ارزیابی ناهمواری سطح روسازی بر اساس تحلیل ارتعاشات ناشی از سامانه پایش سلامت راه

پیاده سازی یک سیستم مدیریت روسازی کارآمد مشروط به برداشت مطلوب اطلاعات از وضعیت روسازی هر شبکه راهی است. برداشت اطلاعات به وسیله سامانه های مکانیزه باوجود دقت و سرعت برداشت داده کافی، مورد استقبال است. دراین راستا سامانه های متنوعی ارائه شده اند که هزینه های راه اندازی و کاربری بالایی دارند. لذا توسعه دستگاه های نوین مجهز به ابزار دقیق مقرون به صرفه مستقل از ارتعاشات خودرو با وجود ارائه روند ارزیابی ساده و محاسبات دقیق ناهمواری روسازی نیاز است. دراین پژوهش، سامانه هوشمند پایش سلامت روسازی به عنوان سامانه اندازه گیری نیمرخ طولی و ناهمواری راه بر پایه پاسخ وسیله نقلیه با بهره‌گیری از حسگرهای شتاب سنج، فاصله سنج طولی و ردیاب مسیر توسعه داده می شود. با برداشت پاسخ ارتعاشی وسیله نقلیه و سامانه ناشی از ناهمواری سطح روسازی، اقدام به پیرایش داده‌ها و فرآیندهای فیلتراسیون سیگنال ها به‌وسیله روش‌های پردازش سیگنال دیجیتال می شوند. معادلات دینامیکی حاکم بر رفتار سامانه با عملکرد یک درجه آزادی و پارامترهای دینامیکی سامانه بر اساس رویکرد بهینه‌سازی از طریق الگوریتم‌های بهینه‌سازی ژنتیک و ازدحام ذرات استخراج می شوند. سپس نیمرخ طولی راه استخراج شده از روی پاسخ های ارتعاشی، با اتکا به الگوریتم رابطه سرعت و فرکانس برداشت اطلاعات، به نیمرخ طولی راه به ازای سرعت ثابت و معین تبدیل می‌شود. پس از محاسبه شاخص بین‌المللی ناهمواری از روی نیمرخ طولی مسیر مورد مطالعه به‌وسیله نرم افزار پروول، صحت نتایج سامانه پایش سلامت با محاسبه روش دستی درصد خطای میانگین و میانگین مجذور مربعات خطای نرمال شده بین خروجی سامانه و دستگاه نیمرخ‌یاب سطح روسازی به ترتیب با مقادیر 19/72 و 9/68 درصد ارزیابی می شود. در نهایت ارزیابی تکرارپذیری خروجی سامانه و نتایج به دست آمده از صحت سنجی حاکی از دقت و سطح کیفیت قابل توجه سامانه پایش سلامت راه است.

Evaluating Pavement Roughness Based on Vibration Analysis Due to Road Health Monitoring System

The implementation of an efficient pavement management system is dependent on the acquiring desired information from the pavement condition. The automatic data collection is welcomed by mechanized systems due to adequate precision and speed. However, the various systems are developed that have high construction and operation costs. Therefore, the development of costeffective devices that is independent from the vehicle vibrations and equipped with instrumentation is necessary. In this study, the health monitoring system is developed as a system of longitudinal profile measurement and road roughness evaluation based on responsetype vehicle with applying the accelerometers, distance meter, geographical positioning system. Upon harvesting of the vibration response of the health monitoring system and the vehicle, data preparation and signal filtration are performed through the digital signal processing techniques. Therefore, the dynamic equations governing on the behavior of the health monitoring system are derived based on one degree of freedom. The dynamic parameters of system are extracted based on optimization approach using the genetic algorithm and the particle swarm optimization algorithm. Afterwards, the extracted longitudinal profile based on the vibration responses is became to the longitudinal profile with the specific speed by the developed algorithm which is set by the relationship between speed and frequency of harvested data. Then, the International Roughness Index is calculated from the longitudinal profile of the studied pathway by ProVal software. Accuracy of the health monitoring system results is validated by manual method with measuring of the error percentage average and the root mean square error normalized between the outputs of the system and the Road Surface Profiler with values of 19.72% and 9.68% respectively. Finally, evaluation of the repeatability and the obtained results from the validation output indicates accuracy and significant quality of the road health monitoring system.