calcularea înălțimii z folosind coordonatele în pixeli H și V din planul senzorului [48].
Fig.4.22 Imaginea distorsionată a liniei laser
Pentru a defini distorsiunea considerăm coordonatele în pixeli ale centrului senzorului H și V. Transformarea în coordonate polare ale acestora se face astfel:
(4.20)
Distorsiunea se manifestă prin schimbarea (creșterea sau descreșterea) razei R în timp ce unghiul θ rămâne neschimbat. Raza maximă Rm se calculează astfel:
(4.21)
Raza relative se calculează cu următoarea formulă:
(4.22)
Notând tangenta unghiului de azimut cu q, observăm că această valoare nu este afectată de distorsiune.
(4.23)
Distorsiunea transformă r în r’ prin utilizarea legii polinomiale de gradul 3:
r’ = a3·r3+ a2·r2+ a1·r+a0 (4.24)
unde coeficienții a3, a2, a1, a0 sunt determinați experimental.
Coordonatele Hc și Vc ale punctului transformat sunt calculate ca:
(4.25)
Pentru determinarea coeficienților a3, a2, a1, a0 am achiziționat o imagine în lungul căreia am făcut câteva marcaje cunoscute, Fig.4.23. Experimentul a fost făcut pentru o linie laser lată de 3.1 m pentru demonstrarea metodei [ ].
Fig.4.23 Imaginea liniei test pentru determinarea coeficienților de distorsiune
Marcajele au fost făcute la următoarele distanțe (în mm) față de centrul liniei:
Vârfurile marcajelor rombice descriu două linii paralele cu linia laser, localizate la 125 mm departare de ea. Se determină coordonatele H și V pentru fiecare punct din imagine și se calculează coordonatele teoretice Hc și Vc ale acestor puncte – Tab.4.11.
Tab.4.11 Coordonatele distorsionate și corectate ale imaginii
Din aceste date poate fi calculat r și r', folosind coeficienții de fitare a curbei.
În continuare coeficienții curbei de distorsiune sunt obținuți prin fitarea curbei:
În Fig.4.24 se pot observa liniile măsurate (M+125, M0 și M-125) și liniile corespunzătoare nedistorsionate (R+125, R0 și R-125).
Fig.4.24 Liniile măsurate (M+125, M0 and M-125) și nedistorsionate (R+125, R0 și R-125)
Un exemplu de cum funcționează corecția este prezentată în Fig.4.26 – imaginea corectată a profilului măsurat (Fig.4.25).
Fig.4.25 Exemplu de profil măsurat afectat de distorsiune
Fig.4.26 Imaginea corectată de distorsiune a profilului măsurat (Fig.4.25)
Această procedură de determinare a coeficienților de fitare a curbei de distorsiune trebuie aplicată doar o dată, când se reglează sistemul optic. Este independent de imaginea liniei laser pe sensor, unica condiție care se impune este ca centru senzorului să coincide cu centrul obiectivului. În timpul reglării sitemului optic trebuie aliniată linia laser astfel încât aceasta să fie paralelă cu baza orizontală a senzorului pentru eliminarea contribuției coordonatei H când calculăm Z.
B) Soluție constructivă
Fig.4.27 Subansamblu cameră – obiectiv
Fig.4.28 Subansamblu cameră – laser
Fig.4.29 Subansamblu cameră – laser cu evidențierea câmpului de vedere de interes al camerei și fasciculul laser
Fig.4.30 Echipamentul de măsurare a profilului transversal al suprafeței căilor rutiere montat pe suportul de suținere
Fig.4.31 Echipamentul de măsurare a profilului transversal al suprafeței căilor rutiere montat pe vehicul
4.2.2 Realizarea echipamentului
CAPITOLUL 5. EXPERIMENTAREA ECHIPAMENTOR PENTRU MĂSURAREA PROFILELOR SUPRAFEȚEI CĂILOR RUTIERE
5.1. Experimentarea echipamentului pentru măsurarea profilului longitudinal al suprafeței căilor rutiere
În timpul deplasării scanerului experimental mobil cu două surse lasere, la fiecare semnal de declanșare al camerei video este transmisă computerului o imagine de tip bitmap prezentate mai jos în 5 secvențe diferite – Fig4.13.
Imaginea 1.bmp: 1982 6142
Imaginea 2.bmp: 2081 6040
Imaginea 3.bmp: 1962 6408
Imaginea 4.bmp: 1951 6385
Imaginea 5.bmp: 1965 6049
Fig.4.13
Fig. 4.14. Profilul longitudinal și analizele IRI, RN, PI
Fig. 4.15. Funcția AllImages. Citește toate fișierele BMP și creează o matrice M..
Fig. 4.16. Funcția GetBrightest. Determină cel mai strălucitor pixel din stânga (PL) și cel mai strălucitor pixel din dreapta (PR)
Fig. 4.17 Funcția GetHgt. Calculează înălțimile stânga (ZL) și dreapta (ZR) din coordonatelor pixelilor.
Fig.4.18. Funcția Recover y FromLR. Calculează y din pozițiile pixelilor stânga și dreapta
Fig. 4.19. Funcția QCAnalysis. Redă profile IRI, RN, și PI filtrate.
Funcția QCAnalysis solicită de două ori funcția QCAR, prima dată pentru a determina IRI și profilul filtrat, a doua oară pentru a determina PI (Index Profile). Acest lucru este folosit pentru a calcula RN ca 5 e-160 PI. Codul funcției QCAR este dat mai jos:
function[PROF,PI=QCAR(PROF,DX,BASE,UNITSC,XLEAD,XEXP,K1,K2,CC,MU )
% Quarter-car filter a longitudinal road profile and calculate PI
% PROF -On input, an array of profile height values. On output, an
% array of filtered PI profile values.
% DX -Distance step between profile points (m).
% BASE -Distance covered by moving average (m). Use 0.250 for
% unfiltered profile input, and 0.0 for pre-smoothed profiles.
% UNITSC -Product of two scale factors: (1) meters per unit of profile
% height, and (2) PI units of slope. Ex: height is inches, slope
% will be in/mi. UNITSC = (.0254 m/in)*(63360 in/mi) = 1609.34.
% PI -Output: The average PI for the entire profile.
% XLEAD -Initialization base length.
% XEXP -Power weighting (1 = ARS, 2 = RMS).
% K1,K2,CC,MU – Filter coefficients.
% Set parameters and arrays.
[ A,B,C ] = QCABC( K1,K2,CC,MU );
[ ST,PR ] = SETSTM( DX*3.6/80,A,B );
IBASE = max(1,round(BASE/DX));
SFPI = UNITSC/(DX*IBASE);
% Initialize simulation variables based on profile start.
NSAMP = length(PROF);
ILEAD = min(NSAMP,round(XLEAD/DX)+1);
XIN = zeros(4,1);
XIN(1) = UNITSC*(PROF(ILEAD)-PROF(1))/(DX*ILEAD);
XIN(3) = XIN(1);
% Convert to averaged slope profile, with PI units.
NSAMP = NSAMP – IBASE;
i = 1:NSAMP;
PROF = SFPI*(PROF(i+IBASE) – PROF(i));
% Filter profile.
[ PROF ] = STFILT( PROF,ST,PR,C,XIN );
% Compute PI from filtered profile.
PI = sum(abs(PROF).^XEXP);
PI = (PI/NSAMP).^(1/XEXP);
end
Funcția QABC calculează parametrii A (o matrice 4 x 4), B și C (4 x 1 vectori). Codul său este dat mai jos:
function [ A,B,C ] = QCABC( K1,K2,CC,MU )
% Set A, B and C matrices for the 1/4 car model
A=zeros(4,4);
B=zeros(4,1);
C=zeros(4,1);
A(1,2)=1;
A(3,4)=1;
A(2,1)=-K2;
A(2,2)=-CC;
A(2,3)=K2;
A(2,4)=CC;
A(4,1)=K2/MU;
A(4,2)=CC/MU;
A(4,3)=-(K1+K2)/MU;
A(4,4)=-CC/MU;
B(4)=K1/MU;
C(1)=-1;
C(3)=1;
end
Funcția SETSTM, al cărei cod este dat jos, calculează parametrii ST și PR:
function [ ST,PR ] = SETSTM( DT,A,B )
% Compute ST and PR arrays
ST=exp(DT*A);
PR=inv(A)*(ST-eye(4))*B;
end
The function STFILT calculates the filtered profile and its code is the next:
function [ PROF ] = STFILT( PROF,ST,PR,C,XIN )
% Filter profile using matrices ST, PR and C
% XIN – vector of initial values of state variables
NSAMP=length(PROF);
X=XIN;
for i=1:NSAMP
X=PR*PROF(i)+ST*X;
PROF(i)=sum(X.*C);
end
end
Sistemul video longitudinal este folosit pentru corectarea eventualelor erori date de vibrațiile vehiculului în timpul deplasării pe drumul analizat. Acest sistem funcționează ca achiziție de date, ca profil transversal, într-un folder pe PC. Datele primite sunt declanșate la 10 impulsuri corespunzătoare cu distanța parcursă de 0,238 m. Achiziția imaginilor de la cele 2 lasere cu camera video cu profil longitudinal se face prin declanșarea profilului longitudinal cu profil transversal, deoarece sistemul de declanșare este aceelași pentru ambele profiluri.
Software-ul folosit pentru profilul transversal poate fi ușor adaptat pentru profilul longitudinal. De asemenea, software-ul de analiză pentru profilul transversal poate fi adaptat pentru sistemul de analiză longitudinală.
Prin compararea pixelilor cu strălucirea maximă pentru două trigerări succesive, se poate determina dacă sistemul vehiculului a avut o mișcare verticală în plan vertical.
Ca urmare a corecțiilor induse de sistemul longitudinal, oscilațiile vehiculului sunt eliminate în procesul de prelucrare a imaginilor de profil transversal și astfel se obține o precizie mai mare a profilului transversal.
5.2 Experimentarea echipamentului pentru măsurarea profilului transversal al suprafeței căilor rutiere
Analiza și prelucrarea software-ului se bazează pe o aplicație care este structurată într-un mod lanț care oferă diverse opțiuni de interacțiune pentru utilizator. În fig. 23 este prezentată structura unui astfel de lanț de procesare a imaginii.
Diagrama este compusă din două părți:
– Partea superioară reprezintă procesarea imaginii,
– Partea de jos reprezintă analiza imaginii.
Cealaltă opțiune este de a utiliza un sistem de transfer de la intrarea semnalului digital în semnal protocol USB, realizat cu rastel de laborator U3-HV, prezentat în fig.
Fig. 23. Diagrama de prelucrare de imagini (partea superioară) și
analiza imaginilor (partea inferioară).
Modul de procesare a imaginii include:
• Reglați: luminozitatea, contrastul, gamma,
• Corecția de fond,
• Filtrul recursiv,
• Pornirea imagini în direct orizontal / vertical
• Răsucirea imaginea.
Modul de analiză de imagine include:
• Histograma
• Statistica,
• Tabel pixeli,
• Statistici rând / coloană.
Software-ul de analiză pentru achiziția datelor se bazează pe relația pixelilor n și n + 1, după cum urmează:
unde: – este pixelul imagine destinație având coordonatele (x, y), după n + 1 imagini prelucrate,
– este pixelul imagine sursă cu coordonatele (x, y) în timpul de procesare a imaginii n,
n – este indicele secvență de imagini n,
α – este factorul de filtrare de profunzime.
Ecuația de mai sus este prezentat ca sistem în fig.24.
Fig. 24. Schema ecuației de datelor achiziționate
Software-ul care va prelucra datele de câmp, va primi imaginile care sunt transmise de camerele pentru profil transversale, va prelucra datele și le va salva într-o bază de date.
Camerele vehiculului vor achiziționa imagini (linii roșii) generate pentru fiecare cameră prin laserul corespondent fiind pe partea stângă și partea dreaptă a vehiculului pentru testarea rutieră, așa cum este prezentat în Fig. 25 și 26.
Fig.25. Imaginea camerei din stânga
. Fig. 26. Imaginea camerei din dreapta
Camerele pentru profilul transversal utilizat pentru achiziționarea profilului drumului, sunt prevăzute cu software-ul pentru ajustări și distorsiuni de corecție.
Imaginile obținute cu profilul transversal vor fi salvate într-un folder local, și suprapuse până se va obține o imagine continuă, și apoi importate în aplicații de procesare.
În fig. 27 este prezentată imaginea formată prin suprapunerea celor două imagini obținute de la camerele de profil transversal după declanșarea ambelor camere.
Fig. 27. Suprapunerea de imagini ale celor două camere ale profilului transversal după declanșarea ambelor camere la aceeași distanță parcursă.
Software-ul pentru post procesarea imaginilor este prevăzut cu facilități care permit prelucrare ulterioară a imaginilor brute prin suprapunerea imaginii camerei din stânga peste imaginea camerei din dreapta.
Umflăturile din trotuar vor fi înregistrate pe camerele profilului transversal ca linii neregulate.
Software-ul de prelucrare are un rol esențial în eliminarea erorilor de imagine și în stabilirea corectă a suprafețelor rutiere care arată umflăturile.
Imaginea de suprapunere a celor două camere pentru aceeași declanșare este prezentată în Fig. 28.
Fig. 28. Imaginea suprapusă completă a celor două camere ale profilului transversal pentru aceeași activare.
Din această imagine este luată numai în zona de interes (AOI – domeniu de interes), în acest caz, practic 1280 x 128 pixeli (figura 29).
Fig. 29. Zona de interes taiată din imaginea completă.
Software-ul trebuie să verifice dacă imaginea achiziționată este cuprinsă între dimensiunile AOI, iar în cazul în care aceasta nu este, din imagine este tăiată numai zona de interes. Imaginea achiziționată are distorsiuni la marginea câmpului iar acestea, cu ajutorul software-ului sunt compensate. După această operație de imagine compensată sunt extrase informațiile în înălțime și abscisă.
Taking the images from the specific folder: The images acquired for an analyzed section of road will be saved into a specific folder named with the code of the analyzed road section. With the help of a repetitive procedure, each image from folder will be loaded into application and analyzed, following the results to be saved into an independent data base. It was chosen the save of results into a independent data base because the dimension of obtained results is lower than the dimension of images, allowing the save of a large volume of information into a small space. The saved data can be used later for processing or statistics. If was chosen to save the raw images, because the acces to useful information could be made only after the images processing. Otherwise, any time we would need informations regarding the road we would need another software process for image processing.
Etapele de prelucrare a imaginilor obținute cu sistemul video sunt prezentate mai jos:
• Luăm imaginile din folderul specific: Imaginile achiziționate pentru o secțiune de drum analizată vor fi salvate într-un folder specific numit cu codul secțiunii tronsonului rutier analizat. Cu ajutorul unei proceduri repetitive, fiecare imagine din folder va fi încărcată în aplicație și analizată, astfel încât rezultatele să fie salvate într-o bază de date independentă. A fost aleasă salvarea rezultatelor într-o bază de date independentă din cauza dimensiunii acestora, mai mică decât dimensiunea imagini, permițând salvarea unui volum mare de informații într-un spațiu mic. Datele salvate sunt folosite mai târziu pentru prelucrare sau statistici. În cazul în care a fost ales salvarea imaginilor brute, accesul la informațiile utile ar putea fi făcut numai după procesarea imaginilor. În caz contrar, în orice moment în care vom am avea nevoie de informații cu privire la drum vom avea nevoie de un alt software de procesare pentru procesarea imaginii.
Procedura de citire a imaginilor din folder (imagini numerotate de la 1 ÷ 24):
for k = 1:24
jpgFilename = strcat('image', num2str(k), '.jpg');
imageData = imread(jpgFilename);
end
Images dimension adjustmens (AOI) is achieved by the software that makes adjustments for received images to have the dimensions 1280×128. In case of replacing the video cameras for the transversal profile, will follow to give the possibility to user to cut the images at AOI. In this way, will be processed only the AOI part of the image, respective in this case laser line.
The determination of pixels with maximum glow. The overlapped image, acquired from video cameras of the transversal profile will be correct processed in order to extract the laser line. Thus, the image will be analyzed from left to right, and on every column will be detected the most glowing pixel in order to display him. If the image is color, since the lasers are red (660nm), the higher RGB value pixel will be detected for red color. The used cameras achieve only black and white images. For this, RGB coordinates of every pixel are equal, so the higher glowing pixel will be determined for any of the RGB coordinates.
Detection of the profile images. The used video camera is set in order that the image to complete cover the laser line. Thus, at images processing, the margins that don’t give useful informations will be deleted. The image margins will be delimited by a searching specific algorithm for left side of the image and also for the right side. The values recorded on the sides of image will be the same as noise, this simplify the removal procedure.
• Ajustarea Dimensiuni Imaginilor (AOI) se realizează prin software-ul care face ajustări pentru imaginile primite pentru a avea dimensiunile 1280×128. În caz de înlocuire a camerelor video pentru profilul transversal, se va urmări a da utilizatorilor posibilitatea de a reduce imaginile la AOI. În acest fel, va fi procesată doar partea AOI a imaginii, respectiv în acest caz linia laser.
• Determinarea pixelilor cu strălucire maximă. Imaginea suprapusă, achiziționată de la camerele video ale profilului transversal va fi corect prelucrată pentru a extrage linia laser. Astfel, imaginea va fi analizată de la stânga la dreapta, și pe fiecare coloană va fi detectat pixelul cel mai strălucitor în scopul de a-l afișa. Dacă imaginea este color, deoarece laserele au culoare roșie (660nm), valoarea pixelui mai mare RGB va fi detectat pentru culoare roșie. Camerele folosite realizează doar imagini alb-negru. Pentru aceasta, coordonatele RGB ale fiecărui pixel sunt egale, deci pixelul luminos mai mare va fi determinat pentru oricare dintre coordonatele RGB.
• Detectarea imaginilor de profil. Camera video utilizată este stabilită pentru ca imaginea să completeze linia laser. Astfel, la prelucrarea imaginilor, marjele care nu dau informații utile vor fi șterse. Marjele de imagine vor fi delimitate de un algoritm specific de căutare pentru partea stângă a imaginii și, de asemenea, pentru partea dreaptă. Valorile înregistrate pe părțile laterale ale imaginii vor fi la fel ca zgomot, aceasta simplifică procedura de ștergere.
Extragerea imaginilor din folderul specificat
THE EXTRACTION OF IMAGES FROM THE SPECIFIED FOLDER
The extraction of the images from the folder, according to the algorithm described in fig. 39, starts with a folder selection dialog, following which the folder is associated to a file list box FileListBox, that has a filter set to ‘*.jpg’ that selects only the files with this extension from the selected folder. All the files of this type found in this folder are inserted in the FileListBox.Items list. The number of these files can be found in the FileListBox.Count, while their names are found in FileListBox.Items.Strings. The list with the names of the files containing images is saved in the variable s of string type.
The procedure that implements this algorithm is presented below:
Extragerea imaginilor din folder, conform algoritmului descris în fig. 39, începe cu un dialog de selecție a folderului, după care acesta este asociat cu o cutie de listă de fișiere FileListBox, care are un filtru setat la "* jpg", care selectează numai fișierele cu această extensie din dosarul selectat. Toate fișierele de acest tip găsit în acest folder sunt introduse în lista de FileListBox.Items. Numărul acestor fișiere poate fi găsit în FileListBox.Count, în timp ce numele lor se găsesc în FileListBox.Items.Strings. Lista cu numele fișierelor care conțin imagini este salvat în s variabile de tip string.
Procedura care implementează acest algoritm este prezentată mai jos:
Procedure TFPP.ReadFolder;
var i: integer;
begin
for i:= 0 to FileListBox.Count-1 do s[i]:=FileListBox.Items.Strings[i];
end;
Fig. 30. Algoritmul pentru încărcarea de imagini din folderul specificat.
The algorithm for loading images from the specified folder.
The image load is done automatically, sequentially, in the following mode:
Încărcarea imaginii se face în mod automat, secvențial, în modul următor:
BitMap:=TJPEGImage.Create;
for i:= 0 to length(s)-1 do begin
Bitmap.LoadFromFile(s[i]);
Image1.Picture.Bitmap.Canvas.Draw(0,0,Bitmap);
end;
Ajustarea imaginii în zona de interes (AOI)
THE IMAGE ADJUSTMENT AT AREA OF INTEREST (AOI)
The image adjustment to fit the size of area of interest (AOI) is accomplished following the next algorithm (Fig. 31).
Ajustarea imaginii pentru a se potrivi dimensiunea zonei de interes (AOI) se realizează după următorul algoritm (Fig. 31).
Fig. 31. Algoritmul de ajustare în zona de interes.
The algorithm of adjustment to the area of interest.
The image height is checked if it is higher than the AOI height (AOIy). The image width is not checked since this is not modified. If the height is higher a mask – a rectangle with AOI size it will be created (Fig. 28 and 29). Then the area defined by the AOI rectangle from the original image (fig 28), denoted Image1, it is copyed into a new image (fig 29), denoted Image2.
The procedure that implements this algorithm is presented below:
Înălțimea imaginii este verificată dacă este mai mare decât înălțimea AOI (AOIy). Lățimea imaginii nu este verificată, deoarece aceasta nu este modificată. În cazul în care înălțimea este mai mare decât o mască – un dreptunghi cu dimensiunea AOI el va fi creat (figura 28 și 29.). Apoi zona definită de dreptunghiul AOI din imaginea originală (figura 28), notat Image1, se copiază într-o nouă imaginii (figura 29), notată Image2.
Procedura care implementează acest algoritm este prezentată mai jos:
Procedure TFPP.AdjustToAOI;
var AOIRect:TRect;
begin
if Image1.Picture.Bitmap.height > AOIy then
begin
AOIRect:=Rect(0,0,AOIx-1,AOIy-1);
Image2.Canvas.CopyRect(AOIRect,Image1.Canvas,AOIRect);
end;
end;
Determinarea clarității pixelilor
THE DETERMINATION OF THE BRIGHTEST PIXELS
The brightest pixels are determined according to the algorithm presented in Fig.32.
The procedure of this algorithm is presented below:
The image is scanned horizontally, from the colums 0 to AOIx-1;
The red component of the pixel colour (the laser line is red) is determined reading the pixel colour (C) for all AOIy pixels of the corresponding column and then is calculated C mod 256 (red component – R – is the less significant byte), keeping the maximum value (in vector maxP) and its position (in vector posP);
Finally the table containing the brightest pixels is stored in vector posP.
The procedure implementing this algorithm is presented bellow:
Cei mai clari pixeli sunt determinați conform algoritmului prezentat în Fig.32.
Procedura acestui algoritm este prezentat mai jos:
• Imaginea este scanată orizontal, de la coloane 0 la AOIx-1;
• Componenta roșie a culorii pixelilor (linia laser este roșu) este determinată prin citirea culorii pixelilor (C) pentru toți pixelii AOIy ai coloanei corespunzătoare și apoi se calculează C mod 256 (componenta roșie – R – este mai puțin semnificativ), menținând valoarea maximă (în vectorul maxP) și poziția sa (în vectorul posP);
• În cele din urmă tabelul care conține cei mai clari pixelii sunt stocați în vectorul posP.
Procedura de punere în aplicare a acestui algoritm este prezentat mai jos:
Procedure TFPP.Brightest;
var X,Y,P: integer;
begin
for X := 0 to AOIx-1 do
begin
maxP[X]:= Image2.Picture.Bitmap.Canvas.Pixels[X,0];
posP[X]:= 0;
for Y := 0 to AOIy-1 do
begin
P:= Image2.Picture.Bitmap.Canvas.Pixels[X,Y] mod 256;
if P > maxP[X] then
begin
maxP[X]:= P;
posP[X]:= Y;
end;
end;
end;
end;
The procedure applied to the laser line images may provide valuable guidance on needed adjustments. Below it is presented an acquired image with an unadjusted camera (Fig. 33) and the acquired image after the camera adjustments (Fig. 34).
In Fig. 35 the two images from the Fig. 33 and Fig. 34 are overlapped. Here is presented in red the image from the Fig. 34 (corresponding with the acquired image using unadjusted cameras) and in blue the image from Fig. 35 (corresponding with the acquired image using adjusted cameras).
Procedura aplicată pentru imaginile laser linie pot cuprinde indicații utile cu privire la ajustările necesare. Mai jos este prezentată o imagine achiziționată cu un aparat de fotografiat neajustat (Fig. 33) și imaginea obținută după ajustările camerei (Fig. 34).
În fig. 35 cele două imagini din Fig. 33 și Fig. 34 sunt suprapuse. Aici este prezentat în roșu imaginea din Fig. 34 (care corespunde cu imaginea obținută cu ajutorul camerelor neajustate) și în albastru imaginea din Fig. 35 (care corespunde cu imaginea obținută cu ajutorul camerelor ajustate).
Fig. 32. Algoritmul de determinare al clarității pixelilor
Algorithm determining the brightest pixels.
Fig. 33. Imaginea AOI cu camerele neajustate
AOI image with unadjusted cameras.
Fig. 34. Imaginea AOI cu camerele ajustate
AOI image with adjusted cameras.
Fig. 35. Graficul luminozități pixelilor; camere neajustate (roșu); camere ajustate (albastre).
The pixels brightness graph; unadjusted cameras (red); adjusted cameras (blue).
Detectarea limitelor de profil
DETECTION OF THE PROFILE LIMITS
Profile limits detection relies on the finding that usefull signal displays smooth modifications and even if it occures a sudden modification this have only one direction. On the contrary, the parasite light shows sudden jumps, with high amplitudes, sudden and frequent alternations. The algorithm is presented in Fig. 36, 37 and 38.
The procedure for profile limits detection is detailed bellow:
Detectarea limitelor de profil se bazează pe constatarea că semnalul folositor afișează modificări netede și chiar dacă se produce o modificare bruscă acesta avea doar o singură direcție. Dimpotrivă, lumina parazită arată salturi bruște, cu amplitudini mari, bruște și alternanțe frecvente. Algoritmul este prezentat în Fig. 36, 37 și 38.
Procedura pentru detectarea limitelor de profil este mai jos detaliată:
Procedure TFPP.FindLimits;
var i: integer;
begin
for i:= 0 to AOIx-1 do
steep[i]:= false;
sense:= steep;
clean:= dirty;
for i:= 0 to AOIx-2 do
begin
if (dirty[i+1]-dirty[i]) > mx do
begin
steep[i]:= true;
sense[i]:= true;
clean[i]:= 0;
end;
if (dirty[i]-dirty[i+1]) > mx do
begin
steep[i]:= true;
sense[i]:= false;
clean[i]:= 0;
end;
end;
lft:= 0;
while not steep[lft] do
inc(lft);
if steep[lft+1] then
if sense[lft] <> sense[lft+1] then
for i:= 0 to lft do
begin
clean[i]:= 0;
steep[i]:= true;
end;
rgt:= AOIx-1;
while not steep[rgt] do
dec(rgt);
if steep[rgt-1] then
if sense[rgt] <> sense[rgt-1] then
for i:= AOIx-1 downto lft+1 do
begin
clean[i]:= 0;
steep[i]:= true;
end;
end;
The vector dirty hosts the curve that should be processed („cleaned”), while the vector clean hosts the curve resulting from processing. lft is the profile left limit, and rgt is the profile right limit.
The maximum value, that discriminates the usefull signal from noise, is introduced through the variable mx. Its default value is 2. Boolean variables abrupt – which is true for a sudden jump and false otherwise –and direction – which is true when the jump shows a rise and false when the jump shows a decrease are generated.
Vectorul murdar găzduiește curba care se prelucrează ("curățat"), în timp ce vector curat găzduiește curba rezultată din prelucrare. lft este limita profilului stâng, și rgt este limita profilului drept.
Valoarea maximă, care discriminează semnalul util de zgomot, este introdus prin variabila mx. Valoarea implicită este 2. Variabilele booleene bruște – care este valabil pentru un salt brusc și direcție falsă -și direcția- ceea ce este adevărat, atunci când sari arată o creștere și fals atunci când sari arată o scădere sunt generate.
Fig. 36. Algoritmul pentru detectarea limitelor de profil. Pagina 1
Algorithm for profile limits detection. Page 1.
Fig. 37. Algoritmul pentru detectarea limitelor de profil. Pagina 2
Algorithm for profile limits detection. Page 2.
Fig. 38. Algoritmul pentru detectarea limitelor de profil. Pagina 3
Algorithm for profile limits detection. Page 3.
6.CONCLUZII
profilului transversal al suprafetei de rulare a suprafetei căilor rutiere În echipamentul propus campul de vedere al camerei video de tip “area scan” cat si faciculele plane a celor doua surse laser de marcaj cu emisie continua sunt mentinute in permanenta pe directie verticala, evitându-se astfel problemele legate de sincronizarea campului de vedere al camerei video cu fasciculele laser.
Totodata, orientarea pe directie verticala a campului de vedere al camerei video, elimina posibilitatea ecranarii unor defectiuni ale carosabilului in spatele unor deformatii cu elevatii mai inalte, ecranări care pot apare la metodele in cadrul carora axa camerei video este inclinata cu un anumit unghi fata de verticala. Orientarea pe directie verticala a fasciculele laser asigura ca marcajele realizate pe suprafata carosabilului sa se mentina in respectivul plan vertical. si sa nu prezinte o forma neregulata care urmareste in spatiu curbele neregularitatilor de drum.
Pentru a reduce, atat gabaritul general al echipamentului, cat si costurile acestuia, se propune utilizarea unei singure camere video de tip “area scan” prevazuta insa cu un obiectiv optic de tip anamorfic, respectiv cu un obiectiv care prezinta valori diferite pentru distantele focale ale celor doua axe perpendiculare ale campului de vedere, astfel incat acest camp sa fie mai extins pe directia transversala a suprafetei de drum, atat cat este necesar pentru a acoperi cu o singura camera video, latimea de prelevare propusa. Totodata, utilizarea unei singure camere video, evita dificultatile de corelare a profilelor transversale, dificultati care pot apare in cazurile in care aceste profile sunt prelevate de doua sau de mai multe camere video.
Intrucat echipamentul nu prevede componente aflate in miscare de rotatie sau oscilatorie, este posibil sa se utilizeze la valoarea sa maxima frecventa cu care camera video poate prelua cadrele de imagine. Avand in vedere acest fapt, se prevede instalarea pe o axa de iesire a cutiei de viteze a vehiculului laborator a unui traductor odometric reglat astfel incat sa furnizeze un semnal extern pentru declansarea unui cadru de imagine a camerei video in fiecare moment in care vehiculul laborator a parcurs o distanta dubla celeia care exista intre cele doua linii marcate cu laser. In acest mod se asigura ca operatia de prelevare a profilelor transversale de drum sa se efectueze la intervale egale de alungul drumului, independent de viteza de deplasare a vehicului, in conditiile in care aceasta viteza nu depaseste limita impusa de frecventa de declansare a cadrelor de imagine.
Asamblarea elementelor echipamentului intr-un montaj static, fix, fara a utiliza componente de antrenare in miscare de rotatie sau oscilatorie, conduce la o constructiei simpla, robusta si cu un gabarit relativ redus.
ANEXA 1
PARAMETRII PROFILULUI TRANSVERSAL
Conform SR EN 13036-8:2008 Caracteristici ale suprafeței drumurilor și pistelor aeroporturilor. Metode de încercare. Partea 8: Determinarea indicilor de planeitate măsurată în direcție transversală
Panta X
Carosabilele sunt proiectate cu o anumită pantă pentru condiții de securitate a traficului, în special în scopul drenajului apei și a trecerii în siguranță a curbelor cu raze diferite. Panta X este definită ca unghiul format între orizontală și rigla dreaptă regresivă fixă a profilului transversal care trece prin cel puțin 7 puncte de măsurare de-alungul profilului. În literatura de specialitate aceasta este definiția liniei de regresie. Carosabilele noi pot fi măsurate cu o riglă dreaptă conform descrierii din anexa A a prezentului standard (pct. c lucrare).
Neregularitățile, I
Neregularitățile pot fi cauzate de straturi improprii și/sau compactarea acestora în faza de construcție sau deformări cauzate de trafic, îmbrăcămintea carosabilului sau mișcarea straturilor inferioare în condițiile normale de utilizare a carosabilului.
Înălțimea treptei, IS
Principiul de calcul al înălțimii treptei este prezentat în Fig. A1.1.
Fig.A.1.1. Profilul transversal al suprafeței carosabilului care indică înălțimea treptei, IS
Creasta/umflătura, respectiv IR, ID
Creasta este definită ca distanța între o riglă (linie) dreaptă de referința și cel mai înalt punct al crestei – Fig. A.1.2.
Când raportul I/p>1 atunci se consideră că este o creastă, la un raport mai mic corespunde o umflătură.
Pentru calculul înfundăturilor poate fi folosit același principiu, cu diferența că se măsoară distanța între rigla de referință dreaptă și cel mai adânc punct al înfundăturii.
Fig. A.1.2. Profilul transversal al suprafeței carosabilului care indică înălțimea crestei IR
Prăbușirea marginii, IE
Principiul de calcul al prăbușirii marginii, IE este prezentat în Fig.A.1.3.
Fig.A.1.3. Profilul transversal al suprafeței carosabilului care indică prăbușirea marginii IE
Adâncimea făgașului, R
Făgașele în suprafața carosabilului se manifestă ca o adâncitură (depresiune) continuă în direcție longitudinală în aria căii de rulare a roților.
Pentru siguranța traficului adâncimea făgașului, ca și adâncimea teoretică a apei, este limitată la o valoare certă pentru evita acvaplanarea în condiții de umiditate și pentru a asigura o stabilitate laterală a vehiculelor cu trailer-e (în special la schimbarea benzilor).
Adâncimea făgașelor este determinată pe fiecare cale de rulare a roții. În situațiile generale, cu două căi de rulare a roților pe bandă, valorile adâncimilor făgașelor sunt notate cu RL și RL (Fig. A.1.4). În țările în care cauciucurile cu crampoane sunt folosite la mai mult de două căi de rulare pe banda pot apărea la îmbrăcămintea carosabilului deformații de la traficul greu. Localizarea oblică a roților diferă la traficul greu față de vehiculele standard.
Adâncimea făgașului este definită ca cea mai mare deviație a profilului transversal al suprafeței carosabilului și o linie dreaptă virtuală de referință de lungime L care „alunecă” pe suprafața profilului în limitele lățimii de analiză, prin lăsarea unei margini a făgașului către cealaltă margine a acestuia. În literatura această metodă este adesea cunoscută ca „metoda liniei drepte”.
În mod uzual lungimea liniei drepte virtuale este de 1.5m până la 2.0m (aproximativ jumătate din lățimea unei benzi). Lungimea liniei drepte de referință virtuală trebuie să fie menționată alături de rezultatele obținute.
Fig. A.1.4. Profilul transversal al suprafeței carosabilului care indică adâncimile făgașelor dreapta și stânga, RL și RR; 1- linia dreaptă virtuală.
Fig. A.1.5. Profilul transversal al suprafeței carosabilului care indică câteva neregularități (adâncimea maximă a făgașului: RL și RR); 1- linia dreaptă virtuală
Adâncimea teoretică a apei, W
Principiul de calcul al adâncimii teoretice a apei este prezentat în Fig.A.1.6. Aceasta poate fi calculat separat pentru ambele căi de rulare.
Fig.A.1.6. Profilul transversal al suprafeței carosabilului care indică calculul adâncimii apei teoretice pe calea de rulare a roții stânga și respectiv dreapta, WL și WR;1- gravitate
c. Metode de determinarea a neregularităților suprafeței carosabilului cu ajutorul riglei drepte
c.1 Metoda de determinare a pantei
Panta este definită ca unghiul dintre orizontală și o riglă dreaptă plasată pe suprafața carosabilului, perpendicular pe centrul liniei.
c.2 Metoda determinării crestelor, IR
Rigla dreaptă standard poate fi folosită pentru măsurarea înălțimii crestelor (Fig. 1.14). Punctul de mijloc al riglei drepte trebuie plasată pe vârful cel mai înalt al crestei. Se măsoară distanța verticală între capatul riglei drepte și suprafață, H1. Înălțimea crestei poate fi determinată din punct de vedere geometric ca fiind jumătatea înălțimii de capăt. Pentru a evita situațiile când rigla de referință nu este orizontală trebuie măsurată și înalțimea în punctul opus al crestei, H2. Înălțimea crestei este determinată astfel ca jumătatea mediei celor două citiri: (H1+H2)/4.
Fig.1.14. Măsurarea înălțimii crestei folosind rigla dreaptă: 1) rigla dreaptă, 2) punct de mijloc, 3) referința, 4) înălțimii crestei, IR
ANEXA Nr.3
Anexa nr.4
PRINCIPALELE APARATE "MULTIFUNCȚIONALE"
ANEXA NR.5
PRINCIPALII INDICI DE CUANTIFICARE A PLANEITĂȚII SUPRAFEȚEI DE RULARE ÎN PLAN LONGITUDINAL
(*) în cazul releveelor determinate cu APL, lungimile de undă mai mari de v/0.3 m (v=viteza de măsurare în m/ s) sunt filtrate;
(**) Există în USA (Texas) o versiune particulară a Qlr a căror rezultate sunt exprimate în inch/min.; el este denumit MO și bazele de filtraj sunt b1=1.22 m și b2=4.88 m.
http://www.ims-rst.com/data-collection.shtml
Anexa
RADIAȚIA LASER – GENERARE, PARAMETRII ȘI PROPRIETĂȚI
Laser – generalități
În 1917 A. Einstein a stabilit relațiile analitice ale emisiei stimulate a luminii, aspectele teoretice, pe baza cercetărilor referitoare la radiații făcute de M. Plank.
Mai târziu, în 1953 au fost concretizare bazele teoretice ale efectului LASER de cercetătorii: Nicolay Gennadiyevich Basov, Aleksandr Mikhailovich Prokhorov și Charles H. Townes, primii doi de la Lebedev Institute for Physics Akademija Nauk din Moscova și cel de-al treielea de la Massachusetts Institute of Technology din Cambridge. Aceștia au fost recompensați in 1964 cu premiul Nobel pentru cercetările fundamentale în domeniul electronicii cuantice ce au stat la baza la construirii oscilatoarelor și a amplificatorilor bazați pe principiul maser-laser.
Townes și colaboratorii săi au construit în anul 1954 un dispozitiv pentru amplificarea microundelor. Aceștia au realizat inversiunea populaților a două nivele energetice ale moleculelor de amoniac cu ajutorul unui câmp electric. Prin dirijarea undelor ultrascurte asupra moleculelor, Townes a reușit să amplifice semnalele electrice foarte slabe, aproape imperceptibile. Astfel s-a născut primul amplificator cuantic, maserul. Inițialele cuvintelor englezești microwave amplification by stimulated emission of radiation au stabilit denumirea „maser”.
Prin urmare faptul că efectul laser a fost aplicat pentru prima oară în regiunea microundelor nu este o coincidență. Emisiile spontane sunt proporționale cu cubul frecvenței de tranziție și pot fi neglijate (în această porțiune a spectrului fiind mici) în comparație cu alte procese ca emisiile stimulate și absorbția. Din această cauză inversiile populațiilor se obțin ușor cu o energie mică. În moleculele de amoniac inversia populațiilor se obține prin separarea fizică a particulelor aflate pe nivele energetice inferioare de cele aflate pe nivele energetice superioare.
În 1958 Townes a demonstrat că și undele luminoase pot fi amplificate prin emisie stimulată, nu numai microundele. Mulți cercetători au început să ia în considerare crearea unor aparate bazate pe maser datorită posibilității acțiunii acestuia și în spectrul infraroșu și chiar și în spectrul vizibil. Se credea în aceea perioadă că aparatele de acest tip vor folosi gaz. Maiman a construit, în anul primul maser optic cu un cristal sintetic de rubin pompat cu pulsuri flash, numit ulterior laser (light amplification by stimulated emission of radiation). Prin intermediul acestuia a fost posibila observarea fenomenului de amplificare prin emisie stimulată a radiației vizibile roșii cu lungimea de undă de 0,6943 m.
Inițial s-a crezut ca pompajul optic va fi ineficient, dar acest lucru se întîmpla doar pentru ioni cu rezonanță mică (ca cei din gaze sau plasmă). Pentru o valoare a energiei de pompare peste un anumit prag se realizează o inversie a populațiilor care trec de la o stare neutră la un nivel metastabil. Dacă laserul se realizează în interiorul unui rezonator optic, performanțele acestuia cresc mult.
Dacă primul laser creat de Maiman în 1960 era un laser de pulsație datorită necesității unei energii de pompare mare si disipării căldurii, Nelson și Bozle au construit primul laser continuu cu rubin în 1962 prin folosirea unei lămpi cu arc în locul lampii-bliț. Ulterior, in cadrul unor laboratoare de cercetare a început experimentarea cu succes și a altor lasere optice care aveau alte metale rare (ca Nd, Pr, Tm, Ho, Er, Yb, Gd și chiar U).
Fizicianul iranian Ali Javan a construit în anul 1960 primul laser cu gaz (amestec de heliu și neon) care emitea o lungime de unda in domeniul infraroșu apropiat (1,15 m ). Laserele actuale cu He-Ne emit în general la 633nm in domeniul vizibil.
În diverse procese de fabricație (perforare, tăiere, sudură, tratare termică) sunt folosite laserele cu CO2 de mare putere.
În anul 1962 a fost realizat primul laser cu gaz (He-Ne) din Romania de către o echipă de cercetători condusă de prof. Ion. I. Agârbigeanu, pe baza cercetărilor inițiate în domeniul amplificării cuantice a luminii. Astfel, Romania a fost primtre țări din lume în care s-au realizat lasere.
4.1.1.
i.) Principiul de functionare al laserului
Principalul fenomen care stă la baza funcționarii unui laser este emisia stimulată, studiul acesteia bazându-se pe modul în care are loc emisia și absorbția luminii. Aceste fenomene sunt considerate a fi legate de organizarea materiei, la nivel atomic și molecular, sub formă de substanță. Un sistem atomic este alcătuit din sarcini negative și pozitive care, prin intermediul câmpului electromagnetic, interacșionează între ele.
Sunt două teorii care permit studiul emisiei și absorbției luminii:
teoria cuantică
teoria electromagnetică a luminii.
Emisia stimulată sau emisia indusă stă la baza fenomenului de amplificare laser.
Modelul cuantic al luminii precizează că un sistem atomic poate să emită sau să absoarbă o cuantă de energie “hν” numai când acesta are măcar doua nivele energetice (din care cel puțin unul din ele trebuie să fie populat) E1 și E2 > E1.
Astfel, energia cuantei absorbite va fi:
(4.1)
în care hν reprezintă energia cuantei iar E1 și E2 energiile celor doua nivele atomice.
Acțiunea unei cuante de energie face ca o parte din sistemele atomice aflate pe nivelul E1 să absoarbă energie și să treacă pe nivelul energetic E2.
Dacă nivelul E1 este populat are loc absorbția, dar se poate întâmpla ca tranziția dintre cele două nivele să fie interzisă de faptul că variația numărului de sisteme atomice în timp depinde de probabilitatea de tranziție.
Fig.4.1 Fenomen de absorbtie
Când un sistem atomic se află într-o stare excitată (corespunzătoare unui sistem energetic superior, de exemplu E2) el tinde să redevină în starea fundamantală E1 în mod spontan după un timp mediu, numit durată de viață a tranziției între nivelele energetice E1 și E2.
Fig.4.2 Emisie spontana
Pentru revenirea pe nivelul energetic inferior se pierde energie, energie care poate fi tradusă și prin emisia unui foton. Prin emisie spontană nivelul E1 se populează pe seama depopulării nivelului energetic superior E2. Emisia spontană are două caracteristici esențiale care o diferențiază de emisia forțată (sau indusă):
durata medie de viață care are o valoare cuprinsă între 10-9 si 10-7 s pentru majoritatea sistemelor atomice.
este emisia unei unde nepolarizate, lipsită de coerență.
Emisia spontană în lasere trebuie evitată pe cât posibil deoarece strică calitatea radiației emergente.
Einstein a emis în 1917 ipoteza că există și o emisie stimulată (indusă) care duce la depopularea nivelului energetic E2, pe lângă procesele de emisie spontană și absorbție.
Fig.4.3 Emisie indusă
Deoarece se realizează doar sub acțiunea unor cuante de energie cu aceeași energie ca și cuanta emisă stimulată, emisia stimulată este un proces rezonant, prin care se obține o amplificare a fasciculului incident cu un grad de coerență și de polarizare mare.
Laserul este un dispozitiv de inaltă complexitate, iar mediu sau activ poate fi solid, lichid sau gazos. Prin pompare electrica sau optica, mediul activ, avand o compozitie chimica bine definita, primește energie din exterior. Astfel, mediul pompat ajunge la inversie de populație, adică să aibă pe stările de energie superioare mai mulți electroni. Intr-un material activ care conține sisteme atomice cu 3 nivele energetice (E1 – nivelul fundamental, E2, E3 > E1 – nivele superioare excitate) inversia de populație se realizează dacă:
Poate exista o tranziție laser E3→ E2 cu E3 nivel metastabil (timp de viață mare) și E2 are durată de viață cea mai scurtă ceea ce face posibilă tranziția neradiativă (relaxare) rapidă a sistemelor de pe nivelul E2 pe nivelul fundamental E1. În acest fel se asigură o inversiune de populație între E2 și E3 dacă se realizează un pompaj între E1 și E3 (Fig.4.4a). Un astfel de sistem poate funcționa în mod continuu.
Se poate obține o inversie de populație și între nivele energetice E2 și E1 dacă, de exemplu, nivelul E3 corespunde unei benzi largi de absorbție cu un timp de viață foarte scurt în timp ce nivelul energetic E2 este metastabil. Tranziția laser are loc între nivelele energetice E2 și E1 în timp ce pompajul se realizează tot între E1 și E3 ((Fig.4.4b). Obținerea inversiei de populație în acest mod este utilizată în cazul clasic al laserului cu rubin.
Fig.4.4 Inversie de populatie pentru un sistem cu 3 nivele energetice
Fasciculul de lumină care trece prin mediul activ al sistemului este amplificat prin dezexcitarea stimulată, proces în care un foton care interacționează cu un atom excitat determină emisia unui nou foton. Fiecare nou foton emis se va propaga pe aceeași direcție, cu aceiasi parametri: lungime de undă, fază și stare de polarizare. Astfel, prin emisie spontană se obține un fascicul cu un număr imens de fotoni, avînd aceleași caracteristici cu fotonul inițial, ceea ce determină caracteristica de coerență a fasciculelor laser.
Cavitatea rezonantă are rolul de a amplifica undele electromagnetice pentru anumite valori ale frecvenței. Prin utilizarea unei cavitați rezonante se poate mări eficiența emisiei laser prin:
Mărirea drumului optic al undei electromagnetice prin mediul optic amplificator;
Interferența constructivă între undele din interiorul cavității rezonante având ca efect obținerea unei noi amplificări a undei;
Selectarea unor anumite frecvențe de oscilație datorită proprietăților de amplificare selectivă a rezonatorului;
Realizarea unui feed-back ce permite un control mai bun al emisiei (în regim pulsat sau continuu);
Obținerea unui fascicul foarte îngust cu o împrăștiere mică datorită focalizării în interiorul cavității rezonante;
Construirea unui laser propiu-zis necesită tehnologii complexe și specifice caracterizate de o precizie ce depășește cele mai severe cerințe din practica obișnuită.
Laserul creat de Maiman în 1960 a fost un laser cu mediu solid, în principal, dintr-un cristal cilindric ce constituie mediul amplificator, două oglinzi paralele, argintate sau aurite și un tub de descarcare, în forma de spirală, umplut cu un gaz nobil și conectat la un condensator de mare capacitate. Avalanșa de fotoni, toți de aceeasi lungime de undă, poate părăsi instalația prin oglinda parțial transparentă, propagându-se în linie dreaptă și paralelă cu axul cristalului sub forma unui fascicul laser. Radiația care iese prin oglinda semitransparentă este roșie, având aceeași lungime de undă cu radiația roșie care a patruns în cristal, dar mult amplificată față de aceasta. Randamentul laserului cu mediu activ solid este destul de mic, deoarece din toată energia consumată de tubul de descarcare doar o mică parte din ea se regasește în energia fasciculului laser.
4.1.2. Proprietatile radiatiei laser
Fasciculele laser sunt caracterizate de următoarele proprietăți:
Monocromaticitatea
Monocromaticitatea este una dintre cele mai importante proprietăți ale semnalului emis de laser, ea este în esență proprietatea laserelor de a emite lumină de o singură culoare, de o puritate fantastică, într-un domeniu spectral deosebit de îngust: 0,01 ÷ 10 nm. Lumina apare ca urmare a tranziției atomilor de pe un nivel energetic superior pe un nivel energetic inferior. În situația în care aceste niveluri de energie sunt perfect definite, lumina emisa este formată din fotoni de frecvențe bine determinată. Atunci când trecem printr-o prismă o rază de lumină, fotonii de frecvențe diferite se separă, obtinându-se raze mono cromatice. Ca urmare a modului de funcționare, prin care un număr mic de fotoni este multiplicat prin „copiere” exactă, laserele au un spectru de emisie foarte îngust. În anumite cazuri spectrul este atât de încât fasciculul își păstrează relația de fază pe distanțe foarte mari, ceea ce permite folosirea laserelor în metrologie, mai exact prin interferometrie, pentru măsurarea distanțelor cu o precizie extrem de bună.
Direcționalitatea
Prin direcționalitate întelegem proprietatea laserului de a emite într-o singură direcție (unidirecționalitate). Datorită formei speciale a cavității de rezonanță, undele se reflectă de un număr foarte mare de ori de suprafețele reflectante, de la capete și deci sunt amplificate numai acele unde care propagă paralel cu axa cavității rezonante, celelalte unde după un număr mic de reflexii se vor pierde prin pereții laterali.
În ceea ce privește fasciclul laser, acesta se caracterizează printr-un unghi de divergență foarte mic. Unghiul de divergență (de deschidere) al fascicolului poate fi adus până la cea mai mică valoare posibilă permisă de difracția luminii.
Laserele cu mediu activ gazos au unghiul de divergență, de obicei, sub un minut, ceea ce înseamă că direcționalitatea emisiei laser este foarte bună și depinde de felul de obținere a radiației laser. De exemplu direcționalitatea tipică pentru laserul cu He Ne este de 10ˉ³ radiani.
Pentru laserele cu mediu activ corp solid, divergența este mult mai mare, putând ajunge la ordinul gradelor pentru laserul cu semiconductoare. În timp ce lumina unei surse obișnuite (bec cu incandescență, tub fluorescent, lumina de la Soare) cu greu poate fi transformată într-un fascicul paralel cu ajutorul unor sisteme optice de colimare, lumina laser este în general emisă de la bun început sub forma unui fascicul paralel.
Aceasta se explică prin acțiunea cavității optice rezonante de a selecta fotonii care se propagă paralel cu axa cavității. Astfel, în timp ce un reflector obișnuit de lumină, orientat de pe Pămînt spre Lună, luminează pe suprafața Lunii o suprafață de aproximativ 27.000 km în diametru, fasciculul unui laser nepretențios cu heliu-neon luminează pe Lună o suprafață cu diametrul mai mic de 2 km. Folosind laseri mai performanți și avînd la dispoziți pe suprafața Lunii retroreflectoare (colțuri de cub, care reflectă lumina incidentă pe aceeași direcție) a fost posibilă determinarea cu foarte mare precizie a distanței de la Pămînt la Lună.
Coerența
În cadrul radiației laser, spre deosebire de sursele de lumină obijnuite care emit radiație necoerentă, fenomenele se petrec cu totul deosebit decât în cadrul surselor clasice, deși avem de-a face cu sistemele de atomi și nu cu un atom. Fenomenul de emisie stimulată se produce cu cea mai mare probabilitate de rezonantă, atunci când frecvența fotonului emis este egală cu a celui stimulator.
Intensitatea
Radiația laser este remarcabilă și prin posibilitatea de concentrare neobișnuit de mare a energiei luminoase în spațiu.Intesitatea emisiei laser este strâns legată de puritatea spectrală (de culoare) a radiației emise precum și de concentarea energiei pe o singură direcție în fascicule extreme de înguste.
4.1.3 Clasificarea laserelor
Clasificarea laserelor se poate face după:
Natura mediului activ (solid, lichid, gazos);
Puterea emisă;
Domeniul de lungimi de undă al radiației emise;
Modul de funcționare (continuu sau în impusuri);
Primul criteriu de clasificare a laserelor se referă la mediul activ în care au loc procesele de pompaj și de emisie stimulate. Astfel, laserele pot fi clasificate în:
Lasere cu mediul activ solid sunt laserele cu rubin, laserele cu ioni de neodim și laserele cu cristal dopat cu neodim. Laserele cu mediul activ solid pot fi folosiți pentru obținerea impulsurilor optice ultrascurte, pe durate de ordinul nanosecundelor.
Laserele cu lichid au ca mediu activ chelați organici și coloranți. Pentru laserele cu coloranți, mediul activ este format dintr-o substanță fluorescentă dizolvată într-un solvent (alcool) iar lărgimea spectrală a radiație emise este de ordinul sutelor de angstromi, putând fi selectată lungimea de undă dorită.
Laserele cu gaz se împart în trei categorii: laserele atomici care au ca mediu activ gaze în stare atomică (laserul cu heliu-neon, cu oxigen, cu azot, etc), laseri moleculari pentru care mediu activ este un gaz în stare moleculară sau vapori ce emit radiații în infraroșu dar și în vizibil și laseri ionici pentru care funcționarea se bazează pe tranzițiile electronice între nivelele ionice ale substanțelor ionizate (laser cu argon ionizat, cu halogeni, cu azot,etc)
Cunoscând natura mediului activ al laserului se poate proiecta modul de realizare a pompajului laser. În plus se cunoaște foarte bine între ce nivele energetice ale sistemelor atomice se realizează emisia stimulată și de aici lungimea de undă a emisiei laser. Se ajunge astfel la un alt criteriu de clasificare a laserilor și anume
domeniul lungimii de undă a radiației emise:
Lasere cu emisie în domeniul vizibil (Rubin 694 nm, He-Ne 633 nm)
Lasere cu emisie în domeniul infraroșu: lasere cu CO2 (10600nm), YAG:Nd (1064 nm);
Lasere cu emisie în spectrul vizibil: lasere cu Ar (514 nm);
Lasere cu excimeri cuemisie în ultraviolet: (ArF 193 nm KrF 248 nm, XeCl 308 nm);
Lasere cu emisie în domeniul radiatiilor X;
după timpul de emisie al radiației utile:
Lasere cu emisie in continuu;
Lasere pulsate (tabelul 1.1): radiația utilă este emisă în pulsuri cu perioade care pot să ajungă până la valori foarte mici de ordinul femtosecundelor.
Anexa
Tab.4.2 Principale caracteristici ale camerei TCE-1304-U
* Frecvența cadrelor este corelată cu timpul de expunere. Când timpul de expunere este setat la 0,1 ms, camera poate atinge 138 scanări / secundă.
Această cameră se potrivește foarte bine cerințelor (vezi Tab.4.1). Astfel performanța (εL) va fi în jurul valorii țintă (0,3 mm).
Fig.4.2. Camera Mightex TCE-1304-U
Din punctul de vedere al răspunsului spectral camera aleasă este corespunzătoare, răspunsul relativ la 640 nm (lungimea de undă a laserului utilizat) fiind în jur de 93%.
Fig.4.3 Răspunsul spectral al camerei TCE-1304-U Mightex.
Fig.4.4 Exemplul a interfeței grafice utilizator pentru camera TCE-1304-U Mightex.
Interfața grafică utilizator poate fi dezvoltată fie în VC++ sau în Delphi.
Anexa
Obiectivul corespunzător cerințelor este de tip Pentax, f = 35mm F/2.8, F Mount.
Fig.4.5 Obiectivul Pentax, 35mm, F/2.8, Montură F
Caracteristicile obiectivului Pentax ales sunt următoarele (Tab.4.3):
Tab.4.3 Caracteristicile obiectivului Pentax
Anexa
Camera care să corespundă cerințelor menționate anterior este: MatrixVision mvBlueCOUGAR-X122C, ale cărei caracteristici principale sunt prezentate în Tab.4.7.
Tab.4.7 Caracteristicile principale ale camerei
MatrixVision mvBlueCOUGAR-X122C
Camera trebuie să fie prevăzută cu obturator global pentru a evita pătarea imaginii la viteze mari. Din același motiv timpul de expunere trebuie să fie mic. La o viteză de deplasare a vehicului cu 25 m/s (90 km/h) și un timp de expunere de 20 μs, vehiculul se deplasează cu 0,5 mm, valoare acceptabilă.
Fig. 4.15. Camera MatrixVision mvBlueCOUGAR-X122C
Fig.4.16 Sensibilitatea senzorului camerei MatrixVision mvBlueCOUGAR-X122C
Anexa
Fig.4.21 Caracteristicile principale ale acestuia sunt prezentate în Tab.4.10.
Tab.4.10 Principalele caracteristici ale obiectivului SY125M
Focala de (1.28 mm) și câmpul de vedere (137º) satisfac cerințele camerei. Rezoluția (5 MPixels) este îndeajuns de mai mare decât cea a senzorului (1.3 MPixels), astfel încât să fie asigurată acuratețea. Montura de tip CS se potrivește cu cea a camerei care trebuie comandată cu această opțiune.
Fig.4.21 Obiectivul SY125M
BIBLIOGRAFIE
SR EN 13036-1:2010 – Caracteristici ale suprafețelor drumurilor și pistelor aeroportuare. Metode de încercare. Partea 1: Măsurarea adâncimii macrotexturii suprafeței îmbrăcăminții prin tehnica volumetrică a petei
SR EN 13036-6:2008 – Caracteristici ale suprafețelor drumurilor și pistelor aeroportuare. Metode de încercare. Partea 6: Măsurarea profilelor transversale și longitudinale în domeniul lungimii de undă al planeității și macrotexturii
SR EN 13036-7:2004 – Caracteristici ale suprafețelor drumurilor și pistelor aeroportuare. Metode de încercare. Partea 7: Măsurarea denivelărilor straturilor de rulare ale drumurilor: încercarea cu dreptar
SR EN 13036-8:2008 – Caracteristici ale suprafeței drumurilor și pistelor aeroporturilor. Metode de încercare. Partea 8: Determinarea indicilor de planeitate transversală
SR EN 13473-1:2004 – Caracterizarea texturii îmbrăcăminții unei structuri rutiere plecând de la releveele de profil. Partea 1: Determinarea adâncimii medii a texturii.
CD 155 -2000 – Ministerul transporturilor – Administrația Națională a Drumurilor – Condiții tehnice pentru stabilirea stării tehnice a suprafeței părții carosabile la drumuri
Brevet de invenție nr. RO126153B1, cu titlul: « Metodă și echipament pentru testarea în regim dinamic a profilurilor longitudinale ale arterelor rutiere», autori: Stoica Axente, Savastru Dan, Tăutan Marina Nicoleta, Vilceanu Liviu Dragoș, Bănică Cosmin Karl
Brevet de inventie nr. RO122929B1, cu titlul: « Echipament mobil pentru prelevarea video automată a suprafeței arterelor rutiere », autori: Savastru Roxana, Savastru Dan, Stoica Axente, Tautan Marina Nicoleta, Petcu Daniel
Brevet de invenție MMS
Sayers, M. W. and S. M. Karamihas, “The Little Book of Profiling,” University of Michigan Transportation Research Institute, Ann Arbor, MI, September, 1998.
The international roughness index (IRI): What is it? How is it measured? What do you need to know about it?, R&T Update – Concrete Pavement Research & Tehnology, Number 3, 07 August 2002
ASTM E1364 – 95(2012) – Standard Test Method for Measuring Road Roughness by Static Level Method
ASTM E1489 – 08(2013) – Standard Practice for Computing Ride Number of Roads from Longitudinal Profile Measurements Made by an Inertial Profile Measuring Device
https://ceprofs.civil.tamu.edu/lytton/Spring2003-CVEN646/RoadRoughness.pdf
Gillespie, T.D., Sayers, M.W., and Segel, L., “Calibration of Response-Type Road Roughness Measuring Systems.” NCHRP Report. No. 228, December 1980
GMR road Profilometer a Method forMeasuring Road Profile, E B Spangler and W J Kelly, Highway Research Record, vol 121, Washington,DC, 1966, pp 27-54
Raj Mallela, Hanqing Wang, “Harmonising Automated Rut Depth Measurements – Stage 2”, Land Transport New Zealand Research Report 277 / 2006
William J. Hughes Technical Center, Atlantic City, NJ, USA – Federal Aviation Administration, contract nr. DTFA03-93-C-0021
U.S. Patent No. 4571695, Non-contact road profilometer and deflection meter, Elton; David J., Harr Milton E
2003 U.S. Patent No. 2003/0000097 A1, Method for measuring the profile of a road, Daniel-Marc Docros
“Pavement roughness evaluations using a Mays Ride Meter”, Croteau, J. R., Final Report New Jersey State Dept. of Transportation, Trenton. Div. of Research and Demonstration, 06/1981
SOUTH DAKOTA PROFILOMETER, http://worldcat.org/issn/03611981
“Evaluation of lightweight non-contact profilers for use in quality assurance specifications on pavement smoothness”, Donald A. Larsen, Conecticut Department of Transportation, dec.1999
Liteweight Inertial Surface Analyser (LISA) “Evaluating Pavement Surfaces:LISA and RQI”, Research Record, Issue Number 79, Materials and Technology, June1996
http://www.intlcybernetics.com/files/profiling/road_profiler_brochure.pdf (Lightweight Profiler – International Cybernetics Corporation)
MTAG Volume II, Rigid Pavement Preservation 2nd Edition, Caltrans Division of Maintenance, chapter 2, Surface Characteristics, July 10, 2007
http://www.pathwayservices.com/inertial_road_profiler.shtml
http://www.mastrad.com/rombas.htm
http://www.ncat.us/facilities/automatic-road-analyzer.html
http://www.lpcb.org/index.php/component/docman/doc_view/191-2003-new-zealand-standardizing-rut-depth-measurements?Itemid=
http://www.mrr.dot.state.mn.us/research/apt/data/gs01-01.pdf
http://www.pavemetrics.com/en/lrms.html
http://www.pavemetrics.com/en/lris.html
“Three-dimensional infrared laser vision system for road surface features analysis”, roc. SPIE 4430, ROMOPTO 2000: Sixth Conference on Optics, (29 June 2001); doi: 10.1117/12.432808
U.S. Patent no. 4653316, Apparatus mounted on vehicles for detecting road surface conditions, Toshihiko Fukuhara
United States Patent no. 4878754 – “Method of and Apparatus for Measuring Irregularities of Road Surface” U.S. Patent no. 4878754, Method of and apparatus for measuring irregularities of road surface, Homma Kazuya, Nogi Hiroshi, Yamada Koichi, Kitazume Masahiro, Uzawa Masamitsu, Aoki Makoto
United States Patent no. 5745225, “Apparatus for Measuring a Shape of Road Surface”
“Ladar” a fost realizat de către compania Phoenix Science
Scanerul pentru Profilul Carosabilului (PPS – Pavement Profile Scaner) realizat de compania Mandli Communications, Inc.
cadrul Proiectului HR-1081 sponsorizat de Federal Highway Administration, the Iowa Department of Transportation
NRC 3D Technology for Museum and Heritage Applications, J. Taylor, J.-A. Beraldin, G. Godin, L. Cournoyer, R. Baribeau, F. Blais, M. Rioux, J. Domey, The Journal of Visualization and Computer Animation, Vol.14, Issue 3, pg. 121–138, iulie 2003
(Bump Integrator Trailer)
Suedia a fost conceput aparatul "SMB"
……… – introducere laseri
“Longitudinal road profile reconstruction from dual laser scans”, M. N. Tautan, S. Miclos, D. Savastru, A. Stoica, Optoelectronics and Advanced Materials – Rapid Communications, Vol. 8, No. 7-8, July – August 2014, p
Petre Dodoc, Teoria și construcția aparatelor optice, EdituraTehnică, București,1989
“Transversal laser road profiler”, Tautan M. N, Miclos S., Savastru D., Stoica A., Nonconventional Technologies Review, acceptată pentru publicare
“Correction of distorted images from road transversal profile measurement system”, Marina N. Tautan , Sorin Miclos, Constantin Anton Micu, U.P.B. Sci. Bull., Series A, Applied Mathemathics and Physics, ISSN 1223-7027, acceptată pentru publicare
BIBLIOGRAFIE
SR EN 13036-1:2010 – Caracteristici ale suprafețelor drumurilor și pistelor aeroportuare. Metode de încercare. Partea 1: Măsurarea adâncimii macrotexturii suprafeței îmbrăcăminții prin tehnica volumetrică a petei
SR EN 13036-6:2008 – Caracteristici ale suprafețelor drumurilor și pistelor aeroportuare. Metode de încercare. Partea 6: Măsurarea profilelor transversale și longitudinale în domeniul lungimii de undă al planeității și macrotexturii
SR EN 13036-7:2004 – Caracteristici ale suprafețelor drumurilor și pistelor aeroportuare. Metode de încercare. Partea 7: Măsurarea denivelărilor straturilor de rulare ale drumurilor: încercarea cu dreptar
SR EN 13036-8:2008 – Caracteristici ale suprafeței drumurilor și pistelor aeroporturilor. Metode de încercare. Partea 8: Determinarea indicilor de planeitate transversală
SR EN 13473-1:2004 – Caracterizarea texturii îmbrăcăminții unei structuri rutiere plecând de la releveele de profil. Partea 1: Determinarea adâncimii medii a texturii.
CD 155 -2000 – Ministerul transporturilor – Administrația Națională a Drumurilor – Condiții tehnice pentru stabilirea stării tehnice a suprafeței părții carosabile la drumuri
Brevet de invenție nr. RO126153B1, cu titlul: « Metodă și echipament pentru testarea în regim dinamic a profilurilor longitudinale ale arterelor rutiere», autori: Stoica Axente, Savastru Dan, Tăutan Marina Nicoleta, Vilceanu Liviu Dragoș, Bănică Cosmin Karl
Brevet de inventie nr. RO122929B1, cu titlul: « Echipament mobil pentru prelevarea video automată a suprafeței arterelor rutiere », autori: Savastru Roxana, Savastru Dan, Stoica Axente, Tautan Marina Nicoleta, Petcu Daniel
Brevet de invenție MMS
Sayers, M. W. and S. M. Karamihas, “The Little Book of Profiling,” University of Michigan Transportation Research Institute, Ann Arbor, MI, September, 1998.
The international roughness index (IRI): What is it? How is it measured? What do you need to know about it?, R&T Update – Concrete Pavement Research & Tehnology, Number 3, 07 August 2002
ASTM E1364 – 95(2012) – Standard Test Method for Measuring Road Roughness by Static Level Method
ASTM E1489 – 08(2013) – Standard Practice for Computing Ride Number of Roads from Longitudinal Profile Measurements Made by an Inertial Profile Measuring Device
https://ceprofs.civil.tamu.edu/lytton/Spring2003-CVEN646/RoadRoughness.pdf
Gillespie, T.D., Sayers, M.W., and Segel, L., “Calibration of Response-Type Road Roughness Measuring Systems.” NCHRP Report. No. 228, December 1980
GMR road Profilometer a Method forMeasuring Road Profile, E B Spangler and W J Kelly, Highway Research Record, vol 121, Washington,DC, 1966, pp 27-54
Raj Mallela, Hanqing Wang, “Harmonising Automated Rut Depth Measurements – Stage 2”, Land Transport New Zealand Research Report 277 / 2006
William J. Hughes Technical Center, Atlantic City, NJ, USA – Federal Aviation Administration, contract nr. DTFA03-93-C-0021
U.S. Patent No. 4571695, Non-contact road profilometer and deflection meter, Elton; David J., Harr Milton E
2003 U.S. Patent No. 2003/0000097 A1, Method for measuring the profile of a road, Daniel-Marc Docros
“Pavement roughness evaluations using a Mays Ride Meter”, Croteau, J. R., Final Report New Jersey State Dept. of Transportation, Trenton. Div. of Research and Demonstration, 06/1981
SOUTH DAKOTA PROFILOMETER, http://worldcat.org/issn/03611981
“Evaluation of lightweight non-contact profilers for use in quality assurance specifications on pavement smoothness”, Donald A. Larsen, Conecticut Department of Transportation, dec.1999
Liteweight Inertial Surface Analyser (LISA) “Evaluating Pavement Surfaces:LISA and RQI”, Research Record, Issue Number 79, Materials and Technology, June1996
http://www.intlcybernetics.com/files/profiling/road_profiler_brochure.pdf (Lightweight Profiler – International Cybernetics Corporation)
MTAG Volume II, Rigid Pavement Preservation 2nd Edition, Caltrans Division of Maintenance, chapter 2, Surface Characteristics, July 10, 2007
http://www.pathwayservices.com/inertial_road_profiler.shtml
http://www.mastrad.com/rombas.htm
http://www.ncat.us/facilities/automatic-road-analyzer.html
http://www.lpcb.org/index.php/component/docman/doc_view/191-2003-new-zealand-standardizing-rut-depth-measurements?Itemid=
http://www.mrr.dot.state.mn.us/research/apt/data/gs01-01.pdf
http://www.pavemetrics.com/en/lrms.html
http://www.pavemetrics.com/en/lris.html
“Three-dimensional infrared laser vision system for road surface features analysis”, roc. SPIE 4430, ROMOPTO 2000: Sixth Conference on Optics, (29 June 2001); doi: 10.1117/12.432808
U.S. Patent no. 4653316, Apparatus mounted on vehicles for detecting road surface conditions, Toshihiko Fukuhara
United States Patent no. 4878754 – “Method of and Apparatus for Measuring Irregularities of Road Surface” U.S. Patent no. 4878754, Method of and apparatus for measuring irregularities of road surface, Homma Kazuya, Nogi Hiroshi, Yamada Koichi, Kitazume Masahiro, Uzawa Masamitsu, Aoki Makoto
United States Patent no. 5745225, “Apparatus for Measuring a Shape of Road Surface”
“Ladar” a fost realizat de către compania Phoenix Science
Scanerul pentru Profilul Carosabilului (PPS – Pavement Profile Scaner) realizat de compania Mandli Communications, Inc.
cadrul Proiectului HR-1081 sponsorizat de Federal Highway Administration, the Iowa Department of Transportation
NRC 3D Technology for Museum and Heritage Applications, J. Taylor, J.-A. Beraldin, G. Godin, L. Cournoyer, R. Baribeau, F. Blais, M. Rioux, J. Domey, The Journal of Visualization and Computer Animation, Vol.14, Issue 3, pg. 121–138, iulie 2003
(Bump Integrator Trailer)
Suedia a fost conceput aparatul "SMB"
……… – introducere laseri
“Longitudinal road profile reconstruction from dual laser scans”, M. N. Tautan, S. Miclos, D. Savastru, A. Stoica, Optoelectronics and Advanced Materials – Rapid Communications, Vol. 8, No. 7-8, July – August 2014, p
Petre Dodoc, Teoria și construcția aparatelor optice, EdituraTehnică, București,1989
“Transversal laser road profiler”, Tautan M. N, Miclos S., Savastru D., Stoica A., Nonconventional Technologies Review, acceptată pentru publicare
“Correction of distorted images from road transversal profile measurement system”, Marina N. Tautan , Sorin Miclos, Constantin Anton Micu, U.P.B. Sci. Bull., Series A, Applied Mathemathics and Physics, ISSN 1223-7027, acceptată pentru publicare
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Contributii la Determinarea Calitatii Suprafetelor Cailor Rutiere (ID: 112782)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.