PaveSense

Inleiding

Schematische voorstelling van het ASAsense Roads AI - meetsysteem

Het Roads AI - meetsysteem voor wegkwaliteit bestaat uit een vloot wagens waarbij sensorboxen zijn geïnstalleerd in de koffer van de wagens. De wegen die opgemeten moeten worden, worden bereden door de vloot tijdens dagelijks gebruik. Op deze manier bekomt het meetsysteem rolgeluids- en trillingsmetingen. Deze metingen worden beveiligd  en met respect voor privacy doorgestuurd naar het ASAsense datacenter en daar verwerkt. Uiteindelijk zijn klanten geïnteresseerd in kwaliteitsindicatoren van wegen om de staat ervan in kaart te brengen. Deze indicatoren worden via een kaart periodiek aangeleverd. De indicatoren worden in detail overzicht op 20m segmenten geplaatst en in road overzicht op grotere stukken weg afgebeeld.

Kwaliteitsindicatoren

Aan de basis van het meetsysteem ligt de premisse dat verouderde wegen zowel luider klinken als hardere trillingen veroorzaken. Aan het oppervlak van de weg kunnen we verschillende karakteristieke golflengtes identificeren. Dit gaat bijvoorbeeld om rafelingen en kleine putten tegenover het golven van de weg op grotere schaal. De trillings- en geluidsmetingen worden gecombineerd en worden in het frequentie domein verschoven naar gelang de snelheid van het voertuig. Dit kan goed gehoord worden als men per ongeluk over de pechstrook van de autostrade rijdt: de ribbels in de witte lijn van de pechstrook zorgen een bepaalde toonhoogte die duidelijk verandert naarmate men trager of sneller rijdt. De formule is snelheid/(3.6 x lengte)  = frequentie waarbij frequentie in Hertz is, snelheid in km/h en lengte in meter is.

ASAsense roughness scales

In deze optiek leveren we een selectie aan lengteschalen aan die interessant zijn in de analyse van de staat van de weg.

• Macro 1 (8cm tot 20cm): een indicatie voor vroegtijdige degradatie van de toplaag. Rafelingen, delaminaties, lostliggende steentjes, ...
• Macro 2 (20cm tot 60cm): indicatie voor de iets verder gevorderde degradatie van de toplaag. Scheuren, putten, ...
• Mega 1 (60cm tot 140cm): oneffenheden in de weg, die de rijervaring kunnen beïnvloeden. Denk hierbij aan grotere putten, spoorvorming, maar ook beperkte golvingen in de lengterichting van de weg
• Mega 2 (140cm tot 3m): grotere oneffenheden in de weg. Diepe spoorvorming, langere golvingen, ...
• Waviness (3m tot 5m): de langsvlakheid op grote afstand. Dit is voornamelijk van belang voor wegen waarop aan hoge snelheid gereden moet kunnen worden, zoals autosnelwegen.

Merk hierbij op dat er geen strikte scheiding tussen de schalen bestaat: veel defecten die zichtbaar zijn onder Macro2 zullen bijvoorbeeld ook hun weerslag hebben op Macro1 en Mega1, en omgekeerd. Maar de klassen die ver uit elkaar liggen zijn niet gelinkt: een rafeling in de toplaag zal zichtbaar zijn in Macro1, niet in Waviness.

Voor bovenstaande indicatoren (Macro1 - Waviness) worden de waarden van een locatie worden vergeleken met de waarden van alle wegen die op 30/06/2022 werden opgemeten. Hierbij geeft men een 0 aan de vlakste weg en een 1 aan de ruwste / meest golvende weg in een bepaalde lengteschaal. Dit wordt ook wel de percentielen van een cumulatieve distributie genoemd in wiskunde. Dit laat toe om snel na te gaan welke wegen er slecht of goed aan toe zijn, relatief ten opzichte van de rest. Als alternatief is het ook mogelijk om de "noscaling" variant van de indicatoren te bekijken, waarbij deze normalisatie via percentielen niet is uitgevoerd. Dit kan handig zijn om waarden die binnen hetzelfde percentiel liggen in de relatieve schaal (bvb. beide 0.95) toch te vergelijken. Vooral bij waarden in de uiterste percentielen (relatieve waarde < 0.05 of groter > 0.95) kan er nog een groot verschil zichtbaar zijn in de "_noscaling" variant.

Naast de bovenstaande 5 parameters rapporteren wij ook nog volgende geïnterpreteerde parameters:

• 

  Illustration of the IRI scales for different pavements
  IRI (international roughness index): een internationale maat voor de ruwheid van de weg, voor zover deze invloed heeft op uw wagen. De ruwheid wordt hierbij uitgedrukt in het aantal mm dat de veringen van uw auto (of uw auto zelf) op en neer bewegen, per afgelegde rijafstand. Hoe hoger de IRI, hoe moeilijker de weg te bereiden wordt, en hoe lager de maximale snelheid waaraan nog gereden kan worden. Dit is een belangrijke maat voor de huidige kwaliteit van uw wegdek.
• 

  Speed-related IRI thresholds at different speeds suggested by Yu et al.
  IRI Ride Quality: een geïnterpreteerde versie van de IRI, waarbij we de snelheid van de wagens correleren aan de IRI, en zo nagaan of de weg nog voldoet aan de gewenste functie. Hierbij hanteren we de tabel uit het onderzoek van de National Taipei University of Technology. Voor de snelheid nemen we het 85-ste percentiel van alle metingen over een bepaald wegsegment (dus 85% van de wagens rijdt minder dan deze snelheid).

Wij raden aan om in eerste instantie te focussen op:

• Macro2 voor het prioriteren van het onderhoud van de toplaag
• IRI (Ride Quality) voor het prioriteren van het volledig onderhoud (inclusief funderingswerken)

Convergentie

De metingen worden per maand geleverd. Hierbij geeft de datum aan tot welke datum de metingen in beschouwing werden genomen. De metingen van de afgelopen maand worden sowieso in rekening genomen, maar het is ook mogelijk dat oudere metingen worden gebruikt voor bepaalde wegsegmenten indien er onvoldoende werden opgemeten gedurende de afgelopen maand.

Hiervoor hanteren we voor de schalen Macro1-Waviness het volgende "convergentiecriterium".

1. Beschouw enkel de metingen waarvoor de rijsnelheid minimaal 20km/u bedroeg en maximaal 130km/u
2. Neem hiervan minimaal de metingen van de afgelopen 30 dagen in rekening
3. Indien binnen deze periode minimaal 2 metingen zijn gebeurd met minimaal 2 verschillende wagens en ga na of
   1. De standaardafwijking op het geluidsniveau (40Hz en 800Hz) < 4dB is
   2. De standaardafwijking op de 1m-band < 4dB is. Deze lengte schaal komt overeen met laagfrequent geluid afhankelijk van de gereden snelheid.
   3. De snelheid minder dan 30% verschilt van de 85-ste percentiel snelheid
4. Is het criterium niet bereikt, neem dan ook een minimaal aantal eerdere metingen in beschouwing totdat het criterium is bereikt. De maximale leeftijd van een meting hiervoor is 500 dagen (voor erg weinig bereden straatjes)

Voor de IRI wordt het voorafgaand convergentie criteria gebruikt. Hierdoor worden dezelfde passages geselecteerd waarvoor IRI al afzonderlijk berekend werd. De 85-ste percentiel van IRI (over de geselecteerde passages) op één locatie wordt toegewezen als de IRI-meting op die locatie. Uit onderzoek blijkt namelijk dat dit een betere correlatie geeft met referentie data.

De niet-geconvergeerde metingen worden ook aangeleverd, maar zijn meer onderhevig aan ruis en toevallige gebeurtenissen zoals een tak die op de weg ligt, de meetwagen die over het gras naast de weg is gaan rijden omwille van een tegenligger, ...

Automatische kalibratie en verwachte termijn voor het beschikbaar komen van nieuwe data

Na de installatie van een sensor in een meetwagen wordt er onmiddellijk en zonder enig werk vanuit de gebruiker of bestuurder data opgemeten. Helaas kan niet alles onmiddellijk verwerkt worden.

Voor de Macro1-Waviness schalen dient de data immers eerst gekalibreerd te worden met andere metingen die op dezelfde locaties zijn gemeten. Dit gebeurt automatisch, maar hiervoor moet voldoende data worden opgemeten (een 10 000-tal overlappende metingen). Reken een 3-tal maanden vooraleer dit gebeurd is. Vanaf maand 4 zal u de verwerkte meetdata van deze sensoren kunnen ontvangen (met terugwerkende kracht: ook de eerder opgemeten maanden worden dan geupdated met de nieuwe, gekalibreerde, meetdata).

De IRI (Ride Quality) wordt rechtstreeks berekend vanaf de opgenomen trillingsdata. Hiervoor gebeurt geen kalibratie, dus deze data kan onmiddellijk worden aangeleverd.

De Resultaten

De resultaten komen op verschillende manieren beschikbaar. Enerzijds worden ze aangeleverd onder de vorm van shape- & csv files via ons Odoo-portaal, anderzijds kunnen ze ook online geraadpleegd worden via onze Online Viewer.

Schalen

De meeste resultaten worden uitgedrukt als numerieke waarde:

• Macro1-Waviness wordt uitgedrukt met een waarde tussen 0 (beste weg) en 1 (slechtste weg)
• De IRI wordt uitgedrukt door een waarde groter dan 0 (en liefst < 16, maar dat is geen harde bovengrens)

Om deze resultaten te visualiseren moet men een bijhorende schaal kiezen, afhankelijk van de noden. De schaal vertaalt bijvoorbeeld 0-1 waarden naar een kleuren schaal van blauw (vlakste) naar groen, geel, rood (meest hobbelige).

Dit is een lineaire indeling van de schaal (gebruikt in de online viewer en map_linear.qgz op Odoo):

Men kan ook alles kleiner dan 80% tot blauw rekenen, en de rest lineair laten variëren in de kleuren schaal. Dit is met name handig aangezien we meer detail zien in de wegen die slechter scoren. Ook wel de 80%-20% schaal genoemd (gebruikt in de online viewer en map_80_20.qgz op Odoo):

De data op Odoo

De data op Odoo bestaat uit gezipte ESRI shape files & CSV-bestanden volgens volgende indeling.

Aangeleverde zip-archiefmappen

1. {model} / {stad} {periode} detail {converged of all}.zip
   • shapefile.shp,...
   • map_80_20.qgz
   • map_linear.qgz
2. {model} / {stad} {periode} road {converged of all}.zip
   • data.csv
   • shapefile.shp,...
   • map_80_20.qgz
   • map_linear.qgz
3. {model} / {stad} {periode1}-to-{periode2} detail {converged of all}.zip (wanneer het verschil tussen 2 periodes in shapefile formaat werd opgevraagd)
   • shapefile.shp,...
   • map_linear_diff.qgz

Hierbij worden de {placeholders} als volgt ingevuld:

• Converged of all: dit geeft aan of er in de betreffende map een kaart werd aangemaakt die alle meetdata bevat, of enkel de meetdata van segmenten met voldoende passages om een hoge zekerheid te kunnen bieden over het resultaat.
• data.csv: Komma-gescheiden tekstbestand met numerieke waarden van textuur per lengte schaal en per straat. Kan geopend worden als spreadsheet in excel of OpenOffice, of als tekstbestand met notepad++ Kolommen:
  • osm_id: `way_id` in OpenStreetMap, identificatie van de weg in OpenStreetMap.
  • street_nam: straat naam
  • length: lengte straat in meter
  • n_lanes: aantal rijstroken. -1 indien niet geweten
  • oneway: "yes" = 1-richting straat
  • macro1,macro2,mega1,mega2,waviness: kolommen gelinkt aan textuur per lengte schaal.
• Shapefile (ter visualisatie in QGIS of andere GIS applicatie): Deze bevat de textuur per lengte schaal per 20m segment (detail) of per stuk weg (roads). Deze bestanden horen tezamen en vormen samen de shapefile: shapefile.dbf, shapefile.prj, shapefile.shp, shapefile.shx.

De .qgz files kan je makkelijk openen met QGIS. Ze bevatten de instellingen om een qgis kaart met een aantal lagen weer te geven volgens een lineaire of 08/20 schaal. Ze dienen in dezelfde map als de openen shapefile te blijven staan (zoals aangeleverd).

Merk op dat de data verwerkt wordt doormiddel van een Machine Learning “model”. Dit model wordt regelmatig vernieuwd / hertraind aan de hand van de data die wordt opgenomen, vandaar de indeling per model. Er kunnen kleine afwijkingen zitten tussen de data die gegenereerd wordt tussen de verschillende modellen, waardoor zeker vergelijkingen tussen verschillende maanden idealiter binnen hetzelfde model gebeuren. In de online viewer wordt telkens het nieuwste model getoond.

De online viewer

Overzicht online viewer

Naast de data op Odoo is het ook steeds mogelijk om de data te raadplegen via on online viewer (hiervoor kreeg u normaal gesproken een link doorgestuurd, indien niet, vraag hem dan gerust aan via info@asasense.com).

Details wegsegment

U kan inzoomen, uitzoemen en draggen zoals u dat gewend bent uit Google Maps. Daarnaast kan je door met je muis over wegsegmenten te hoveren extra details weergeven.

Selectie van de meetmaand

In de online viewer kunt u steeds een actueel overzicht van uw wegennetwerk opvragen. Om dit te doen selecteert u na het openen van de viewer steeds de maand waarvoor u de data wenst te raadplegen. Klik hiervoor op de balk van de maand de betreffende maand. Indien u dit niet doet zal er steeds het gemiddelde over alle maanden worden weergegeven.

Segments over time - tevens de manier om de maand te selecteren die u wenst te inspecteren

Instellen van de visualisatieparameters

Daarnaast kunt u ook de parameters die u wenst te gebruiken voor de visualisatie selecteren onder de "Map Settings". Ook de schaal die moet gebruikt worden voor de kleuring wordt hier gekozen.

Selecteer de parameter en schaal die u wilt gebruiken voor de visualisatie op kaart

Let hierbij op dat de waarden Macro1-Waviness tussen 0 en 1 liggen en het dus is aangeraden om zowel de Min en de Max gradient value in te stellen tussen 0 en 1. Standaard staan de waarden ingesteld voor een 80/20 schaal zoals hierboven uitgelegd.

De IRI waarden hebben in principe geen bovenlimiet, maar alles boven de 16 is zeer slecht, dus hiervoor raden wij aan om de waarden 0 en 16 als onder en bovenlimiet te gebruiken.

Indien de IRI Ride Quality wordt geselecteerd heeft de gradient geen effect. Dan worden de slechte en goede segmenten steeds blauw weergegeven, en de slechte steeds rood. De waarden daartussenin zijn groen, geel en oranje, van beter naar slechter.

Voor het opsporen van versleten toplagen raden wij in eerste instantie het gebruik van de parameter Macro2 aan, en in 2e instantie de IRI voor het opsporen van de wegen waarvan ook de funderingen slijtage vertoon.

De grafieken en verdere filtering

De data van Halle werd hierbij gefilterd op datum 2022-11 en IRI Ride Quality  "Good" en "Very Good"

Naast kaart worden er een aantal grafieken getoond die verdere informatie verschaffen over de data. Deze kunnen tevens gebruikt worden om de data verder te filteren. Klik hiervoor op de grafieken om de data die aan bepaalde voorwaarden voldoet weer te geven (enkel de data die voldoet aan de geselecteerde parameters wordt dan ingeladen). Het is ook mogelijk om op wegsegment te filteren door er op te klikken.

De Geselecteerde filters worden steeds weergegeven in een dialoogje rechtsbovenaan de kaart en rechtsboven in de desbetreffende grafiek. De Filters zijn niet gelinkt aan de visualisatie-settings in "Map Settings". Het is prima om daar bvb Macro2 te selecteren en te filteren op IRI.

Filters kunnen ook opgeslagen worden in Filtersets om nadien makkelijk herladen te worden. Deze worden standaard enkel lokaal opgeslagen in uw browsersessie, om ze permanent te maken en ook beschikbaar te maken in de vergelijkingstool moet u over een login beschikken.

De vergelijkingstool

Comparison tool: een weg waarvan de toplaag werd heraangelegd

Met de vergelijkingstool (de pijltjes linksonder aan het scherm) is het mogelijk om verschillende opgeslagen filters te vergelijken. Zo kan je snel en eenvoudig de evolutie gedurende de tijd zien door een het moment "Base value" te vergelijken met "Deducted value". Vul hierbij bij "Base value" best de meest recente maand in. Voor de Map Settings zet u de "Min-gradient" voor een eenvoudige interpretatie best op 0.

Enkele kanttekeningen hierbij:

1. let er op dat je enkel wegsegmenten vergelijkt die in beide filtersets aanwezig is. Data die tijdens een eerdere maand (indien ingevuld onder Deducted value) niet aanwezig was zal aangeduid worden als verslechterd. Het omgekeerde geval zal als verbeterd worden aangeduid.
2. indien u 2 momenten vergelijkt die niet ver uit elkaar liggen kan ruis op de data een belangrijke factor worden. Let indien u dat doet daarom vooral op de sterk gewijzigde waarden (verschil van > 0.5) en/of filter op "Converged = True". Hoe groter de tijd die verstreken is tussen tussen twee segmenten, en hoe meer data er verzameld werd, hoe beter de vergelijking wordt.
3. Het is niet mogelijk om verder te filteren in de comparison tool